石海

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司第十三設(shè)計院，山東青島 266100）

1 工程概況

膠州灣海底隧道青島端接線工程（簡稱“隧道接線工程”）位于青島市南區(qū)團島，是青島市主城區(qū)“三縱四橫”快速路網(wǎng)的重要組成部分。

隧道接線工程南起膠州灣海底隧道青島端終點，向北以上、下行分離式雙洞隧道分別沿四川路、云南路延伸，在東平路口北側(cè)50m 處爬升至地面后開始高架，于山西路上方合流后接入青島市快速路三期工程。工程全長約2.4km，其中隧道工程長約1.7km，單洞為三車道超大斷面隧道，采用暗挖法施工，主隧道凈寬約14.5m，凈高約10m，設(shè)計行車速度80km/h，是青島市區(qū)內(nèi)第一條大型城市交通隧道工程（見圖1）。

圖1 灣口海底隧道青島端接線工程平面圖

2 工程地質(zhì)概況

云南路沿線地形起伏較大，中間高，兩端低，地面標高8.0～35.0m（黃海高程，下同），地貌類型為侵蝕堆積斜坡～剝蝕斜坡；四川路沿線地勢較為平緩，地面標高5.0～12.0m，地貌類型為侵蝕堆積緩坡。

兩條主隧道沿線地貌單元較多，但各地貌單元巖土層分布較有規(guī)律，剝蝕斜坡～剝蝕堆積緩坡場區(qū)第四系不發(fā)育，厚度一般小于4.0m；侵蝕堆積緩坡場區(qū)第四系較發(fā)育，厚度較大，土層較多，但層序清晰、構(gòu)造簡單，體現(xiàn)了自上而下地質(zhì)年代由新到老、土層結(jié)構(gòu)及強度漸好的沉積規(guī)律；場區(qū)基巖主要為燕山晚期粗粒花崗巖及后期侵入的煌斑巖脈。云南路隧道埋深4.5～30m，四川路隧道埋深2.8～20m。

3 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 建筑限界及隧道內(nèi)輪廓

根據(jù)城市規(guī)劃，隧道接線工程是以客運交通為主的城市快速路，根據(jù)該工程交通量預(yù)測分析確定：該工程單洞采用單向三車道，寬10.75m，隧道凈寬：0.75m ＋0.5m ＋2×3.5m ＋3.75m ＋0.75m ＋0.75m=13.5m；建筑限界高度取5m，如圖2 所示。

圖2 建筑限界圖（單位：mm）

隧道內(nèi)輪廓除符合建筑限界規(guī)定外，應(yīng)滿足洞內(nèi)路面、排水、裝飾的需要，并為通風、照明、消防、監(jiān)控等設(shè)施提供安裝空間，還應(yīng)考慮圍巖變形、施工方法等影響的預(yù)留富余量[1]，同時應(yīng)在保證使用功能的前提下盡量兼顧受力和經(jīng)濟因素。

該隧道采用分離式雙洞形式，結(jié)構(gòu)跨度大，位于城市建成區(qū)，對地表的變形控制尤為重要，為減小圍巖和襯砌產(chǎn)生應(yīng)力集中，襯砌斷面應(yīng)盡量做到圓順，減少折角。為此，該工程設(shè)計采用五心圓曲墻斷面，內(nèi)輪廓兩側(cè)各預(yù)留0.1m 富余量，頂拱半徑7.4m，曲墻半徑5.4m，仰拱半徑17.2m，仰拱和邊墻采用2m 圓弧順接，改善了邊墻下部受力。隧道內(nèi)輪廓凈高10.391m，凈寬14.425m，凈空面積120m2。隧道通風、照明、監(jiān)控等設(shè)施均設(shè)置在建筑限界以外，各種管線、電纜設(shè)置在檢修道下的溝槽中。內(nèi)輪廓如圖3 所示。

圖3 隧道內(nèi)輪廓圖(單位：mm)

3.2 襯砌結(jié)構(gòu)形式及支護設(shè)計參數(shù)

