云南路主線隧道通過高層建筑段施工方案設(shè)計

付迎春

(石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050041)

云南路主線隧道通過高層建筑段施工方案設(shè)計

付迎春

(石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050041)

根據(jù)青島膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程的工程概況，本文主要對云南路主線隧道過高層建筑段進(jìn)行施工方案設(shè)計，根據(jù)主線隧道與既有建筑物的關(guān)系和他們之間的相互影響，綜合比較給出了合理的施工方案，為今后類似工程的施工提供指導(dǎo)。

隧道 既有建筑物 施工方案

1 工程概述

青島膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程從東平路以南，沿云南路向南，現(xiàn)云南路ZK1+180—ZK1+530這一段均為在建高層建筑。對隧道建設(shè)影響較大的高層建筑有4處，1號樓為地上24層，地下2層，2～4號樓為地上33層，地下2層，各樓房與隧道位置關(guān)系剖面如圖1～圖4所示。基坑底水平距離隧道邊線為3～10 m，距離隧道頂?shù)拇怪本嚯x為2.7～10.0 m。整個影響隧道范圍為350 m?，F(xiàn)在建筑物基礎(chǔ)基坑挖深10～12 m，樓層已經(jīng)建起10層左右，且正在施工。

下穿新建房屋段位于云南路西鎮(zhèn)一帶，地勢較高，地面高程22.0～30.0 m，地貌類型為侵蝕堆積斜坡～剝蝕斜坡。隧道埋深7.5～25.0 m，隧址處地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層(Qml4)雜填土、第四系上更新統(tǒng)洪沖積層(Qal+pl3)亞黏土和弱～微風(fēng)化燕山晚期花崗巖組成。ZK1+180—ZK1+291段洞頂圍巖為弱風(fēng)化花崗巖，洞身為弱～微風(fēng)化花崗巖，該段圍巖自穩(wěn)能力差，易發(fā)生塌方，透水性中等。地下水為基巖裂隙水，埋深2.8 m左右。拱墻圍巖級別為Ⅳ級［1］。

圖1 1號樓與隧道位置關(guān)系剖面(單位：m)

圖2 2號樓與隧道位置關(guān)系剖面(單位：m)

圖3 3號樓與隧道位置關(guān)系剖面(單位：m)

圖4 4號樓與隧道位置關(guān)系剖面(單位：m)

2 隧道影響范圍劃分基準(zhǔn)

根據(jù)接近工程的種類，主要是根據(jù)既有結(jié)構(gòu)與新建結(jié)構(gòu)物的間隔來進(jìn)行其接近度的劃分。這里所謂“間隔”是指既有結(jié)構(gòu)外面到接近工程的最小距離。接近度判斷采用的D(隧道外徑)值，指結(jié)構(gòu)襯砌的外面的垂直高度，水平寬度中的最大值(見圖5)。

1)隧道上部填土 淺埋隧道上部填土?xí)r，隧道襯砌的上覆荷載增大，襯砌發(fā)生擠壓變形、位移。在偏壓地形條件下的上部填土，或?qū)λ淼肋M(jìn)行偏壓填土，隧道襯砌將受到非對稱的荷載。

上部填土對既有結(jié)構(gòu)的影響決定于影響條件：原地形和埋深、填土后的地形和埋深、填土高度、填土的施工方法(一次填土厚度、平面施工順序、碾壓方法)、地質(zhì)條件、既有建筑物的結(jié)構(gòu)和健全度等。

圖5 接近度的劃分示意

2)隧道上部有結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)［2］隧道上部新建結(jié)構(gòu)物，且將基礎(chǔ)設(shè)置在隧道上部時，支持基礎(chǔ)的荷載通過圍巖作用在襯砌上。此時，基礎(chǔ)的前端沒有進(jìn)入作為保護(hù)層的隧道上部5 m范圍內(nèi)，而以在此5 m平面上荷載增加的程度來劃分接近度(見表1)。

