淺談電力隧道穿越橋區(qū)安全性評估與控制

趙曉延

（北京市政路橋股份有限公司，北京市100045）

淺談電力隧道穿越橋區(qū)安全性評估與控制

趙曉延

（北京市政路橋股份有限公司，北京市100045）

以北京市豐臺區(qū)110 kV電力隧道工程穿越榴鄉(xiāng)橋區(qū)的施工安全技術(shù)管理工作為背景，對隧道穿越橋區(qū)安全性評估工作進行總結(jié)和探索，從施工角度對電力隧道設(shè)計施工提出優(yōu)化建議，為今后的隧道穿越既有地表結(jié)構(gòu)物安全性評估工作提供參考。關(guān)鍵詞：隧道；穿越；擋墻；橋梁；評估

0　引言

我國基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，交通越來越發(fā)達，尤其在城市中心地帶，道路網(wǎng)絡(luò)十分密集。城市隧道施工時，受到各種條件制約，隧道穿越道路橋梁的情況難以避免。隧道施工會引起附近地表沉降及土體變形，對周圍道路橋梁結(jié)構(gòu)帶來的影響不容忽視。如何減小隧道施工對周圍道路橋梁結(jié)構(gòu)帶來的安全風險是隧道設(shè)計施工中極為重要的問題。北京市路政局于2008年出臺了《地下工程穿越交通設(shè)施安全監(jiān)管暫行辦法》，以確保北京市交通設(shè)計與施工的安全運行［1］。

本文以北京市豐臺區(qū)蒲黃榆電力隧道工程穿越南四環(huán)榴鄉(xiāng)橋區(qū)施工安全技術(shù)管理工作為背景，對隧道穿越橋區(qū)安全性評估工作中相關(guān)問題的處理原則及各種問題的對策進行論述，為以后類似工程提供參考。

1　工程項目概況

蒲黃榆電力隧道工程電力管線共兩段，新建L1線起點K1+870.0，沿南四環(huán)外環(huán)輔路西南紅線北側(cè)6 m位置向東，下穿榴鄉(xiāng)橋（南四環(huán)立交）西側(cè)匝道及主路后與橋區(qū)現(xiàn)狀電纜隧道相接，L1線全長503.7 m，L1線電力隧道自西向東分別穿越步道、輔路、匝道（含擋墻）、四環(huán)主路。輔路電力隧道埋深約3.9 m，主路及匝道電力隧道埋深約10.9～11.2 m。其中穿越匝道擋墻處電力隧道距離擋土墻基礎(chǔ)底1.76 m。

L2線起點接南四環(huán)內(nèi)環(huán)輔路南側(cè)現(xiàn)狀電纜溝，沿西北紅線北側(cè)3 m位置向東、向北下穿橋區(qū)西側(cè)匝道、德賢路后，至現(xiàn)狀電纜隧道，并在終點處將現(xiàn)狀豎井改為三通井，L2線全長433.3 m。L2線電力隧道自西向東分別穿越步道、輔路、匝道（含擋墻）、德賢路主路后到達終點與既有電力管線相接。輔路電力隧道埋深約3.9 m，主路及匝道電力隧道埋深約10.9～11.2 m。其中穿越匝道擋墻處電力隧道距離擋土墻基礎(chǔ)底1.76 m。

2　安全施工控制方法

隧道工程前期咨詢以施工中存在的各種風險為基礎(chǔ)，對現(xiàn)場條件提出意見與建議。技術(shù)方案考慮從對既有道路、橋梁結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力影響規(guī)律的研究出發(fā)，最終實現(xiàn)對隧道施工風險的控制。

2.1風險評估

隧道施工存在的風險多種多樣，風險的存在具有不確定性，因此首先應對風險進行識別。進場后應首先對現(xiàn)場進行詳細調(diào)查，對既有道路橋梁進行檢測，并對隧道及附近道路橋梁圖紙反復研究分析，確定隧道施工可能存在的風險［2］。

2.1.1道路路面結(jié)構(gòu)風險

隧道施工引起的過大沉降會使路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的凹陷甚至破壞，不但對行車舒適性產(chǎn)生影響，甚至對行車安全產(chǎn)生隱患。電力隧道由道路下方通過，因此路面結(jié)構(gòu)沉降是隧道施工風險源之一。經(jīng)檢查，新建電力隧道L1線路路面病害共發(fā)現(xiàn)1處修補后開裂，1處井蓋周圍破損開裂，1處人行道磚沉陷，16處輕度橫向裂縫，見圖1～圖3。

圖1　路面橫向裂縫

圖2　井蓋周圍破損開裂

圖3　人行道磚沉陷

2.1.2道路擋墻結(jié)構(gòu)風險

電力隧道多處穿越匝道擋墻，與道路擋墻相交處電力隧道距離擋土墻基礎(chǔ)底1.76 m。隧道施工易引起擋墻沉降、傾斜甚至坍塌，因此隧道施工對道路擋墻安全性有較大隱患。經(jīng)檢查，現(xiàn)況L1線路下穿四環(huán)西側(cè)擋土墻，擋墻未發(fā)現(xiàn)明顯可見病害；L2線路南側(cè)輔路擋土墻，擋墻勾縫存在少量脫落，未發(fā)現(xiàn)其它明顯可見病害。圖4、圖5分別為L1線、L2線隧道與道路縱斷面關(guān)系圖。

