城際鐵路隧道平行下穿既有河道方案設(shè)計

張竹清

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 工程概況

廣佛環(huán)線佛山西站至廣州南站段全長36.174 km，西連佛肇城際，東接佛莞城際，同時與廣佛江珠城際換乘，是整個珠三角城際軌道交通網(wǎng)中東西向交通干線的重要組成部分，也是廣佛交通走廊內(nèi)重要的城際客運(yùn)線路。其中沙堤隧道位于佛山市南海區(qū)及禪城區(qū)內(nèi)，隧道在穿越汾江后，走向基本與南北大涌平行，平行段隧道長度2.7 km。

南北大涌北接汾江，南與東平水道相連，長度為5.3 km，河道寬度45 m，目前改造工程正在進(jìn)行中，河道主要作用是防洪、排澇及擔(dān)負(fù)兩岸工業(yè)、生活排污工作。大涌東側(cè)多為居民小區(qū)、工業(yè)區(qū)廠房等建筑，西側(cè)與新建禪西大道平行。由于多條道路均需跨越南北大涌，因此涌上橋梁較多，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，隧道范圍內(nèi)共有高速公路橋梁1座，市政道路橋梁及箱涵6座，泵站1座，分別歸屬于高速公路公司、市政、交通、水務(wù)等部門管理。

2 工程及水文地質(zhì)概況

沙堤隧道下穿南北大涌段河涌內(nèi)第四系地層厚度10～22 m，主要為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土和細(xì)砂。下伏基巖以砂巖為主，普遍夾有泥巖，局部夾礫巖?；鶐r面頂板高程-9～-20 m，弱風(fēng)化層頂面高程-17～-37 m。隧道范圍內(nèi)地下水類型主要有2種:一種為第四系孔隙水，另一種為基巖風(fēng)化裂隙水。第四系孔隙水，主要賦存于海陸交互沉積層中的粉砂＜3-1＞、細(xì)砂＜3-2＞、中砂＜3-3＞、粗砂＜3-4＞及礫砂＜3-5＞中?；鶐r風(fēng)化裂隙水主要賦存于下第三系始新統(tǒng)強(qiáng)、弱風(fēng)化的砂巖夾泥巖風(fēng)化節(jié)理裂隙中，含水層埋深和厚度差異較大，砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育。由于巖性及裂隙發(fā)育程度的差異，其富水程度與滲透性也不盡相同，其滲透性受基巖裂隙發(fā)育程度影響，具有一定的隨機(jī)性，局部裂隙發(fā)育，裂隙連通性較好，滲透性較強(qiáng)，致使地下水的滲透性在空間分布上的差異較大?；鶐r風(fēng)化層滲透系數(shù)一般小于 1.3×10-5m/s。

3 線位方案比較

南北大涌兩側(cè)是禪城區(qū)主要的工業(yè)園區(qū)，受控于張槎站站位及佛山軍用機(jī)場的下穿條件，線路只能敷設(shè)于南北大涌下方(以下簡稱下方方案)或東側(cè)(以下簡稱東側(cè)方案)。線位需從與地方城市規(guī)劃的關(guān)系、地面控制點、拆遷占地及改涌投資、隧道造價等方面進(jìn)行綜合比較。如圖1、圖2所示。

圖1 下穿南北大涌方案布置

3.1 與城市規(guī)劃的結(jié)合

根據(jù)與地方規(guī)劃部門的多次結(jié)合，調(diào)查到南北大涌東側(cè)已建、在建或規(guī)劃的項目較多，具體見表1。

由于東側(cè)方案要全部下穿地方已建、在建或規(guī)劃項目，隧道淺埋段950 m范圍內(nèi)建筑物樁基已經(jīng)侵入隧道結(jié)構(gòu)，需要對既有建筑進(jìn)行大量拆遷，對規(guī)劃建筑的布局影響也非常大。同時由于軌道交通保護(hù)條例的規(guī)定，隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)50 m范圍內(nèi)的土地均處于保護(hù)區(qū)內(nèi)［6］，因此一旦修建軌道交通后，對地塊侵占較多，所以規(guī)劃部門對東側(cè)方案提出較大異議。下方方案雖然在隧道明挖段及敞開段需要對南北大涌局部進(jìn)行改移，但考慮到本段正在進(jìn)行的大涌改造工程可結(jié)合城際鐵路一起實施，同時對規(guī)劃地塊影響較小，因此地方規(guī)劃部門同意采用下方方案。

