城市綜合管廊下穿隧道埋挖設(shè)計思考

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摘要：早期市政道路下地下空間的利用多以滿足交通功能的下穿隧道為主，為提高行駛舒適性，下穿隧道多占用地下10米內(nèi)空間，以減少隧道的引道長度，近年來隨著城市綜合管廊的飛速發(fā)展，城市綜合管廊建設(shè)與既有地下構(gòu)筑物經(jīng)常存在交叉。本文結(jié)合東山變進出線地下綜合管廊工程（一期），根據(jù)工程實例分析，探討城市綜合管廊下穿既有隧道的設(shè)計，從平面、縱斷面、橫斷面、淺埋暗挖結(jié)構(gòu)、施工工序及既有隧道保護等內(nèi)容進行簡要論述。

關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；既有隧道；淺埋暗挖法；設(shè)計思考

引言

近年來地下空間的利用被充分重視，早期城市公共地下空間利用多以下穿隧道為主，實現(xiàn)交通快速過境，以加強交通功能為目的。現(xiàn)如今下穿隧道、軌道交通、城市綜合管廊、地下停車場等地下構(gòu)筑物不斷涌現(xiàn)，大家重視地下空間的開發(fā)，但各類型的地下構(gòu)筑物在規(guī)劃、設(shè)計及實施過程中，難免會出現(xiàn)地下空間的交叉，而且多是新建構(gòu)筑物下穿既有地下構(gòu)筑物。本文借東山變進出線地下綜合管廊工程（一期），研究綜合管廊采用淺埋暗挖法下穿既有隧道結(jié)構(gòu)，淺埋暗挖法可避免既有隧道被拆除，不影響地面及隧道的交通。通過本項目的論述，研究綜合管廊下穿既有隧道，為國內(nèi)類似工程的設(shè)計提供經(jīng)驗。

1依托工程概況

東山變進出線地下綜合管廊工程（一期）位于廈門市翔安區(qū)，在翔安南路與翔安東路交叉口處下穿翔安東路，為確保道路及隧道交通暢通不中斷，設(shè)計采用淺埋暗挖法下穿既有隧道，下穿翔安東路綜合管廊呈東西走向，與翔安東路呈71°，下穿翔安東路地面輔道及既有下穿隧道，起終點樁號AK2+840.5～AK2+930.3，總長89.8m，綜合管廊采用電力艙+綜合艙雙艙布置，斷面凈寬6.3米、凈高4.2m。綜合管廊下穿既有隧道平面如圖1。根據(jù)翔安東路竣工圖資料，現(xiàn)狀道路寬度70m，既有下穿隧道位于道路中部，隧道寬度25m，高度7.9m（含結(jié)構(gòu)厚度），隧道埋深8.29～9.26m，隧道采用明挖暗埋法施工，基坑采用沖孔灌注樁支護，樁底標高位于隧道底板標高以下6m。道路內(nèi)既有管線包含D600雨水管、D800雨水管、D800給水管、D400天燃氣管道及路燈、交通、有線電視等管線。為確保道路、管線及隧道暢通，綜合管廊擬下穿翔安東路及既有隧道，綜合管廊穿越主要地層為素填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風化花崗巖、砂礫狀強風化花崗巖及碎塊狀強風化花崗巖。

2工程特點

（1）現(xiàn)狀車行隧道占用地面以下十米范圍內(nèi)的地下空間，綜合管廊需從既有隧道下方穿過，工程設(shè)計需圍繞如何保護既有隧道，控制施工過程安全。（2）綜合管廊所處的工程環(huán)境決定了結(jié)構(gòu)須下穿既有隧道，為控制綜合管廊埋深，同時兼顧受力合理性，設(shè)計采用微拱形直邊墻結(jié)構(gòu)斷面。為確保隧道通行，需采用淺埋暗挖法。（3）翔安東路隧道位于翔安東路與翔安南路互通范圍內(nèi)，周邊地塊均在開發(fā)，超限施工車輛多，交通繁忙。（4）道路內(nèi)既有管線包含D600雨水管、D800雨水管、D800給水管、D400天燃氣管道及路燈、交通、有線電視等管線，施工過程中應(yīng)保證市政管線的正常使用。

3工程設(shè)計方案

3.1平縱設(shè)計方案

綜合管廊下穿翔安東路隧道段平面呈東西走向，與翔安東路呈71°下穿翔安東路地面輔道及隧道。根據(jù)現(xiàn)狀隧道竣工圖資料，隧道變形縫間距20m，平面設(shè)計時，考慮綜合管廊盡可能從某一節(jié)的中部位置下穿，避免從變形縫位置下穿，有效控制沉降。因翔安東路西側(cè)廈門安防職業(yè)學(xué)院用地紅線受限及地面匝道橋橋墩的影響，綜合管廊無法僅穿一節(jié)隧道，從隧道的第一節(jié)與第二節(jié)變形縫處下穿。下穿隧道段平面線形為直線，該布置便于超前措施的實施。綜合管廊縱斷面布置受既有隧道限制，在通道底部下穿，縱斷面的布置考慮管廊頂與通道墊層底部之間預(yù)留超前支護施工空間，預(yù)留空間80cm，最終確定的管廊覆土為12.24m～13.38m（距離現(xiàn)狀地面）。為便于超前支護的定位及實施，綜合管廊縱坡采用0.1%單向坡。

