文／李哲旭 廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣東廣州 510000

引言：

近年來(lái)，在國(guó)家政策和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)軌道交通建設(shè)和城市市政建設(shè)發(fā)展突飛猛進(jìn)。為更好地滿足通行需求，城軌（城際軌道交通和城市軌道交通）在市區(qū)內(nèi)基本沿主干道敷設(shè)，這導(dǎo)致部分市政下穿隧道不可避免地與城軌車站產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。目前國(guó)內(nèi)的關(guān)聯(lián)工程案例主要以平面避讓為主，部分案例采用預(yù)留條件[1]、同期合建[2-3]、拆除后合建恢復(fù)既有隧道[4]等方式。

對(duì)于市政下穿隧道與車站位于同一路由的情況，相比平面避讓方案，下穿隧道和車站上下重疊、同步合建方案不僅節(jié)約地下空間資源，而且具備加快整體實(shí)施進(jìn)度，減小工程風(fēng)險(xiǎn)，降低對(duì)周邊環(huán)境干擾，節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。采用該合建方案需特別處理好車站合建段和下穿隧道獨(dú)建段的結(jié)構(gòu)銜接、支護(hù)方案及軌道交通盾構(gòu)隧道下穿市政隧道等問(wèn)題的處理，尤其在軟土地層，軌道交通車站、隧道和市政下穿隧道三者的建設(shè)相互影響程度更高。

本文以某城際車站和市政下穿隧道為例，對(duì)軟土地層中合建方案關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，提出可供參考的設(shè)計(jì)方案,以期為類似項(xiàng)目提供借鑒。

1.工程概況

某城際車站呈東西走向敷設(shè)于兩個(gè)十字交叉路口之間的主干道下方，為地下兩層島式車站，長(zhǎng)272m，寬29.5m。城際區(qū)間采用盾構(gòu)隧道，管片外徑8.5m，壁厚0.4m。市政下穿隧道采用干線型城市主干道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，隧道內(nèi)為雙向6 車道主線+南側(cè)單向2 車道匝道，地面設(shè)置雙向四車道輔道，主線設(shè)計(jì)速度60km/h，地下匝道和地面輔道設(shè)計(jì)速度40km/h。市政下穿隧道和城際區(qū)間、車站共路由，隧道總長(zhǎng)830m，由位于車站兩側(cè)的獨(dú)建段和與車站合建的合建段組成，其中西側(cè)獨(dú)建段和東側(cè)獨(dú)建段長(zhǎng)度分別為338.5m 和219.5m，合建段長(zhǎng)度為272m，縱斷面布置如圖1 所示。

圖1 市政下穿隧道和城際縱斷面

市政隧道獨(dú)建段包括U 型槽區(qū)間和明挖暗埋區(qū)間（標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2 和圖3 所示），合建段負(fù)一層為隧道空間，負(fù)二層為站廳層，負(fù)三層為站臺(tái)層（標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖4所示）。該項(xiàng)目施工工序?yàn)槭姓麓┧淼篮统请H車站同步實(shí)施，城際隧道待市政下穿隧道獨(dú)建段土建工程施工完畢后再通過(guò)其下方。兩者合建并同步實(shí)施，不但有利于集約利用土地和后續(xù)周邊地塊開(kāi)發(fā)，還可共享管線遷改、交通疏解、基坑支護(hù)等措施，降低總投資和總工期，且同步實(shí)施可以避免先城際后市政帶來(lái)的城際工程保護(hù)問(wèn)題。

圖2 獨(dú)建段U 型槽區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖3 獨(dú)建段明挖暗埋區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖4 合建段標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2.工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露，場(chǎng)地內(nèi)地層從上至下依次為人工填土層Q4ml、海陸交互相層Q4mc、沖洪積層Q3+4al+pl和花崗巖風(fēng)化層K1、J3 等，各主要土層地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。場(chǎng)地范圍內(nèi)淤泥層厚度較大，最大厚度達(dá)到14m。

表1 主要土層地質(zhì)參數(shù)表

獨(dú)建段基坑最大深度為11.7m，基坑底主要為淤泥層。合建段標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為27.2m，基坑底主要為全風(fēng)化花崗巖。盾構(gòu)隧道頂板主要為粉質(zhì)黏土層，隧道洞身和底板主要為粉質(zhì)黏土層和中粗砂層。

