隧道小凈距下穿公路隧道施工風(fēng)險分析及控制措施

張 龍

(通號工程局集團(tuán)有限公司太原分公司，山西 太原 030006)

1 工程情況

廈門地鐵一號線誠毅廣場至軟件園區(qū)間施工時主要采用了淺埋暗挖方法，整項工程穿越了鐘樓、軟件園以及西亭隧道等三期高層建筑，經(jīng)過了集美北大道以及沈海高速。海翔大道有效連接了島外海滄、翔安四區(qū)以及同安，在廈門道路交通網(wǎng)中占據(jù)十分關(guān)鍵的地位，路線車道限速為80 km/h，采用了六車道的設(shè)計模式。西亭隧道由對稱車道以及共同溝組成，采用了三跨鋼筋的混凝土施工結(jié)構(gòu)，高7.9 m，寬35.7 m，此隧道車流較大，且車速較快，尤其常通行重載車輛。四心圓馬蹄形斷面屬于地鐵淺埋暗挖隧道的主要設(shè)計結(jié)構(gòu)，且其開挖尺寸為7.048 m×6.5 m，外層采用厚度為30 cm的C25級混凝土，內(nèi)層采用厚度為35 cm的C40鋼筋混凝土。地鐵隧道下穿西亭隧道部位設(shè)置長為50 m的長管棚，且管棚之間設(shè)置長為6.5 m的小導(dǎo)管，初期支護(hù)時，地鐵隧道與西亭隧道之間的凈距離為2.4 m。

2 工程重難點問題

首先，地鐵隧道與西亭隧道之間存在較近的距離，開挖期間很容易發(fā)生土體開裂以及移位等問題。地鐵隧道與西亭隧道間的最小凈距離為2.4 m，且其拱頂處存在較多積土，遇水很容易發(fā)生崩落問題。由此，工程難點在于有效控制殘積土遇水崩解，以防隧道出現(xiàn)開裂問題。其次，隧道所處位置為富水地區(qū)，施工期間若沒有重視防水工作會很容易引發(fā)涌水與流沙問題。工程重點在于開挖隧道期間有效控制地下水，以防出現(xiàn)涌水及流沙現(xiàn)象。再次，在管棚施工過程中很容易影響西亭隧道的底板，對此在海翔大道處進(jìn)行支護(hù)工程時采用了超長管，但考慮兩隧道之間較近的凈距離，施工人員還應(yīng)有效控制管棚的打設(shè)角度，有效提升防護(hù)效果，以確保管棚不超過西亭隧道底板處。最后是在控制地鐵隧道洞內(nèi)超前注漿壓力方面存在問題，注漿過程中土體會很容易隆起，從而導(dǎo)致隧道開裂問題。對此，施工期間工作人員應(yīng)做好注漿壓力的控制工作，在保證支護(hù)效果的同時，避免西亭隧道受注漿壓力影響。

3 地鐵隧道下穿海翔大道風(fēng)險分析

3.1 數(shù)值模擬邊界條件

計算結(jié)構(gòu)單元自重、施工期間降水以及誠毅廣場站至軟件園站區(qū)間礦山法隧道施工荷載，約束模型底部豎向及側(cè)面的位移以及模擬周邊環(huán)境的無限剛度體。

3.2 計算數(shù)值模擬

三維分析時應(yīng)采用MIDAS-GTS計算軟件，施工單元利用四面體以及六面體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，且海翔西亭隧道采用超載的荷載模式，具體模型見圖1。施工地下水環(huán)境十分復(fù)雜，對此本次分析采用水土合算模式。

3.3 計算結(jié)果

完成隧道施工項目后，西亭隧道的最大位移量為8.48 mm，最大變形量為2.32 mm。

3.4 結(jié)果分析

通過上述西亭隧道最大位移量及最大變形量可知，西亭隧道主要在降水階段發(fā)生變形問題，且根據(jù)《廈門軌道交通工程建設(shè)監(jiān)控量測控制指標(biāo)參考資料匯編》可知，工程沉降值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。同時，通過計算模型可以發(fā)現(xiàn)，地鐵隧道穿越西亭隧道的風(fēng)險可以被有效控制，且降水階段極易發(fā)生隧道變形問題，因此工程重點在于有效控制降水階段的西亭隧道沉降問題。

4 施工控制措施

4.1 監(jiān)控量測

在地鐵隧道的沉降水施工過程中，為了保證安全有效施工，地表沉降值應(yīng)確?？刂圃?0 mm以下，且位移最大速率及平均速率也應(yīng)保持在1 mm以下。對此應(yīng)由以下幾個階段做好施工監(jiān)測工作，一是在地鐵隧道開挖前，應(yīng)在西亭隧道內(nèi)部底板以及側(cè)墻處增加監(jiān)測點，進(jìn)行24 h監(jiān)控，以便獲得降水階段西亭隧道的累計沉降值，計算沉降速率及差異值，完成數(shù)據(jù)分析。二是在地鐵隧道開挖階段，應(yīng)同時進(jìn)行開挖與降水施工，除了應(yīng)做好西亭隧道監(jiān)測工作外，還應(yīng)有效監(jiān)測地鐵隧道的地表沉降、降水量以及拱頂沉降等數(shù)據(jù)，做好保護(hù)措施。