2.1.3沿線橋梁結(jié)構(gòu)風險

隧道施工會擾動橋梁地基土層，由于樁基與土體相互作用關(guān)系復雜，土體應力狀態(tài)的改變將會直接影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的改變將導致橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降，從而在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應力。當附加應力達到一定水平時，橋梁結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生裂縫甚至坍塌，因此沿線橋梁結(jié)構(gòu)的安全性是隧道施工重要風險源之一［3］。

為了對橋梁結(jié)構(gòu)安全風險進行正確評價，隧道施工前首先需要全面準確地對橋梁結(jié)構(gòu)進行調(diào)查。橋梁結(jié)構(gòu)調(diào)查包括：橋梁結(jié)構(gòu)類型、橋梁基礎(chǔ)類型、地質(zhì)情況、橋梁結(jié)構(gòu)裂縫及破損情況、混凝土結(jié)構(gòu)強度、鋼筋銹蝕情況等。

經(jīng)檢查，隧道穿越的匝道橋主橋共發(fā)現(xiàn)3條橫向裂縫，寬0.12～0.26 mm，總長41.95 m；9條U型裂縫，寬0.10～0.28 m，總長146.2 m；1處梁底刮蹭。

2.2風險控制

通過風險評估，了解了隧道施工過程中可能存在的安全性風險，下一步需要將隧道施工中的各項風險進行嚴格控制。風險控制首要原則是保證隧道施工安全；其次需要考慮經(jīng)濟效益，應選擇最經(jīng)濟有效的施工控制技術(shù)，最終達到安全施工的目的。

2.2.1道路安全控制方法

本文電力管線采用暗挖施工，為避免施工影響道路交通的正常運營與安全，必須嚴格控制土基差異沉降量等技術(shù)指標要求。道路及擋土墻安全控制指標包括：允許位移控制值和路堤、路塹傾斜控制值、道路縱橫向曲率變化控制值。

首先應對道路差異沉降進行控制，道路橫斷面方向沉降值控制在0.15%；道路縱向沉降值控制在0.03%。電力管線影響范圍內(nèi)的最大沉降值應小于15 mm，最大拱起值應小于10 mm，平均速率控制1 mm/d，位移最大速率控制2 mm/d（位移平均速率為任意7 d的位移平均值；位移最大速率為任意1 d的最大位移值）。同時應對路面裂縫進行控制，為保證路面使用年限，要求路面不能產(chǎn)生明顯的局部變形和結(jié)構(gòu)性裂縫，以防雨水滲透對路基強度造成影響。

圖4　L1線隧道與道路縱斷面關(guān)系圖（單位：m）

2.2.2擋墻安全控制方法

本文電力管線影響范圍內(nèi)每一段擋土墻（一組沉降縫之間）沿擋土墻（行車）方向，每一段擋土墻的整體沉降值應小于10 mm，基礎(chǔ)不均勻沉降應小于3 mm；擋土墻墻面允許傾斜坡度為1/1 500，擋土墻水平位移不大于5 mm。

圖5　L2線隧道與道路縱斷面關(guān)系圖（單位：m）

管線橫穿擋土墻布置時，由于擋土墻基礎(chǔ)的縱向抗彎能力很弱，所以管線橫穿擋土墻時應注意觀察基礎(chǔ)沉降量，不要由于基礎(chǔ)開裂而導致?lián)跬翂γ骈_裂。

2.2.3橋梁安全控制方法

橋梁結(jié)構(gòu)對隧道施工影響較為敏感，合理制定隧道施工時臨近橋梁的控制指標需要考慮樁基承載力、既有結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、既有結(jié)構(gòu)重要程度等。應通過大量試算，找出結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)下變形及應力狀況，結(jié)合工程經(jīng)驗，提出施工控制指標。

2.3應對措施

在隧道施工過程中，不但應該對各種風險進行控制，還應針對前期調(diào)查中預測的各種風險建立應急處理方案。應急處理方案分為主動措施和被動措施兩大類。

2.3.1主動措施

主動措施指對隧道周圍土體進行人工處理，減小隧道開挖對土體的影響。主動措施包括注漿加固和隔離法。

2.3.1.1注漿加固

注漿加固是通過在土體中壓力注漿，使土體顆粒間隙中的空氣、水分等被水泥漿替代，從而使原本松散的土體顆粒通過水泥漿而形成一個整體，提高土體力學性能。對于北京地區(qū)砂卵石土層而言，注漿能明顯提高土體承載力，減小隧道引起的土體沉降。

在穿越立交橋橋樁段及臨近結(jié)構(gòu)物時，采取周圈注漿加固地層的措施，施工時采用增加超前導管數(shù)量、增加注漿量，以確保施工期間的安全，在初襯后及時進行背后注漿，二襯也做背后注漿，總體控制效果較為明顯。具體做法如下。