3.主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

（1）設(shè)計(jì)荷載：城—A 級(jí)。（2）凈空高度：機(jī)動(dòng)車道≥4.5m，非機(jī)動(dòng)車、行人≥2.5m。（3）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100 年，設(shè)計(jì)使用年限100 年，安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不小于1.1。（4）環(huán)境類別：環(huán)境類別為I-C，混凝土取C40。（5）結(jié)構(gòu)抗浮水位：和地面平齊，抗浮安全系數(shù)不小于1.1。（6）抗震設(shè)防烈度：7 度。

4.隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 獨(dú)建段U 型槽區(qū)間

獨(dú)建段U 型槽區(qū)間基坑深度為2～9.3m，基坑深度不大于3m 的隧道支護(hù)采用鋼板樁支護(hù)，基坑深度大于3m 采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系。以基坑深度最大處的U 型槽典型斷面為例（如圖5 所示），該斷面基坑寬度為40m，基坑深度為9.3m，基坑底為<2-1A>淤泥土，盾構(gòu)隧道距離基坑頂豎向凈距為9m，其中左線盾構(gòu)隧道距離基坑邊緣較近。

圖5 獨(dú)建段U 型槽區(qū)間基坑支護(hù)和地基加固示意

結(jié)合該處地層條件，該斷面基坑采用D1m@1.2m鉆孔灌注樁+一道0.8m×1m@9m 鋼筋混凝土支撐+一道D0.8m@3m 鋼支撐（t=16mm），灌注樁后采用D0.85m@0.6m 三軸攪拌樁止水帷幕，止水帷幕深入基坑底以下5m。圍護(hù)樁距離左線盾構(gòu)隧道最小距離按1m控制，避免圍護(hù)樁影響后期盾構(gòu)施工?；觾?nèi)側(cè)被動(dòng)區(qū)采用三軸攪拌樁裙邊加固，加固寬度為6.6m，深度為5m。

U 型槽采用D0.85m@0.6m 三軸攪拌樁復(fù)合地基，復(fù)合地基的承載力特征值要求不小于110kPa（修正前），攪拌樁處理深度需穿過(guò)淤泥土和淤泥質(zhì)土等軟弱土，深入持力層不少于1m。被動(dòng)區(qū)三軸攪拌樁加固大樣如圖6 所示，長(zhǎng)短攪拌樁間隔布置，其余區(qū)域三軸攪拌樁加固大樣如圖7 所示。

圖6 三軸攪拌樁被動(dòng)區(qū)加固大樣和復(fù)合地基加固大樣

圖7 獨(dú)建段明挖暗埋區(qū)間基坑支護(hù)和地基加固示意

圍護(hù)樁冠梁尺寸為1.3m×1m，冠梁和U 型槽相互咬合0.3m。U 型槽抗浮采用結(jié)構(gòu)自重+鋪裝壓重+圍護(hù)樁抗浮+臨時(shí)立柱樁兼做抗拔樁+抗拔樁抗浮體系，為保證抗拔樁抗拔能力的發(fā)揮，立柱樁和抗拔樁距離盾構(gòu)隧道外皮的水平凈距應(yīng)大于等于3m。

4.2 獨(dú)建段明挖暗埋區(qū)間

獨(dú)建段明挖暗埋區(qū)間基坑深度為9.3～11.7m，采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系。以基坑深度最大處的明挖暗埋區(qū)間典型斷面為例（如圖7 所示），該斷面基坑寬度為40m，基坑深度為11.7m，基坑底為<2-1A>淤泥土，盾構(gòu)隧道距離基坑頂豎向凈距為8m，其中左線盾構(gòu)隧道距離基坑邊緣較近。

結(jié)合該處地層條件，該斷面基坑采用D1m@1.2m 鉆孔灌注樁+一道0.8m×1m@9m 鋼筋混凝土支撐+兩道D0.8m@3m 鋼支撐（t=16mm），止水帷幕、被動(dòng)區(qū)加固和復(fù)合地基加固方案與U 型槽區(qū)間相同，明挖暗埋區(qū)間復(fù)合地基的承載力特征值要求不小于130kPa（修正前），攪拌樁處理深度需穿過(guò)淤泥土和淤泥質(zhì)土等軟弱土，深入持力層不少于1m。