圖2 南北大涌現(xiàn)狀

表1 沙堤隧道下穿南北大涌段與地方城市規(guī)劃關(guān)系概況

3.2 平行下穿南北大涌方案控制點及隧道工法的選擇

南北大涌東側(cè)主要分布著工業(yè)園區(qū)及居民小區(qū)建筑，大涌上方建有多座橋梁及水利設(shè)施。根據(jù)調(diào)查，各控制點概況如表2所示。

表2 沙堤隧道下穿南北大涌段主要控制點統(tǒng)計

從表2可知，隧道下穿南北大涌方案主要的受控點是涌上方及東側(cè)分布的橋梁等建筑物的基礎(chǔ)。

本段線路有條件下壓坡度，增加線路埋深，埋深加大后下方方案可以避讓佛開高速、朗沙二路、工業(yè)大道、興業(yè)路、張槎路跨南北大涌之橋梁樁基，從其下方通過。在建輕工路主橋跨南北大涌主跨為37 m，線路有條件從主跨下穿通過，但副橋由于跨度較小，橋樁基長度26 m，而隧道在輕工路立交橋范圍埋深已經(jīng)減小到15 m，因此副橋需拆除還建或進(jìn)行樁基托換。同樣，橋苑街人行橋范圍隧道埋深只有10 m，而樁基長度達(dá)22 m，且線路無法避讓樁基，因此橋苑街人行橋需拆除還建或進(jìn)行樁基托換。

由于本段隧道范圍內(nèi)建筑物密集，路網(wǎng)發(fā)達(dá)，采用明挖法實施十分困難;同時為控制地表沉降，減少開挖礦山法放炮開挖對周圍居民的影響，加快施工進(jìn)度，減少淺埋段軟弱地層的加固費用，因此隧道施工推薦采用盾構(gòu)法施工。

3.3 拆遷、占地及改涌方案投資比較

東側(cè)方案與下方方案拆遷及占地統(tǒng)計見表3，由表可知，拆遷及占地下方方案投資節(jié)省約7 600萬元，下方方案改涌投資約8 901萬元，本部分比較下方方案較東側(cè)方案投資增加1 301萬元。

表3 東側(cè)方案與下方方案拆遷占地及改涌投資統(tǒng)計

3.4 隧道總投資比較

東側(cè)方案與下方方案拆隧道投資統(tǒng)計見表4，由表可知，隧道投資下方方案較東側(cè)方案投資增加1 593.4萬元。

表4 東側(cè)方案與下方方案隧道投資統(tǒng)計

3.5 方案優(yōu)缺點比較及結(jié)論

綜上所述，本段隧道平行南北大涌下方及東側(cè)方案優(yōu)缺點如表5所示，綜合比較后，推薦采用下方方案。

表5 東側(cè)方案與下方方案優(yōu)缺點比較

4 下方方案隧道工程難點及解決措施

4.1 隧道下穿建筑物相關(guān)措施

本隧道盾構(gòu)管片外徑9.8 m，線路壓破后，除輕工路立交副橋及橋苑街人行橋外，其他橋梁及泵站樁基礎(chǔ)均有條件下穿。隧道結(jié)構(gòu)頂與建筑物樁基礎(chǔ)最小距離為9 m，并且盾構(gòu)隧道穿行在弱風(fēng)化砂巖中，從以往設(shè)計及施工經(jīng)驗來看，施工中加強(qiáng)監(jiān)控，及時跟進(jìn)二次注漿，能夠保證隧道上方結(jié)構(gòu)的安全，相關(guān)處理措施見表6。

輕工路立交副橋及橋苑街人行橋由于隧道埋深已經(jīng)小于15 m，并且線路無法避讓樁基。輕工路立交副橋及橋苑街人行橋均為跨河橋梁，樁基托換施工風(fēng)險大，難度高，加之兩座橋梁跨度較小，交通量不大，相比拆除還建樁基托換費用上并沒有太大優(yōu)勢，因此上述兩橋推薦采用拆除后進(jìn)行還建的方案，還建方案詳見圖3、圖4。

