城市綜合管廊下穿既有隧道淺埋暗挖設(shè)計(jì)的思考

池哲源

（福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司廈門分公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

近年來地下空間的利用被充分重視，早期城市公共地下空間利用多以下穿隧道為主，實(shí)現(xiàn)交通快速過境，以加強(qiáng)交通功能為目的?，F(xiàn)如今下穿隧道、軌道交通、城市綜合管廊、地下停車場(chǎng)等地下構(gòu)筑物不斷涌現(xiàn)，大家重視地下空間的開發(fā)，但各類型的地下構(gòu)筑物在規(guī)劃、設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中，難免會(huì)出現(xiàn)地下空間的交叉，而且多是新建構(gòu)筑物下穿既有地下構(gòu)筑物。本文借東山變進(jìn)出線地下綜合管廊工程（一期），研究綜合管廊采用淺埋暗挖法下穿既有隧道結(jié)構(gòu)，淺埋暗挖法可避免既有隧道被拆除，不影響地面及隧道的交通。通過本項(xiàng)目的論述，研究綜合管廊下穿既有隧道，為國(guó)內(nèi)類似工程的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 依托工程概況

東山變進(jìn)出線地下綜合管廊工程（一期）位于廈門市翔安區(qū)，在翔安南路與翔安東路交叉口處下穿翔安東路，為確保道路及隧道交通暢通不中斷，設(shè)計(jì)采用淺埋暗挖法下穿既有隧道，下穿翔安東路綜合管廊呈東西走向，與翔安東路呈71°，下穿翔安東路地面輔道及既有下穿隧道，起終點(diǎn)樁號(hào)AK2+840.5～AK2+930.3，總長(zhǎng)89.8m，綜合管廊采用電力艙+綜合艙雙艙布置，斷面凈寬6.3 米、凈高4.2m。綜合管廊下穿既有隧道平面如圖1。

圖1 綜合管廊下穿既有隧道平面圖（單位：m）

根據(jù)翔安東路竣工圖資料，現(xiàn)狀道路寬度70m，既有下穿隧道位于道路中部，隧道寬度25m，高度7.9m（含結(jié)構(gòu)厚度），隧道埋深8.29～9.26m，隧道采用明挖暗埋法施工，基坑采用φ1200@1300mm 沖孔灌注樁支護(hù)，樁底標(biāo)高位于隧道底板標(biāo)高以下6m。道路內(nèi)既有管線包含D600 雨水管、D800 雨水管、D800 給水管、D400 天燃?xì)夤艿兰奥窡?、交通、有線電視等管線。為確保道路、管線及隧道暢通，綜合管廊擬下穿翔安東路及既有隧道，綜合管廊穿越主要地層為素填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

2 工程特點(diǎn)

（1）現(xiàn)狀車行隧道占用地面以下十米范圍內(nèi)的地下空間，綜合管廊需從既有隧道下方穿過，工程設(shè)計(jì)需圍繞如何保護(hù)既有隧道，控制施工過程安全。

（2）綜合管廊所處的工程環(huán)境決定了結(jié)構(gòu)須下穿既有隧道，為控制綜合管廊埋深，同時(shí)兼顧受力合理性，設(shè)計(jì)采用微拱形直邊墻結(jié)構(gòu)斷面。為確保隧道通行，需采用淺埋暗挖法。

（3）翔安東路隧道位于翔安東路與翔安南路互通范圍內(nèi)，周邊地塊均在開發(fā)，超限施工車輛多，交通繁忙。

（4）道路內(nèi)既有管線包含D600 雨水管、D800 雨水管、D800 給水管、D400 天燃?xì)夤艿兰奥窡?、交通、有線電視等管線，施工過程中應(yīng)保證市政管線的正常使用。

3 工程設(shè)計(jì)方案

3.1 平縱設(shè)計(jì)方案

綜合管廊下穿翔安東路隧道段平面呈東西走向，與翔安東路呈71°下穿翔安東路地面輔道及隧道。根據(jù)現(xiàn)狀隧道竣工圖資料，隧道變形縫間距20m，平面設(shè)計(jì)時(shí)，考慮綜合管廊盡可能從某一節(jié)的中部位置下穿，避免從變形縫位置下穿，有效控制沉降。因翔安東路西側(cè)廈門安防職業(yè)學(xué)院用地紅線受限及地面匝道橋橋墩的影響，綜合管廊無法僅穿一節(jié)隧道，從隧道的第一節(jié)與第二節(jié)變形縫處下穿。下穿隧道段平面線形為直線，該布置便于超前措施的實(shí)施。

綜合管廊縱斷面布置受既有隧道限制，在通道底部下穿，縱斷面的布置考慮管廊頂與通道墊層底部之間預(yù)留超前支護(hù)施工空間，預(yù)留空間80cm，最終確定的管廊覆土為12.24m～13.38m（距離現(xiàn)狀地面）。為便于超前支護(hù)的定位及實(shí)施，綜合管廊縱坡采用0.1%單向坡。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

沿用新奧法基本原理，采用“先柔后剛”復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)體系，即“初期支護(hù)+二次襯砌”。初期支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì)，二次襯砌作為安全儲(chǔ)備，支護(hù)參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、埋深情況、結(jié)構(gòu)跨度及施工方法等因素，通過工程類比法確定，然后綜合應(yīng)用有限元分析，對(duì)施工過程進(jìn)行模擬分析，定性的掌握圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力發(fā)展、變形與破壞過程，再進(jìn)一步調(diào)整支護(hù)參數(shù)，最后采用荷載-結(jié)構(gòu)-彈性抗力計(jì)算模式，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算、分析及強(qiáng)度校核；體現(xiàn)“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、過程控制”的理念，施工中重視現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工。綜合管廊支護(hù)參數(shù)如表2。

表2 綜合管廊支護(hù)參數(shù)表

（2）二襯靜力驗(yàn)算

綜合管廊最不利覆土厚度13.5m，本管廊的寬度接近兩車道隧道，設(shè)計(jì)偏保守取值，二次襯砌承載比例取值60%。本結(jié)構(gòu)計(jì)算方法采用荷載-結(jié)構(gòu)法，采用Midas GTS NX 限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。綜合管廊模型如圖2.

