縱向倒邊蓋挖半逆作工法在明挖穿河隧道中的應(yīng)用

熊松 林志軍

摘 要：本文以文一路地下通道工程明挖隧道過紫金港河為研究對象，在面臨周邊環(huán)境復(fù)雜、河道汛期全斷面保通的雙重難題下，提出了縱向倒邊蓋挖半逆作法施工工法，并對該工法下穿河道的設(shè)計(jì)思路、受力體系、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入探討，為類似下穿河道工程提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：明挖隧道 下穿河道 蓋挖半逆作

明挖隧道下穿河道施工過程中，為避免水系對施工的不利影響，創(chuàng)造干地施工條件，需修建圍堰進(jìn)行導(dǎo)流，除考慮工程進(jìn)度及造價(jià)因素外，隧道開挖須與圍堰導(dǎo)流密切配合，減小周邊環(huán)境影響。

本文以文一路地下通道工程明挖穿紫金港河為對象，在面臨周邊環(huán)境復(fù)雜、河道汛期須全斷面保通的雙重難題下，提出了改進(jìn)的下穿河道開挖工法—縱向倒邊蓋挖半逆作工法，現(xiàn)場施工實(shí)踐證明，該方法安全可靠。

1.工程概況

1.1周邊環(huán)境

文一路工程西明挖段位于杭州市文一西路與紫荊文路交叉口西側(cè)，東西向布置，長約230m。工程分兩期實(shí)施，一期為盾構(gòu)始發(fā)段隧道，二期為下穿紫金港河段隧道，其河岸段基坑開挖深度為14.5～15.3m，下穿段部分基坑開挖深度10.4～10.8m（河床底以下），基坑寬度32.8～36.5m，本文僅對下穿部分蓋挖段進(jìn)行探討。

現(xiàn)狀紫金港河河寬21.4～29.6m，河底標(biāo)高-0.5m，非汛期十年一遇水位2.82m，基坑周邊地坪標(biāo)高約為+4.0m?；又苓吔?gòu)筑物林立、管線豐富，其中西南角省公安監(jiān)管總隊(duì)二層商鋪及北側(cè)110kv電力管為本工程重點(diǎn)保護(hù)對象。

1.2工程及水文地質(zhì)

本工程隧道開挖及圍護(hù)樁范圍內(nèi)的土層劃分從上至下以填土、淤泥及淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粘土為主?；拥滓话阄挥冖?淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基土承載能力較差，滲透系數(shù)小。

場地地下水類型主要為孔隙潛水和松散孔隙承壓水。沿線場地潛水主要賦存于淺（中）部土層中，穩(wěn)定水位埋深為地面下1.3～4.6m。承壓水主要分布于下部的細(xì)粉砂及粉砂中，含水層厚度較小，與本工程建設(shè)影響不大。

2.總體設(shè)計(jì)思路

本工程初步設(shè)計(jì)方案為施工縱向圍堰，采取河道倒邊、基坑明挖順作方式完成該段隧道結(jié)構(gòu)施工，由于該圍堰方式需在兩個(gè)汛期占用河道，不滿足河道部門提出的“非汛期（10月中旬至次年4月中旬）保證10m過水?dāng)嗝?，汛期恢?fù)全斷面過流能力”的河道保通要求，原施工縱向圍堰、結(jié)構(gòu)倒邊順作方式施工周期較長，無法滿足。

2.1主要技術(shù)難點(diǎn)

（1）河道為防洪排澇河道，水體保護(hù)要求高，施工中須嚴(yán)格落實(shí)河道要求。

（2）工程開挖地層以淤泥及淤泥質(zhì)粘土為主，物理力學(xué)性質(zhì)差，基坑變形控制難度較大。

（3）周邊建構(gòu)筑物林立，管線豐富。建構(gòu)筑物以學(xué)校、公建為主，基礎(chǔ)形式不明，管線以電力、燃?xì)饧按笾睆接?、污水管為主，變形控制要求?yán)格。

（4）施工工序復(fù)雜，施工期需同步考慮拆復(fù)建橋梁施工，并充分利用圍堰進(jìn)行橋梁樁基施工。

2.2初步方案

本工程下穿紫金港河段隧道結(jié)構(gòu)頂板頂標(biāo)高為-2.1m～-1.3m，與現(xiàn)狀河床（底標(biāo)高-0.5m）距離較近，結(jié)合該實(shí)際情況，我單位提出采用縱向倒邊蓋挖半逆作工法進(jìn)行施工，即依靠2個(gè)非汛期分別實(shí)施東、西兩個(gè)半幅的結(jié)構(gòu)頂板，采用縱向圍堰保證10m寬的過流斷面。而后，在第2個(gè)汛期進(jìn)行蓋挖半逆作施工，在滿足河道全斷面過流能力的前提下，借用結(jié)構(gòu)頂板作為水平支撐，借助其水平剛度和抗壓強(qiáng)度保證基坑的穩(wěn)定，而后分層分段開挖土方，并依次澆筑隧道底板及側(cè)墻結(jié)構(gòu)。

3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鑒于本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，河中段隧道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與河岸段一致，采用800厚地下連續(xù)墻，墻深根據(jù)計(jì)算采用31.5m，坑底土質(zhì)較差，采用高壓旋噴樁進(jìn)行被動(dòng)區(qū)裙邊+抽條加固，加固寬度、深度均為3m。