表1 接近度的劃分(隧道上部結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ))

荷載增加的程度決定于地層中應(yīng)力分布的計算方法，可根據(jù)圖6進(jìn)行概略預(yù)測，如預(yù)測的荷載增加超過10 kN/m2時，或出現(xiàn)局部集中荷載作用時，應(yīng)慎重研究處理。

圖6 基礎(chǔ)的荷載分布(B—基礎(chǔ)寬度;q—荷載值)

3)隧道側(cè)面開挖 在既有結(jié)構(gòu)的側(cè)面開挖時，會發(fā)生向開挖側(cè)的變形和位移。其影響決定于地形條件、地質(zhì)條件、開挖規(guī)模、既有結(jié)構(gòu)物的健全度等(見圖7)。

圖7 隧道開挖與相鄰地層的關(guān)系

圖8 城市條件下接近度劃分

4)臨近城市建筑物接近施工的影響范圍劃分近年接近既有結(jié)構(gòu)物進(jìn)行接近施工的工程大量出現(xiàn)，與過去的比較，不僅工程規(guī)模大，而且與既有結(jié)構(gòu)物的間距小，因此要求對既有結(jié)構(gòu)物的影響進(jìn)行預(yù)測，同時提出相應(yīng)的對策。其接近度的劃分如圖8。根據(jù)圖示的結(jié)果，云南路主線隧道距離地面新建建筑物的水平距離均小于1倍洞徑，接近影響屬于Ⅲ級—需要采取措施范圍。同時可以采用基礎(chǔ)承載力的降低來評價地下開挖卸載的影響。

工程地面為高層建筑，按照工程實際情況進(jìn)行理論與數(shù)值分析，類比類似工程經(jīng)驗并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，隧道鄰近高層建筑群施工影響區(qū)域可分為強(qiáng)、中、弱三個區(qū)域。各棟樓的影響區(qū)域和隧道的位置關(guān)系見圖9～圖12。

圖9 1號樓和隧道的位置關(guān)系(單位：m)

圖10 2號樓和隧道的位置關(guān)系(單位：m)

圖11 3號樓和隧道的位置關(guān)系(單位：m)

從圖9～圖12中可以看出1號樓和3號樓斷面，隧道一半左右處于強(qiáng)影響區(qū)，另一半處于中影響區(qū)，影響程度相對最大;4號樓斷面，主體處于中影響區(qū)，而左拱腰部分處于強(qiáng)影響區(qū)，右邊墻處于弱影響區(qū)，影響程度相對中等;2號樓主體處于中影響區(qū)，右邊墻部分處于弱影響區(qū)，左拱腰少部分處于強(qiáng)影響區(qū)，影響程度相對較弱。

圖12 4號樓和隧道的位置關(guān)系(單位：m)

3 隧道施工和高層建筑物施工產(chǎn)生的相互影響［3］

根據(jù)上述近接施工的分析，隧道施工不同階段均會與地面高層建筑產(chǎn)生相互影響，均屬于需要采取措施的范圍。具體影響有：

1)圍巖失穩(wěn)?；娱_挖深10 m，基坑邊線靠近隧道拱頂，基坑底距隧道拱頂?shù)淖钚〈怪本嚯x僅有2.71 m，隧道開挖的成拱作用無法形成，靠近基坑一側(cè)的圍巖受到擾動，圍巖自穩(wěn)能力差，容易失穩(wěn)，易產(chǎn)生塌方和冒頂，將對地面和周邊建筑物造成影響，嚴(yán)重時可能造成安全重大事故。

2)開挖產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)對建筑物的影響。高層建筑先于隧道建設(shè)，或與隧道同時施工，隧道開挖將使周邊圍巖發(fā)生應(yīng)力釋放，隧道周邊產(chǎn)生塑性區(qū)和向隧道內(nèi)變形。根據(jù)計算，塑性區(qū)到達(dá)基礎(chǔ)底部，將影響地基承載力，并引起建筑物的變形。