明挖暗埋區(qū)間抗浮采用結(jié)構(gòu)自重+鋪裝壓重+覆土壓重抗浮體系。

4.3 合建段

合建段市政隧道和車站共建，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度27.2m，主線隧道和車站同寬，南側(cè)地下匝道布置在主線隧道外側(cè)。合建段分兩期施工，如圖8 所示，第一期基坑寬度29.5m，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m 地連墻，嵌固深度17m，內(nèi)支撐采用3 道混凝土支撐+4 道鋼支撐+1道換撐；第二期基坑寬度10m，一側(cè)依托主體的地連墻，另外側(cè)設(shè)置SMW 工法樁，嵌固深度17m，內(nèi)支撐采用1 道混凝土支撐+2 道鋼支撐。地連墻兩側(cè)均采用D0.85m@0.6m 三軸攪拌樁槽壁加固，加固至淤泥或粉細(xì)砂土層以下1m。主線基坑底主要為全風(fēng)化花崗巖，無(wú)需進(jìn)行地基加固；南側(cè)地下匝道地基加固處理方式同獨(dú)建段明挖暗埋區(qū)間。主線采用結(jié)構(gòu)自重+鋪裝壓重+覆土壓重+圍護(hù)樁兼做抗拔樁+臨時(shí)立柱樁兼做抗拔樁+抗拔樁抗浮體系，南側(cè)地下匝道采用結(jié)構(gòu)自重+鋪裝壓重+覆土壓重抗浮體系。

圖8 合建段一期和二期基坑橫斷面示意

5.盾構(gòu)隧道施工防護(hù)措施

由于市政隧道先于下方盾構(gòu)隧道施工，且下方盾構(gòu)隧道和市政隧道同路由，盾構(gòu)隧道施工引起的地層損失將對(duì)上方先期實(shí)施完成的市政隧道產(chǎn)生豎向不均勻沉降。根據(jù)《城市橋梁隧道結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[5]，市政隧道豎向位移的安全保護(hù)控制值為20mm，本工程借鑒該控制值，并采用Midas GTS/NX 對(duì)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行二維數(shù)值分析。

土體采用修正摩爾庫(kù)倫模型，采用盾構(gòu)隧道梁收縮功能模擬地層損失，地層損失率為0.5%，數(shù)值分析結(jié)果如圖9 所示，可見(jiàn)在不考慮其他保護(hù)措施的情況下，市政隧道最大的豎向沉降為15.3mm，滿足規(guī)范的要求。

圖9 市政隧道豎向位移分析結(jié)果

為進(jìn)一步降低盾構(gòu)隧道對(duì)市政隧道的影響，盾構(gòu)施工還需采取以下防護(hù)措施：

（1）加強(qiáng)對(duì)上方市政隧道變形的監(jiān)測(cè)，并做好施工應(yīng)急預(yù)案。（2）通過(guò)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)地面變形曲線進(jìn)行實(shí)測(cè)反饋，不斷調(diào)整、優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，以驗(yàn)證選擇施工參數(shù)的合理性，做到信息化施工，將地層損失率控制在0.5%及以下。（3）加強(qiáng)同步注漿及二次補(bǔ)充注漿。在襯砌環(huán)脫出盾尾的同時(shí)，進(jìn)行及時(shí)注漿，填充隧道和地層間的建筑空隙，減小上方市政隧道變形，如變形較大，還需對(duì)穿越段的管片背后進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿。

結(jié)語(yǔ)：

本文詳細(xì)介紹了軟土地層中某城際車站和市政下穿隧道同路由合建工程的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)要點(diǎn)，并分析了后實(shí)施盾構(gòu)隧道對(duì)上方先實(shí)施市政下穿隧道的影響，對(duì)盾構(gòu)隧道采取合理的防護(hù)措施。設(shè)計(jì)方案可滿足基坑支護(hù)、抗浮、基礎(chǔ)承載等方面要求，且市政下穿隧道、城際車站、區(qū)間盾構(gòu)隧道之間相互影響在可控范圍內(nèi)，為以后類似工程提供借鑒。