3.2水平支撐設(shè)計(jì)

河中段基坑水平支撐體系由兩道支撐組成：第一道水平支撐利用主體結(jié)構(gòu)的頂板，以平衡作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力。板結(jié)構(gòu)水平剛度大，可以有效控制基坑變形和地面沉降；第二道支撐采用800直徑鋼管支撐，可有效減少支撐道數(shù)，加快土方開挖及結(jié)構(gòu)回筑的速度。

3.3豎向支撐設(shè)計(jì)

河中段基坑豎向支撐體系由隧道結(jié)構(gòu)頂板、臨時(shí)立柱和地連墻三部分組成。頂板將上部水體豎向荷載及自重傳遞給臨時(shí)立柱及地連墻。對于臨時(shí)立柱，其承擔(dān)了上部傳來的頂板自重及水體豎向荷載，可采用型鋼方案及鉆孔灌注樁方案兩種形式。

由于鉆孔灌注樁方案剛度較大，能有效加大臨時(shí)立柱的平面間距，利于頂板下方土方開挖，本工程最終采用該形式，臨時(shí)立柱采用與立柱樁相同規(guī)格的φ1000鉆孔灌注樁，根據(jù)承載力計(jì)算及頂板的抗沖切計(jì)算，鉆孔樁立柱間距按9×9m布置，頂板內(nèi)對應(yīng)設(shè)置格柵式暗梁，增加整體穩(wěn)定性。

4.關(guān)鍵技術(shù)

縱向倒邊蓋挖半逆作工法在下穿河道中的應(yīng)用，需著重注意和解決以下關(guān)鍵技術(shù)。

4.1頂、底板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

河中段地連墻作為豎向受力體系的一部分，通過預(yù)留鋼筋接駁器，實(shí)現(xiàn)了與結(jié)構(gòu)頂板的剛接，通過與臨時(shí)立柱協(xié)同受力，承擔(dān)了上部頂板自重及水體豎向荷載，由此可減少2排臨時(shí)立柱。

采用逆作法施工的結(jié)構(gòu)，通過立柱和圍護(hù)樁實(shí)現(xiàn)的豎向支撐體系，立柱與圍護(hù)樁之間可能產(chǎn)生差異沉降。兩者之間的差異沉降量過大，將會(huì)導(dǎo)致梁、板承受過大彎矩而開裂，再加上水平荷載作用，使梁板處于異常的壓彎狀態(tài)下，則有可能造成垮塌事故。為避免發(fā)生此類事故，擬將結(jié)構(gòu)整體加強(qiáng)，河中段隧道底板與地連墻也采用上述構(gòu)造連接，具體做法詳見圖4。

4.2立柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

河中段立柱由于采用鉆孔灌注樁形式，與結(jié)構(gòu)的頂、底板的銜接是另一個(gè)關(guān)鍵問題，對于頂板，立柱與其銜接形式與抗拔樁類似，無殊。對于底板，采用鉆孔灌注樁立柱，由于底板鋼筋不能穿越、止水鋼板難以施工，經(jīng)綜合考慮，立柱位置底板采用后澆做法，底板澆筑過程中，立柱位置預(yù)留一1.5×1.5m底板開孔，待隧道主體結(jié)構(gòu)全部完成后，鑿除砼立柱并用C40微膨脹砼封閉該開孔。

4.3關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)防水設(shè)計(jì)

縱向倒邊蓋挖半逆作下穿河道隧道須主要解決以下兩個(gè)防水問題，其余部分與明挖結(jié)構(gòu)相同。

（1）基坑外側(cè)過流通道與基坑銜接防水

基坑外側(cè)由圍堰引流而來的河流，與基坑冠梁首先接觸，為加強(qiáng)冠梁自身防水、避免河道沖刷引起冠梁外側(cè)土方掏蝕造成結(jié)構(gòu)受力問題，冠梁外側(cè)增設(shè)3m寬趾墻，與冠梁一同施工。

（2）冠梁加強(qiáng)防水

過河段隧道頂板與冠梁采用倒角銜接，頂板上涂刷2mm厚單組分聚氨酯防水涂料，采用50厚C25細(xì)石混凝土進(jìn)行保護(hù)；冠梁與地連墻銜接位置，采用遇水膨脹止水膠結(jié)合預(yù)埋式注漿管兩道防水；隧道結(jié)構(gòu)與地連墻界面上，采用水泥滲透結(jié)晶防水涂料，詳見圖6。

5.結(jié)論

本文以文一路地下通道工程下穿現(xiàn)狀河道的工程實(shí)例為對象，提出縱向倒邊蓋挖逆作法施工方案，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，可得出以下結(jié)論：

（1）該方法對傳統(tǒng)縱向倒邊明挖順作法進(jìn)行了改進(jìn)，最大限度地減小了對河道及周邊建構(gòu)筑物的影響，適用于河道及周邊建構(gòu)筑物保護(hù)要求較高的明挖隧道；

（2）該方法安全性好，采用兩個(gè)枯水期施工結(jié)構(gòu)頂板，對工期有一定影響。通過加大立柱間距、減少支撐數(shù)量，加快了基坑出土速度，能夠挽回一部分工期；

（3）施工實(shí)踐證明了該方法是可行的，為同類工程的設(shè)計(jì)提供了一定參考。

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