表6 下方方案隧道控制點措施

圖3 輕工路立交副橋還建方案(單位:cm)

圖4 橋苑街人行橋還建方案(單位:cm)

4.2 隧道結(jié)構(gòu)防水措施

下方方案建成后，本段隧道有2.65 km將長期處于水下運(yùn)營的狀態(tài)，其中盾構(gòu)段長度2.35 km，明挖暗埋段長度0.3 km，對隧道結(jié)構(gòu)的防水提出了較高的要求。

為此隧道采用全封閉防水型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)防水遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則，隧道防水設(shè)計滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的一級標(biāo)準(zhǔn)，即不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬。

明挖法隧道主體結(jié)構(gòu)采用抗?jié)B等級為P10的C35防水鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)外側(cè)采用高分子復(fù)合單面自粘型防水卷材全包防水。防水卷材胎基厚1.5 mm，其背水側(cè)為復(fù)合粘結(jié)層，迎水側(cè)為復(fù)合土工布。邊墻及底板采用預(yù)鋪法施工，頂板采用后鋪法施工。明挖段縱向施工縫中部設(shè)置3 mm厚鍍鋅鋼板及遇水膨脹橡膠止水條;環(huán)向施工縫中部設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶以及遇水膨脹橡膠止水條，并在環(huán)向預(yù)埋可重復(fù)注漿的注漿管。明挖段變形縫外側(cè)設(shè)置外貼式止水帶，中部設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶，變形縫處軌面以上拱墻范圍內(nèi)設(shè)置φ20 mm的PVC圓管(外包土工布)，將少量滲水引入道床排水溝并排入?yún)^(qū)間廢水泵房，圓管外側(cè)采用雙組份聚硫密封膠填充密實。

盾構(gòu)法隧道襯砌自身須具有良好的防水能力，混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑。管片采用C50鋼筋混凝土，抗?jié)B等級為P12，管片密封墊槽間嵌入三元乙丙橡膠進(jìn)行防水。在管片背面及密封墊外側(cè)的管片表面涂刷滲透性環(huán)氧型防水防腐蝕涂料，涂層應(yīng)能在盾尾密封用鋼絲刷與鋼板擠壓條件下不損傷。

另外，為降低河水下滲量，隧道淺埋地段河道底部應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的處理，河道斷面采用鋼筋混凝土U形槽結(jié)構(gòu)，并在外側(cè)設(shè)置全包防水層。

5 結(jié)論

(1)城際鐵路隧道工程由于線路平面半徑的限制，往往很難適應(yīng)城市現(xiàn)有或規(guī)劃的路網(wǎng)形式，從而會導(dǎo)致線位選擇時要下穿大量的建(構(gòu))筑物。這就要求在線路選線時要與地方規(guī)劃部門進(jìn)行充分溝通，并取得規(guī)劃部門的同意。

(2)鑒于城際鐵路隧道周邊環(huán)境復(fù)雜，邊界條件控制要素多的特點，需要展開大量的地面、地下建(構(gòu))筑物調(diào)查工作，因此要加強(qiáng)此工作的人員配備。

(3)隧道下穿河道既有建(構(gòu))物基礎(chǔ)時，線路宜首先從平面位置進(jìn)行避讓，其次應(yīng)考慮壓低縱斷面高程，使隧道結(jié)構(gòu)從樁基下方通過，最后在無法避讓的情況下，需對拆除還建及樁基托換進(jìn)行綜合對比后確定經(jīng)濟(jì)合理的方案。

(4)平行下穿現(xiàn)有河道的隧道工程線路宜盡量降低高程，以增大隧道結(jié)構(gòu)埋深，同時河道底面宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以減小河水下滲，保證運(yùn)營期間隧道結(jié)構(gòu)的防水效果。

(5)城際鐵路平行下穿現(xiàn)有河道的隧道工程，一般情況下宜盡量采用盾構(gòu)法施工，減少臨時改涌長度。

［1］苗銳，馬玉瑩.吉林省城際客運(yùn)鐵路建設(shè)融資模式研究［J］.企業(yè)研究，2011(10):95.

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