3)隧道建成后的受力影響。由于高層建筑的影響，高層建筑在隧道周邊產(chǎn)生附加側(cè)壓力，使隧道受偏壓力作用，根據(jù)計算，隧道初期支護(hù)應(yīng)及時封閉，隧道二次襯砌需要采用帶仰拱加厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4)施工爆破影響。隧道距離建筑物較近，隧道爆破振動對建筑物有一定影響。如果居民入住，隧道爆破振動將影響居民的正常生活和安全;如果高層建筑和隧道同時施工，爆破振動將影響建筑物混凝土的凝固。

5)工期的影響。隧道施工通過這一段，需要采用嚴(yán)格控制爆破等特殊技術(shù)措施，需要延長工期5個月。

4 方案比選［4］

根據(jù)該工程的復(fù)雜性，制訂了以下幾種施工方案。

1)方案一：保持隧道線位不變，調(diào)整高層建筑的位置，以期避免或減少隧道與高層建筑物間的影響。

根據(jù)隧道施工和地質(zhì)條件以及埋深情況，建筑物移位至距離隧道邊緣水平距離至少15 m以上。由于該處高層已修建10層以上，調(diào)整房屋的位置重新建設(shè)，將帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，不具備可行性。

2)方案二：保持高層建筑物的位置不變，調(diào)整隧道線位，以期避免或減少隧道與高層建筑物間的影響。

設(shè)計上可能進(jìn)行的兩種調(diào)整措施：

①調(diào)整措施1：將團(tuán)島二路—西藏路段的直線段小角度逆時針旋轉(zhuǎn)，西藏路—廣州路段的兩反向曲線半徑相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

調(diào)整后，與施工圖相比存在的主要問題：云南路主線隧道由道路下方調(diào)整至房屋下方，隧道大量穿越密集樓群，施工難度加大，工期延長，投資增加;隧道距離建筑最近處中線向西偏移3.71 m，仍改變不了高層建筑接近的現(xiàn)象，無法從根本上解決兩者相互影響的問題;云南路主線與團(tuán)島二路出口匝道之間凈距減小約1.5 m，增大了施工難度;云南路全線位置調(diào)整，向南延伸至海底隧道海域段，團(tuán)島二路匝道與主線相交處大斷面需調(diào)整;云南路主線開口處線位調(diào)整與現(xiàn)有人防設(shè)施沖突，需與人防部門協(xié)調(diào)。

②調(diào)整措施2：磁山路以南段線位不變，以北段線位整體西移。

調(diào)整后，與施工圖相比存在的問題：隧道距離建筑最近處中線向西偏移3.5 m，仍改變不了與高層建筑接近的現(xiàn)象，無法從根本上解決兩者相互影響的問題;工程拆遷約增加3萬m2;剛剛完成改造的泰云地下通道需調(diào)整順接，施工圖大范圍調(diào)整。

調(diào)整措施2調(diào)整隧道口部線位走向，由于隧道口部主線為四個反向曲線相接，口部主線調(diào)整后，隧道出口處道路及橋梁位置也必須相應(yīng)調(diào)整，需增加3萬m2拆遷，代價太大。調(diào)整措施1調(diào)整云南路隧道主線，隧道全部位于現(xiàn)有多層建筑下方，帶來施工難度加大，工期延長，投資增加等問題。另外，云南路主線重新選線后，海底隧道主線隧道走向也需相應(yīng)調(diào)整，還存在與人防、地下管線沖突問題，必須重新進(jìn)行評審、審批程序，影響全局。而且以上兩種調(diào)整方案，調(diào)整幅度均很有限，改變不了高層建筑近接隧道的現(xiàn)象，無法從根本上解決問題，且增加投資很大，不具備可行性。