最大限度地利用和發(fā)揮圍巖的自承能力是新奧法的核心[2]。為此，該項目設(shè)計應(yīng)通過合理的襯砌斷面形式使圍巖的自承能力得以發(fā)揮，以此達到節(jié)省工程投資的目的。另外，考慮到襯砌是永久性結(jié)構(gòu)，營運中一旦破壞很難修復(fù)，因此，要求襯砌具有足夠的強度和耐久性，以保證隧道工程的長期使用。設(shè)計采用了復(fù)合式襯砌，初支采用系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架結(jié)合超前支護組成，噴射混凝土采用C25，二襯采用模筑素混凝土或鋼筋混凝土；初支和二襯間設(shè)防水層。支護參數(shù)根據(jù)圍巖級別、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、隧道埋深并結(jié)合施工條件、環(huán)境條件通過工程類比和結(jié)構(gòu)計算綜合分析確定，支護參數(shù)見表1。V 級圍巖洞口加強段襯砌斷面見圖4。

表1 復(fù)合式襯砌設(shè)計參數(shù)

圖4 V 級圍巖洞口加強段襯砌斷面圖（單位：mm）

4 隧道施工方法

目前，隧道開挖方法主要有掘進機法和鉆爆法。掘進機法具有機械化程度高、勞力消耗小、成洞質(zhì)量好、安全性好等一系列優(yōu)點，但由于該隧道穿越地層復(fù)雜多變，具有典型的“上軟下硬”地質(zhì)特點，不適于掘進機法施工，且?guī)r石掘進機設(shè)備費用昂貴，相對該隧道規(guī)模而言，經(jīng)濟性差。而鉆爆法相對于掘進機法施工簡單、靈活，對于軟硬不均的復(fù)雜地質(zhì)條件可采用不同的開挖方式，針對性強，且具有適用于各種斷面形式的靈活性。因此,根據(jù)該隧道工程的工程規(guī)模，以及所處的地質(zhì)條件、環(huán)境條件，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟方面的綜合比較，采用光面爆破技術(shù)以及鉆爆法施工。

鉆爆法根據(jù)斷面分塊及開挖順序可分為：全斷面法、臺階法、臺階分部法、中壁墻法（CD 法）、交叉中隔壁法（CRD 法）和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。根據(jù)該工程地質(zhì)條件、斷面形狀和尺寸等，確定開挖方法如下：II 級圍巖采用臺階法；III 級圍巖采用臺階分部法；IV 級圍巖采用中隔壁法；V 級圍巖及洞口加強段采用交叉中隔壁法。

5 隧道淺埋暗挖段施工

該工程隧道洞口段均存在一定長度的淺埋段，淺埋段隧道覆蓋層薄，地質(zhì)條件差，圍巖自承能力弱，難以形成承載拱，若施工方法和支護形式不當，很容易發(fā)生冒頂塌方或地表的有害下沉。因此,在洞口淺埋段施工中，采取了加強支護和超前注漿加固地層等施工措施。

5.1 加強支護措施

為了保證安全進洞，淺埋段隧道襯砌拱部采用了φ108 大管棚，長度為30m，環(huán)向間距為0.4m，縱向搭接5m，仰角2°，注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿；管棚之間設(shè)φ42 小導(dǎo)管超前支護，長度為3.5m，環(huán)向間距為0.4m，縱向每3m 打設(shè)一環(huán)，搭接長度1m；邊墻設(shè)φ25 中空注漿錨桿，長4.0m，間距1.0m×1.0m，采用梅花形布置；拱墻φ8 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，C25 噴射混凝土厚300mm；格柵鋼架間距0.5m，為增強鋼架間的整體穩(wěn)定性，相鄰鋼架間設(shè)環(huán)向間距為1m 的φ22 縱向聯(lián)系鋼筋，拱腳處各設(shè)置3 根φ25 鎖腳錨桿，長4m；二襯采用C35 鋼筋混凝土，厚600mm。實踐證明，淺埋暗挖段采用加強支護措施是安全、有效的。

5.2 超前注漿加固地層

該隧道洞口淺埋段地質(zhì)情況均較差，圍巖破碎、松散，采用超前注漿加固地層，以增加圍巖的自穩(wěn)能力及整體性。注漿孔為φ100 鉆孔，孔深10～20m，間距2m×2m，采用梅花形布置，注漿孔下傾與水平面呈20°，注漿施工時，用千分表對地表變形情況做現(xiàn)場監(jiān)測，嚴格控制因注漿壓力過大造成的地表隆起，以保證地層穩(wěn)定。漿液采用純水泥漿，注漿壓力取0.6～1.0MPa。注漿前為避免掌子面漏漿，先在開挖面噴射一層5cm 厚的混凝土封閉掌子面，經(jīng)開挖施工驗證，軟弱土層中的裂隙基本被水泥漿液和碎石形成的混凝土填充密實，地層加固效果明顯，保證了隧道開挖施工的安全。

