城市綜合管廊下穿隧道埋挖設計思考

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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，城市綜合管廊建設與既有地下構筑物經(jīng)常存在交叉。本文結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計，從平面、縱斷面、橫斷面、淺埋暗挖結構、施工工序及既有隧道保護等內容進行簡要論述。

關鍵詞：城市綜合管廊；既有隧道；淺埋暗挖法；設計思考

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)，但各類型的地下構筑物在規(guī)劃、設計及實施過程中，難免會出現(xiàn)地下空間的交叉，而且多是新建構筑物下穿既有地下構筑物。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構，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，為國內類似工程的設計提供經(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（含結構厚度），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、粉質黏土、殘積砂質粘性土、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的地下空間，綜合管廊需從既有隧道下方穿過，工程設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)境決定了結構須下穿既有隧道，為控制綜合管廊埋深，同時兼顧受力合理性，設計采用微拱形直邊墻結構斷面。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，周邊地塊均在開發(fā)，超限施工車輛多，交通繁忙。（4）道路內既有管線包含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，施工過程中應保證市政管線的正常使用。

3工程設計方案

3.1平縱設計方案

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。因翔安東路西側廈門安防職業(yè)學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留超前支護施工空間，預留空間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結構設計方案

（1）支護結構參數(shù)設計沿用新奧法基本原理，采用“先柔后剛”復合式襯砌結構體系，即“初期支護+二次襯砌”。初期支護按承擔全部基本荷載設計，二次襯砌作為安全儲備，支護參數(shù)根據(jù)地質條件、埋深情況、結構跨度及施工方法等因素，通過工程類比法確定，然后綜合應用有限元分析，對施工過程進行模擬分析，定性的掌握圍巖及結構的應力發(fā)展、變形與破壞過程，再進一步調整支護參數(shù)，最后采用荷載-結構-彈性抗力計算模式，對結構進行內力計算、分析及強度校核；體現(xiàn)“動態(tài)設計、過程控制”的理念，施工中重視現(xiàn)場監(jiān)控量測分析，及時調整支護參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)設計、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，設計偏保守取值，二次襯砌承載比例取值60%。本結構計算方法采用荷載-結構法，采用MidasGTSNX限元軟件進行結構強度分析。綜合管廊模型如圖2.根據(jù)規(guī)范對支護結構之上可能出現(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。隧道支護結構按承載能力極限狀態(tài)校核時，采用分項系數(shù)設計表達式進行驗算。通過驗算滿足《公路隧道設計細則》（JTG/TD70-2010）10.4.4條款安全系數(shù)要求；支護結構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%。因此從計算結果看，設計選取的計算參數(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預留出管棚注漿及施工空間，盡量減小兩結構間的凈間距?，F(xiàn)狀通道全高7.9m、全寬27.5m，通道為兩孔閉合框架結構，其中左邊孔凈寬14.25m，右邊孔凈寬10.25m。通道底板厚1.2m，側墻及頂板厚度1.0m，中墻厚度0.5m，采用C40鋼筋混凝土結構。隧道側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；原隧道設計為了防止過度變形，側墻及頂板均設置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構體，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，導坑縱向間距宜保持在2D（D為導坑開挖跨度），每個導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，設計中提出了單導洞（帶中隔墻側）二襯提前封閉，二襯封閉后拆除臨時側壁。（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構。

4結語

（1）對于下穿既有隧道的淺埋暗挖管廊，可借鑒的案例較少，通過設計評審優(yōu)化及后續(xù)施工的跟蹤，得出合理的結構參數(shù)及支護措施，為國內類似工程的設計提供經(jīng)驗。（2）下穿既有隧道淺埋暗挖平面設計時，優(yōu)先考慮避開既有結構變形縫。（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，是確保設計合理性和施工安全性的重要手段，通過監(jiān)測了解構筑物、地層與支護結構的動態(tài)變化，評價其安全性及穩(wěn)定性。監(jiān)控量測的結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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[4]萬良勇,宋戰(zhàn)平,曲建生,宋云財.新建地鐵隧道"零距離"下穿既有車站施工技術分析[J].現(xiàn)代隧道技術.第52卷第1期.

作者：池哲源 單位：福州城建設計研究院有限公司廈門分公司