3)方案三：隧道暫時停止施工，待高層建筑物施工完再恢復(fù)隧道施工

高層建筑完畢后，對地基產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，現(xiàn)有施工技術(shù)無法保證高層建筑與隧道本身的安全，極有可能引起高層建筑及隧道整體失穩(wěn)，同時導(dǎo)致兩個項目風(fēng)險極高?？v使房屋建成后也不能進(jìn)住人員，隧道施工期間，現(xiàn)有技術(shù)無法保證高層建筑及人員安全，此方案不可行。

4)方案四：高層建筑物和隧道同時施工

隨著高層建筑物施工，其高度不斷增加，對隧道將產(chǎn)生動態(tài)的荷載，施工過程中，兩者之間的受力機(jī)理及動態(tài)影響極其復(fù)雜，無法保證高層建筑及隧道的安全。同時，隧道的爆破施工將直接影響到高層建筑物的施工質(zhì)量，尤其是混凝土的初凝與終凝，此方案不可行。

5)方案五：高層建筑暫停施工，待該段隧道施工完后再恢復(fù)高層建筑的施工。

前面四種方案難度及風(fēng)險很大，增加投資也很大，在現(xiàn)有條件下進(jìn)行隧道加強(qiáng)處理和控制爆破，高層建筑暫停施工，待該段隧道采取適當(dāng)措施安全施工完后，再恢復(fù)高層建筑施工。高層建筑暫停施工，使荷載不再增加，隧道施工期間，荷載保持靜態(tài)，減少了隧道施工難度和高層建筑之間的相互干擾，但采用必要的技術(shù)加強(qiáng)措施后，可以保證高層建筑已施工部分的安全(即使出現(xiàn)異常情況，也可采取補(bǔ)救措施)。由于隧道先行施工，可以通過加強(qiáng)支護(hù)，保證高層建筑在恢復(fù)施工直至完成后的安全以及隧道自身的安全。此方案風(fēng)險相對較小，是可行的。

5 結(jié)論

1)1號樓和3號樓斷面，隧道一半左右處于強(qiáng)影響區(qū)，另一半處于中影響區(qū)，影響程度相對最大;

2)4號樓斷面，主體處于中影響區(qū)，而左拱腰部分處于強(qiáng)影響區(qū)，右邊墻處于弱影響區(qū)，影響程度相對中等;

3)2號樓主體處于中影響區(qū)，右邊墻部分處于弱影響區(qū)，左拱腰少部分處于強(qiáng)影響區(qū)，影響程度相對較弱。

4)通過比較選擇施工方案五，前面四種方案難度及風(fēng)險很大，增加投資也很大。高層建筑暫停施工，使荷載不再增加，隧道施工期間，荷載保持靜態(tài)，減少了隧道施工難度和高層建筑之間的相互干擾，在采用必要的技術(shù)加強(qiáng)措施后，可以保證高層建筑已施工部分的安全(即使出現(xiàn)異常情況，也可采取補(bǔ)救措施)。由于隧道先行施工，可以通過加強(qiáng)支護(hù)，保證高層建筑在恢復(fù)施工直至完成后的安全以及隧道自身的安全。此方案風(fēng)險相對較小，是可行的。

［1］青島市勘察測繪研究院.膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程地質(zhì)勘察報告［R］.青島：青島市勘察測繪研究院，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部，TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［3］張宏，冷伍明，肖武權(quán).高層建筑基礎(chǔ)施工對鄰近隧道影響的監(jiān)測分析［J］.鐵道建筑，2008(6)：51-53.

［4］卿偉宸，廖紅建，錢春宇.地下隧道施工對相鄰建筑物及地表沉降的影響［J］.地下空間與工程學(xué)報，2005(6)：960-963.

U456.3

B

1003-1995(2011)03-0047-04

2010-09-15;

2011-01-18

付迎春(1978— )，男，黑龍江賓縣人，講師，碩士。

(責(zé)任審編 王天威)