復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程設(shè)計(jì)技術(shù)探析

米偉

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司 重慶 401121）

復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程設(shè)計(jì)技術(shù)探析

米偉

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司 重慶 401121）

城市化進(jìn)程的不斷加快，使得城市土地資源日益緊張，為此我國開始廣泛建設(shè)地下隧道工程。但是因?yàn)樗淼拦こ痰慕ㄔO(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，且對于施工技術(shù)的要求較高。為了保證工程的建設(shè)質(zhì)量，需在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文結(jié)合具體的工程實(shí)例對復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行探析，供相關(guān)人士參考。

復(fù)雜條件；城市下穿隧道；設(shè)計(jì)技術(shù)

1 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國機(jī)動(dòng)車輛不斷增長，交通堵塞情況日益嚴(yán)重。為了緩解城市的交通壓力，道路節(jié)點(diǎn)作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其成為了改善城市交通狀況的有效途徑。當(dāng)前我國城市干道節(jié)點(diǎn)上采用立體交通形式的案例不斷增加，由于下穿隧道對于城市景觀的影響較小，并且噪音小，不會(huì)對周圍居民的日常生活造成很大干擾，所以其應(yīng)用日益廣泛。

2 復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)形式

隧道結(jié)構(gòu)通常分為兩種，即開口段以及閉口段。開口段又可以分為兩類：①地質(zhì)條件比較好并且在地下水位以上，通常采用路肩擋土墻結(jié)合一般路基路面的結(jié)構(gòu)形式；②對于地質(zhì)條件較差并且在地下水位以下的情況下，會(huì)采用“U”開口框架結(jié)構(gòu)。閉口段采用封閉式矩形單孔或者是多孔框架結(jié)構(gòu)。

2.2 隧道結(jié)構(gòu)防水及排水設(shè)計(jì)

隧道結(jié)構(gòu)防水主要是以結(jié)構(gòu)自防水為關(guān)鍵，并且綜合應(yīng)用外防水。通常情況下，下穿隧道結(jié)構(gòu)可以采用摻入CMA高性能抗裂膨脹劑的防水混凝土，其抗?jié)B等級應(yīng)滿足規(guī)范要求；結(jié)構(gòu)外防水主要采用的是“外防外貼法”，隧道結(jié)構(gòu)中大多采用3mmBAC橡膠瀝青雙面自粘防水卷材作為主要的防水材料類型。沉降縫位置一般使用背貼式止水帶和中埋式止水帶作為有效的防水處理措施。復(fù)雜條件的城市下穿隧道施工縫采用的預(yù)埋鋼板止水帶形式。為了避免隧道范圍外的雨水滲入隧道內(nèi)部，在隧道起終點(diǎn)處的縱斷面大多設(shè)置為反向坡，也就是凸曲線。在隧道內(nèi)需要加設(shè)縱向水溝，為了保證縱向邊溝排水順暢，需要設(shè)置檢查井，排水溝不能設(shè)置為暗溝，暗溝收集雨水緩慢，若需將其設(shè)置在開口段，則需要綜合應(yīng)用蓋板溝和雨水箅的形式。在閉口段縱坡位置最低處設(shè)置橫截式排水溝，需要將隧道雨水集中在位置最低處，再將其引至排水泵房，再經(jīng)過潛水泵將其排放至地面，借助消能井以及排水管將積水排出，最終將其輸送至其他排水系統(tǒng)或者是河流。

2.3 隧道抗浮設(shè)計(jì)

隧道抗浮設(shè)計(jì)主要集中于開口段，抗浮設(shè)計(jì)需要注意抗浮計(jì)算、地下水位的選取以及抗浮具體措施。對于全埋式結(jié)構(gòu)，下穿式隧道地下水位通常都是參考地面標(biāo)高進(jìn)行選取的，隧道閉口段一般情況下根據(jù)計(jì)算，依靠其結(jié)構(gòu)自重就能夠滿足抗浮的基本需求。為了提升隧道結(jié)構(gòu)整體的安全性，需要在底板設(shè)置凸出墻趾，并且需要考慮到土體的壓重，其可以有效強(qiáng)化隧道的抗浮能力。隧道開口段的抗浮是設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是埋置深度大于3～4m的部分，對于需要采取支護(hù)措施的基坑來說，需要借助側(cè)墻外的支護(hù)系統(tǒng)，將其作為抗浮主要構(gòu)造，這樣做的主要目的是節(jié)約成本。如果抗浮能力不達(dá)標(biāo)，則需要在“U”型底板下設(shè)置抗拔樁或者抗拔錨桿等，這樣可以有效提升抗浮性能。

3 實(shí)例探析復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程設(shè)計(jì)技術(shù)

3.1 工程概況

重慶某新建隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，全長4.33km，隧道最大埋深約270m，按照新奧法的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)形式采用的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，并且選用鉆爆法進(jìn)行施工。該下穿隧道底層富水性受到外部地質(zhì)環(huán)境的影響，巖溶發(fā)育程度較高，富含巖溶水。因此，下面針對該下穿隧道的富水防治設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

3.2 隧道注漿堵水設(shè)計(jì)方案

（1）需要根據(jù)工程的實(shí)際情況，設(shè)置適宜的注漿堵水的排水量指標(biāo)，當(dāng)隧道出現(xiàn)注漿堵水以后，可以參考當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰慕ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定。由于該工程施工階段，可能會(huì)因?yàn)榕判箮r溶而引起地下水量較大，可能會(huì)引發(fā)地表局部塌陷、井泉干涸、水庫疏干等負(fù)面影響，經(jīng)過系統(tǒng)處理以后，可以對地表生態(tài)環(huán)境起到保護(hù)作用。經(jīng)過測定，發(fā)現(xiàn)該工程經(jīng)過堵水處理以后，巖溶段的平均排水量為1m3/m·d，這就表明該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境可以承受該標(biāo)準(zhǔn)的排水量，所以經(jīng)過反復(fù)核對，將該隧道的限量排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1m3/m·d，也就是注漿堵水實(shí)際效果達(dá)標(biāo)。