5.3 及時施作仰拱

由于該隧道跨度大，埋深淺，圍巖穩(wěn)定性差，長時間達不到穩(wěn)定狀態(tài)，故應(yīng)及時施作仰拱及隧底填充，使襯砌及早呈封閉狀態(tài)，以改善圍巖的受力變形條件。通過監(jiān)控量測發(fā)現(xiàn)，施作仰拱后，無論是隧道拱頂下沉速度還是周邊位移收斂變化趨勢均明顯減緩，說明采用的措施效果明顯。

5.4 及時施作二次襯砌

按新奧法原理，隧道二次襯砌基本不參與受力，主要作為安全儲備，因此二次襯砌一般在初期支護和圍巖變形基本穩(wěn)定后施作。該工程淺埋段隧道在仰拱施工后，初期支護變形速度明顯減緩，但變形仍在增大，在這種情況下，應(yīng)及時施作二次襯砌，使其提前參與受力，以防止初期支護變形由量變到質(zhì)變，進而發(fā)生坍塌。二次襯砌采用模筑C35 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

通過該工程實踐，總結(jié)出對城市道路隧道淺埋暗挖段，尤其是地質(zhì)條件較差時，應(yīng)對圍巖變形進行控制而不是釋放。同時，施工前必須對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進行分析，之后有針對性地采取輔助工程措施以保證施工安全。

6 爆破振動對周邊建筑的影響及減振措施

該隧道位于四川路和云南路地面下3～30m，兩條路均為城市干道，兩側(cè)建筑密集，下穿或側(cè)穿的建（構(gòu)）筑物30 余處。爆破開挖引起的振動將對其產(chǎn)生不利影響。施工中采取了一系列減振措施，盡量減少了對當?shù)鼐用裆畹母蓴_，并保證地面建（構(gòu)）筑物的安全[3]。

建筑物的爆破振動安全允許值與建筑物的重要性、建筑質(zhì)量、新舊程度、自振頻率、地基條件等諸多因素有關(guān)。該工程位于居民密集區(qū)，施工時周圍建筑物的爆破振動安全允許標準均取《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)中規(guī)定的最小值：鋼筋混凝土樓房爆破振動安全允許標準值取3.0cm/s；磚房爆破振動安全允許標準值取2.0cm/s，局部地段取至1.5cm/s。

施工時采取了下列措施以盡量減小爆破施工對當?shù)鼐用竦牟焕绊懀?/p>

第一，選擇低爆速炸藥品種，周邊眼采用光面爆破。第二，限制同時起爆最大裝藥量，采用減小循環(huán)進尺、分區(qū)爆破、多段微差毫秒控制爆破等先進的爆破技術(shù)。第三，優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)，采用間隔裝藥和孔底空氣間隔裝藥。第四，與鄰近建筑物距離小于10m時，在洞內(nèi)沿隧道周邊預(yù)先鉆出隔斷孔，起到截斷爆破振動波的傳播路徑或減小爆破振動波傳播距離的作用。通過采取一系列減振措施，隧道接線爆破施工引起的振動基本控制在規(guī)定的限值以內(nèi)，得到了當?shù)鼐用竦睦斫夂驼J可。

7 結(jié)語

第一，以隧道接線工程為例，介紹了城市雙向六車道超大斷面隧道的土建設(shè)計與施工。針對三車道隧道跨度大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜等特點，根據(jù)新奧法原理，充分保護和利用了圍巖的自承能力，采用的復(fù)合式襯砌是安全、經(jīng)濟的隧道修建方法。第二，對城市隧道淺埋暗挖段，尤其是地質(zhì)情況差的地段，要對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進行全面分析，以便有針對性地采取輔助工程措施。該隧道淺埋段所采用的管超前、強支護、快封閉、嚴注漿等措施，實踐證明了其安全可靠。第三，隧道位于城市建成區(qū)，爆破施工產(chǎn)生的振動會對周邊建筑物和居民的正常生活產(chǎn)生不利影響。為此，施工中應(yīng)按照規(guī)范要求，嚴格控制爆破振速，并采取一系列減振措施，以保證周邊建（構(gòu)）筑物的安全與正常使用。