4.2 施工降水

西亭隧道底板位于砂層部位，且其凈寬為35.7 m，為了確保安全有效施工，工作人員應(yīng)有效控制隧道的地下水。對此，在隧道開挖前降水階段應(yīng)做好以下幾方面工作：首先應(yīng)做好降水設(shè)計與施工工作，施工單位選擇專業(yè)性強且經(jīng)驗豐富的勘察隊伍設(shè)計西亭隧道兩側(cè)的降水值。一方面應(yīng)做好地層中砂層水位的泄壓工作，另一方面則有效疏干風(fēng)化巖中的縫隙水，以防殘積土遇水發(fā)生崩解問題。其次在開挖隧道之前應(yīng)做好降水工作，水位在低于底板1 m時才可以開挖。對此，施工企業(yè)應(yīng)在開挖前5天完成地下水的抽排工作。最后應(yīng)有效控制降水產(chǎn)生的不均勻沉降問題，在西亭隧道兩側(cè)各設(shè)置2排降水井，且有效擴(kuò)大降水漏斗范圍，杜絕西亭隧道發(fā)生不均勻沉降問題。同時，在施工期間還應(yīng)做好反濾層的調(diào)整工作，有效利用大井大泵控制降水井出砂率。

4.3 打設(shè)管棚

西亭隧道采用了長管棚，加大了打設(shè)難度且很容易打透西亭隧道底板，且長管棚會在砂層中成孔困難，施工期間極易出現(xiàn)涌水及流沙問題。對此，西亭隧道應(yīng)采用短管棚方案，并進(jìn)行兩次打設(shè)，第一次管棚打設(shè)長度為20 m，第二次管棚打設(shè)長度為30 m。

4.4 地鐵隧道支護(hù)措施

首先應(yīng)進(jìn)行WSS注漿控制，利用WSS注漿工藝將壓力控制在1.5 MPa～2.5 MPa范圍；注漿擴(kuò)散半徑控制在1 m左右，以有效避免流沙涌水問題，避免西亭隧道底板隆起。其次應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，且期間采用鉆探與地質(zhì)雷達(dá)相結(jié)合的方法，以有效提高探測精確度。地質(zhì)雷達(dá)每次的探測長度為20 m～25 m，探測時應(yīng)先判別隧道的地質(zhì)異常情況，若無異常再進(jìn)行下一個地質(zhì)鉆孔的打設(shè)。最后應(yīng)根據(jù)短進(jìn)尺、快封閉的原則完成隧道開挖施工，且施工期間嚴(yán)格控制格柵間距，在安裝完成上臺階格柵后及時架設(shè)臨時仰拱，將上臺階封閉成環(huán)。為了杜絕隧道下沉問題，在安裝上臺階格柵鋼架時應(yīng)在起拱接板處增墊50 cm的長方木，增加受力面積，確保順利施工。

4.5 應(yīng)急措施

一方面，施工人員在開挖地鐵隧道時應(yīng)做好緊急演練工作，現(xiàn)場演練開挖施工期間極易出現(xiàn)的涌水、涌泥、坍塌等情況，且期間針對性的指出應(yīng)急措施，及時整改技術(shù)措施不足之處。另一方面，地鐵隧道在通過西亭隧道前，施工單位與設(shè)計單位、產(chǎn)權(quán)單位應(yīng)充分溝通交流，提前溝通施工期間可能存在的問題，并制定可行的交通疏散方案，找出最佳的解決方法，以便及時解決疏導(dǎo)交通問題。

5 結(jié)語

通過實際案例分析可知，淺埋暗挖隧道下穿公路隧道施工期間應(yīng)注意以下幾個方面:

1)施工前應(yīng)充分了解建筑物的結(jié)構(gòu)形式以及地質(zhì)水文條件等信息，判斷設(shè)計圖紙的合理性，并針對發(fā)現(xiàn)的問題及時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。2)在隧道施工期間應(yīng)做好監(jiān)控工作，通過檢測數(shù)據(jù)及時調(diào)整支護(hù)措施。3)施工企業(yè)應(yīng)充分重視淺埋暗挖隧道降水作用，有效降低地下水位，以便更好的解決土體崩解問題。4)通過施工技術(shù)及數(shù)據(jù)模擬等方法，企業(yè)利用40 d時間成功完成下穿西亭隧道項目，且施工后西亭隧道結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)開裂以及背后空洞等問題，淺埋暗挖隧道順利通過了西亭隧道。

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