（2）在選擇注漿方案時(shí)，需要設(shè)定適宜的自然水量界定標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)前期地質(zhì)調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)隧道的掌子面超前探孔涌水量不小于10m3/h，則必須立即停止開挖，開展超前帷幕注漿堵水。若該隧道掌子面超前探孔涌水量以及掌子面總涌水量不超過10m3/h，掌子面有滲水漏水現(xiàn)象，那么在開挖后需要向隧道進(jìn)行徑向注漿以阻止?jié)B水。

（3）注漿設(shè)計(jì)方案：①進(jìn)行超前帷幕注漿，再進(jìn)行徑向注漿，采用混凝土止?jié){墻，其混凝土厚度為3～5m。當(dāng)安全巖盤的厚度滿足掌子面圍巖的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，其止水、止?jié){功能才能充分發(fā)揮出來。每一循環(huán)注漿的長度設(shè)置為25m，開挖深度為20m。需要注意的是，要預(yù)留5m的止?jié){巖盤，注漿加固圈固結(jié)范圍設(shè)定為開挖輪廓線外6m。②徑向注漿加固圈的固結(jié)范圍是開挖輪廓線外的5m范圍內(nèi)，該工程采用一般的水泥漿。徑向注漿施工過程中，需要注意孔口管的設(shè)計(jì)以及尺寸、位置的設(shè)置，需要保證孔口管的長度適宜，漿液從孔底向外擴(kuò)散，這樣可以形成深層注漿。然后，需要對徑向注漿的壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，該工程注漿壓力需要控制在1.5～2MPa左右，進(jìn)漿時(shí)速度不能過快或者過慢，徑向注漿階段注漿孔的打設(shè)方向需要和徑向保持一致，并且保證注漿加固圈的厚度設(shè)計(jì)滿足施工要求。

3.3 隧道防排水設(shè)計(jì)方案

巖溶富水段的地下水水量較高，并且水壓較高，在隧道施工過程中進(jìn)行地下水的封堵處理不具有可行性。所以在對該隧道圍巖進(jìn)行積水處理設(shè)計(jì)時(shí)，需要將部分的滲漏水引至隧道的內(nèi)部進(jìn)行排放，這樣可以減少隧道襯砌結(jié)構(gòu)承受的水壓力。另外，考慮到該隧道巖溶地區(qū)地下水中的鈣離子含量較高，容易產(chǎn)生結(jié)晶物沉淀，若采用傳統(tǒng)的排水處理方法，就會(huì)造成防水層的堵塞，排水系統(tǒng)系統(tǒng)可能直接癱瘓。所以，該隧道采用了HDPE排水板，然后使用橫向?qū)軐⒁r砌背后的積水進(jìn)行集中排放。

3.4 隧道穿越巖溶富水區(qū)段的襯砌設(shè)計(jì)

隧道設(shè)計(jì)將自然資源的保護(hù)和生態(tài)平衡的維持作為主要著手點(diǎn)，針對地下水處理，主要遵循“先治理，后限量排放”的原則，將重點(diǎn)放在地下水堵塞的具體位置上，在實(shí)行限量排放的同時(shí)，制定有效的防范措施，進(jìn)行綜合治理，并對地下水豐富的地段進(jìn)行注漿堵水處理，由襯砌后的排水系統(tǒng)引流到隧道內(nèi)的水溝進(jìn)行排放，從而避免在隧道修建的過程中出現(xiàn)地下水嚴(yán)重流失的現(xiàn)象。在保障襯砌背后的排水系統(tǒng)暢通的前提下，通過注漿加固圈滲透進(jìn)來的地下水可通過該排水系統(tǒng)進(jìn)行排放，避免水給襯砌造成壓力，同時(shí)軌道交通隧道具有一定的耐久性，在運(yùn)營過程中不允許出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，再加上襯砌背后的排水系統(tǒng)容易出現(xiàn)堵塞情況，嚴(yán)格要求隧道襯砌具備承受一定水壓力的安全儲(chǔ)備設(shè)施。在對變形縫進(jìn)行綜合考慮后，明顯發(fā)現(xiàn)處在變形縫位置具有較低的抗水壓能力，可結(jié)合國內(nèi)工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，來確定巖溶富水段襯砌所具備的實(shí)際承受1MPa水壓力的安全儲(chǔ)備設(shè)施，如圖1～2所示。

圖1 隧道防排水?dāng)嗝媸疽鈭D

圖2 巖溶富水段隧道襯砌設(shè)計(jì)斷面

4 結(jié)束語

綜上所述，下穿隧道在城市交通建設(shè)中的地位逐漸提高，這也是有效改善當(dāng)前城市交通狀況的有效途徑。在對復(fù)雜條件下城市下穿隧道工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對外部環(huán)境進(jìn)行綜合考量，注重前期調(diào)查工作，并盡量滿足其功能需求，同時(shí)做好排水工作，避免運(yùn)行中隧道出現(xiàn)病害，影響隧道運(yùn)行安全。

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U455.4

A

1004-7344（2016）21-0149-02

2016-7-3

米 偉（1984-），男，工程師，碩士，主要從事市政隧道和地鐵站設(shè)計(jì)方面的工作。