（1）增加超前導管的數(shù)量

在穿越區(qū)域Φ32超前導管的環(huán)向間距要求0.3 m，每榀鋼架打設(shè)一次，長度1.75 m，漿液采用改性水玻璃漿液，打設(shè)范圍為拱頂及兩側(cè)墻。

（2）固結(jié)隧道拱部、側(cè)墻土體

注漿種類：根據(jù)設(shè)計縱斷圖反映出本段隧道位于卵石層，采用改性水玻璃化學漿液，在工作面用耐酸槽制備，加入到注漿器內(nèi)，通過高壓空氣壓注入土層，漿液隨伴隨用，注漿時壓力宜控制在0.15～0.4 MPa之間，最大不得超過0.4 MPa，每孔穩(wěn)壓時間不得小于2 min，以確保漿液的擴散半徑，滿足施工要求。

注漿順序：自一端跳孔順序注漿，并觀察有無竄孔現(xiàn)象，發(fā)生漿液竄孔時應封閉相鄰孔。

與此同時，施工期間應多組織有經(jīng)驗的人員，快速進行施工作業(yè)，在掘進中必須有專人在場觀看作業(yè)面的變化，以保證施工人員的人身安全。在開挖中認真測量和觀察頂部土層變化，如發(fā)現(xiàn)地表有異常情況，應立即封閉掌子面，請設(shè)計、工程監(jiān)理等有關(guān)人員會商。

2.3.1.2隔離法

隧道施工首先對周圍土體產(chǎn)生影響，進而傳遞到臨近橋梁、擋墻等結(jié)構(gòu)物，因此，對受隧道影響的土體進行隔離，能有效減小隧道施工對周圍結(jié)構(gòu)物的影響。隔離法通常的做法是在隧道與既有結(jié)構(gòu)物之間建造一排隔離樁或隔離墻，從而阻斷土體破壞，對隧道周圍結(jié)構(gòu)物進行保護。

2.3.2被動措施

被動措施指由于地質(zhì)情況復雜，隧道施工具有不確定性，隧道施工對周圍土體的影響往往難以控制到理想狀態(tài)，當土體沉降達到甚至超過預警值時，需要對地層及結(jié)構(gòu)物進行恢復。如對橋梁樁基基地進行注漿加固，從而提高橋梁樁基承載力；在隧道施工完成后，根據(jù)監(jiān)控及檢測結(jié)果對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固，對道路路面進行修復等［4］。

3　結(jié)語

蒲黃榆電力隧道施工安全控制，實踐證明在隧道施工前進行充分的調(diào)查和評估工作，對保證隧道工程順利進行具有重要的作用。本文通過對隧道穿越交通設(shè)施安全風險的分析評估，得到以下幾點經(jīng)驗與體會。

（1）隧道施工前，設(shè)計單位應及時與既有設(shè)施管理單位進行溝通，提前進行前評估（咨詢），避免因溝通或咨詢不及時產(chǎn)生矛盾等問題，在地下結(jié)構(gòu)可實施的前提下應盡量減少對既有構(gòu)筑物的影響。隧道建設(shè)各方，在項目實施前應站在全局高度，綜合考慮隧道建設(shè)與橋梁后期維修費用，在保證既有交通設(shè)施安全的前提下，順利實施地下工程。

（2）由于規(guī)劃滯后等因素，大部分既有橋梁在設(shè)計時未預留隧道穿越條件，因此隧道穿越既有橋梁時，各方要予以高度重視、充分研究。建議由隧道建設(shè)單位在隧道設(shè)計前期即委托相關(guān)設(shè)計咨詢單位對沿線道路橋梁進行咨詢研究，提出設(shè)計建議、加固措施以及施工控制指標，確定隧道工程穿越道路橋梁的預警值，并以此作為隧道設(shè)計、施工的依據(jù)。

（3）施工單位應具體情況具體分析，確定合理的控制指標及監(jiān)控要求，主要包括：橋區(qū)范圍地表沉降控制值，橋梁豎向不均勻沉降控制值，橋梁下部結(jié)構(gòu)水平位移控制值，橋梁墩臺、擋墻的容許傾斜度等［5］。

［1］ 陳兵，潘可明.地鐵近接施工時通道橋的變形計算及分析［J］.市政技術(shù)，2012，6（30）：108-110.

［2］ 蘇潔.淺埋暗挖法隧道施工對鄰近樁基的影響及其控制［D］.北京：北京交通大學，2009.

［3］ 何杰.地鐵施工影響區(qū)域橋梁結(jié)構(gòu)評估及沉降指標確定［D］.北京：北京科技大學，2005.

［4］ 姚海波.大斷面隧道淺埋暗挖法下穿既有地鐵構(gòu)筑物施工技術(shù)研究［D］.北京：北京交通大學，2005.

U455

B

1009-7716（2015）05-0177-03

2015-03-13

趙曉延（1975-），女，北京人，工程師，主要從事道路工程施工管理工作。