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

（1）支護結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計沿用新奧法基本原理，采用“先柔后剛”復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)體系，即“初期支護+二次襯砌”。初期支護按承擔全部基本荷載設(shè)計，二次襯砌作為安全儲備，支護參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、埋深情況、結(jié)構(gòu)跨度及施工方法等因素，通過工程類比法確定，然后綜合應(yīng)用有限元分析，對施工過程進行模擬分析，定性的掌握圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力發(fā)展、變形與破壞過程，再進一步調(diào)整支護參數(shù)，最后采用荷載-結(jié)構(gòu)-彈性抗力計算模式，對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力計算、分析及強度校核；體現(xiàn)“動態(tài)設(shè)計、過程控制”的理念，施工中重視現(xiàn)場監(jiān)控量測分析，及時調(diào)整支護參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、信息化施工。綜合管廊支護參數(shù)如表2。（2）二襯靜力驗算綜合管廊最不利覆土厚度13.5m，本管廊的寬度接近兩車道隧道，設(shè)計偏保守取值，二次襯砌承載比例取值60%。本結(jié)構(gòu)計算方法采用荷載-結(jié)構(gòu)法，采用MidasGTSNX限元軟件進行結(jié)構(gòu)強度分析。綜合管廊模型如圖2.根據(jù)規(guī)范對支護結(jié)構(gòu)之上可能出現(xiàn)的荷載，按照承載能力狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行組合，取最不利組合進行驗算。設(shè)計取基本組合Ⅰ(QZH-Ⅰ)用于正常使用極限狀態(tài)的校核，基本可變荷載組合Ⅱ（QZH-Ⅱ）、偶然荷載組合Ⅳ（QZH-Ⅳ）用于承載能力極限狀態(tài)校核。綜合管廊基本組合彎矩、軸力及剪力。隧道支護結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)校核時，采用分項系數(shù)設(shè)計表達式進行驗算。通過驗算滿足《公路隧道設(shè)計細則》（JTG/TD70-2010）10.4.4條款安全系數(shù)要求；支護結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)校核時，最不利截面為底板邊部，此時計算裂縫寬度ω=0.157mm，配筋率ρ=1.689%。因此從計算結(jié)果看，設(shè)計選取的計算參數(shù)較為合理。

3.3下穿既有隧道控制措施

既有隧道是影響綜合管廊豎向標高的主要節(jié)點，現(xiàn)狀隧道底板底標高+20.07m，管廊從隧道底下穿，控制管廊初期支護與通道的凈間距，按照0.8m預(yù)留出管棚注漿及施工空間，盡量減小兩結(jié)構(gòu)間的凈間距?，F(xiàn)狀通道全高7.9m、全寬27.5m，通道為兩孔閉合框架結(jié)構(gòu)，其中左邊孔凈寬14.25m，右邊孔凈寬10.25m。通道底板厚1.2m，側(cè)墻及頂板厚度1.0m，中墻厚度0.5m，采用C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隧道側(cè)墻及底板變形縫采用中埋式止水帶+背貼式止水帶，頂板采用中埋式止水帶止水；原隧道設(shè)計為了防止過度變形，側(cè)墻及頂板均設(shè)置φ28@400剪力筋。針對既有隧道的情況，綜合管廊下穿既有隧道控制措施如下：（1）在拱頂采用加鋼筋籠的φ133×6.5mm超前大管棚，管棚環(huán)向間距20cm，超前大管棚可有效支撐通道結(jié)構(gòu)體，控制沉降。（2）下穿既有隧道段掌子面采用全斷面注漿，控制掌子面失穩(wěn)引起的過度沉降。（3）綜合管廊位于殘積砂質(zhì)粘土、強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖，采用機械開挖，減少對既有隧道的影響。施工工法采用CD法開挖，導(dǎo)坑縱向間距宜保持在2D（D為導(dǎo)坑開挖跨度），每個導(dǎo)坑采用全斷面或微臺階法開挖，一次性開挖進尺宜按一榀鋼架間距控制。（4）隧道開挖后立即架設(shè)初期支護，做到“隨挖隨護”。初期支護背后及時回填注漿，以減少地層沉降變形。（5）常規(guī)暗挖法隧道臨時支護拆除是在初期支護閉合成環(huán)之后，為嚴格控制變形，設(shè)計中提出了單導(dǎo)洞（帶中隔墻側(cè)）二襯提前封閉，二襯封閉后拆除臨時側(cè)壁。（6）施工期間對既有隧道沉降、拱頂下沉、凈空收斂等加強監(jiān)控，制定詳細的信息傳遞系統(tǒng)，根據(jù)量測數(shù)據(jù)及時施作二次襯砌結(jié)構(gòu)。

4結(jié)語

（1）對于下穿既有隧道的淺埋暗挖管廊，可借鑒的案例較少，通過設(shè)計評審優(yōu)化及后續(xù)施工的跟蹤，得出合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)及支護措施，為國內(nèi)類似工程的設(shè)計提供經(jīng)驗。（2）下穿既有隧道淺埋暗挖平面設(shè)計時，優(yōu)先考慮避開既有結(jié)構(gòu)變形縫。（3）淺埋暗挖法施工具備施工占地較少、不拆除地面（地下）構(gòu)筑物、交通干擾較小、管線拆遷量少等優(yōu)點，在既有路段進行地下空間開發(fā)時可優(yōu)先選用。（4）監(jiān)控量測是淺埋暗挖法施工必不可少的程序，是確保設(shè)計合理性和施工安全性的重要手段，通過監(jiān)測了解構(gòu)筑物、地層與支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，評價其安全性及穩(wěn)定性。監(jiān)控量測的結(jié)果彌補理論分析的不足，修正后的支護參數(shù)及采取的控制措施方能作為可借鑒的案例。

參考文獻

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作者：池哲源 單位：福州城建設(shè)計研究院有限公司廈門分公司