根據(jù)規(guī)范對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)之上可能出現(xiàn)的荷載，按照承載能力狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行組合，取最不利組合進(jìn)行驗(yàn)算。設(shè)計(jì)取基本組合Ⅰ(QZH-Ⅰ)用于正常使用極限狀態(tài)的校核，基本可變荷載組合Ⅱ（QZH-Ⅱ）、偶然荷載組合Ⅳ（QZH-Ⅳ）用于承載能力極限狀態(tài)校核。綜合管廊基本組合彎矩、軸力及剪力。

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)校核時(shí)，采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)算。通過驗(yàn)算滿足《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70-2010）10.4.4 條款安全系數(shù)要求；支護(hù)結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)校核時(shí)，最不利截面為底板邊部，此時(shí)計(jì)算裂縫寬度ω=0.157mm，配筋率ρ=1.689%。因此從計(jì)算結(jié)果看，設(shè)計(jì)選取的計(jì)算參數(shù)較為合理。

3.3 下穿既有隧道控制措施

既有隧道是影響綜合管廊豎向標(biāo)高的主要節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)狀隧道底板底標(biāo)高+20.07m，管廊從隧道底下穿，控制管廊初期支護(hù)與通道的凈間距，按照0.8m預(yù)留出管棚注漿及施工空間，盡量減小兩結(jié)構(gòu)間的凈間距?，F(xiàn)狀通道全高7.9m、全寬27.5m，通道為兩孔閉合框架結(jié)構(gòu)，其中左邊孔凈寬14.25m，右邊孔凈寬10.25m。通道底板厚1.2m，側(cè)墻及頂板厚度1.0m，中墻厚度0.5m，采用C40 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隧道側(cè)墻及底板變形縫采用中埋式止水帶+背貼式止水帶，頂板采用中埋式止水帶止水；原隧道設(shè)計(jì)為了防止過度變形，側(cè)墻及頂板均設(shè)置φ28@400 剪力筋。針對(duì)既有隧道的情況，綜合管廊下穿既有隧道控制措施如下：

（1）在拱頂采用加鋼筋籠的φ133×6.5mm 超前大管棚，管棚環(huán)向間距20cm，超前大管棚可有效支撐通道結(jié)構(gòu)體，控制沉降。

（2）下穿既有隧道段掌子面采用全斷面注漿，控制掌子面失穩(wěn)引起的過度沉降。

（3）綜合管廊位于殘積砂質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，采用機(jī)械開挖，減少對(duì)既有隧道的影響。施工工法采用CD 法開挖，導(dǎo)坑縱向間距宜保持在2D（D 為導(dǎo)坑開挖跨度），每個(gè)導(dǎo)坑采用全斷面或微臺(tái)階法開挖，一次性開挖進(jìn)尺宜按一榀鋼架間距控制。

（4）隧道開挖后立即架設(shè)初期支護(hù)，做到“隨挖隨護(hù)”。初期支護(hù)背后及時(shí)回填注漿，以減少地層沉降變形。

（5）常規(guī)暗挖法隧道臨時(shí)支護(hù)拆除是在初期支護(hù)閉合成環(huán)之后，為嚴(yán)格控制變形，設(shè)計(jì)中提出了單導(dǎo)洞（帶中隔墻側(cè)）二襯提前封閉，二襯封閉后拆除臨時(shí)側(cè)壁。

（6）施工期間對(duì)既有隧道沉降、拱頂下沉、凈空收斂等加強(qiáng)監(jiān)控，制定詳細(xì)的信息傳遞系統(tǒng)，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)施作二次襯砌結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于下穿既有隧道的淺埋暗挖管廊，可借鑒的案例較少，通過設(shè)計(jì)評(píng)審優(yōu)化及后續(xù)施工的跟蹤，得出合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)及支護(hù)措施，為國(guó)內(nèi)類似工程的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

（2）下穿既有隧道淺埋暗挖平面設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考慮避開既有結(jié)構(gòu)變形縫。

（3）淺埋暗挖法施工具備施工占地較少、不拆除地面（地下）構(gòu)筑物、交通干擾較小、管線拆遷量少等優(yōu)點(diǎn)，在既有路段進(jìn)行地下空間開發(fā)時(shí)可優(yōu)先選用。

（4）監(jiān)控量測(cè)是淺埋暗挖法施工必不可少的程序，是確保設(shè)計(jì)合理性和施工安全性的重要手段，通過監(jiān)測(cè)了解構(gòu)筑物、地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，評(píng)價(jià)其安全性及穩(wěn)定性。監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析的不足，修正后的支護(hù)參數(shù)及采取的控制措施方能作為可借鑒的案例。