大跨度市政公路隧道下穿既有機(jī)場(chǎng)跑道方案研究

岳 仁 輝

(合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230041)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市規(guī)模越來(lái)越大，人口越來(lái)越多，城市交通量日益膨脹[1]。對(duì)于城市建設(shè)的一些特殊功能區(qū)域，如城市文化公園、城市生態(tài)濕地等，為保護(hù)城市面貌的完整性、體現(xiàn)其文化傳承性，不宜在地面上修建城市道路、鐵路等交通要道。要實(shí)現(xiàn)城市交通的可持續(xù)發(fā)展，既要解決城市交通需求不斷增長(zhǎng)的壓力，又要盡可能使交通建設(shè)較少占用城市寶貴土地資源，發(fā)展地下道路系統(tǒng)是緩解城市交通擁堵、保護(hù)城市面貌和體現(xiàn)文化特征的必由之路。

為保留既有的城市特殊功能區(qū)原貌，城市新建道路多采用下穿隧道進(jìn)行工程建設(shè)。陳正杰[2]基于北虹路地道工程，闡述了加固土體和暗埋段兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的比選，從工程角度驗(yàn)證了管幕+箱涵頂進(jìn)施工的合理性。岑岡[3]以首都機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)及汽車(chē)通道下穿機(jī)場(chǎng)主跑道工程為依據(jù)，從結(jié)構(gòu)形式和施工方法等實(shí)際出發(fā)，提出了管幕保護(hù)+箱涵頂進(jìn)的方案并著力解決了施工技術(shù)中的難點(diǎn)問(wèn)題。余晶等[4]針對(duì)港珠澳大橋珠海連線(xiàn)工程，結(jié)合實(shí)際工程調(diào)研經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了管幕施工工法的要點(diǎn)和難點(diǎn)，并為管幕保護(hù)+淺埋暗挖方案提供依據(jù)。

合肥市擬建花園大道為雙向六車(chē)道的城市主干道，采用下穿隧道的方式穿越駱崗機(jī)場(chǎng)跑道從而保留該文化遺址原貌。為保證花園大道主體隧道的順利實(shí)施及駱崗機(jī)場(chǎng)跑道的穩(wěn)定性，本文綜合運(yùn)用工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比、成本預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)分析等方法對(duì)下穿駱崗機(jī)場(chǎng)隧道施工方案進(jìn)行了分析和比選。

1 工程概況

1977年11月合肥駱崗國(guó)際機(jī)場(chǎng)啟用，為合肥的空港門(mén)戶(hù)，2013年5月29日停用，后改建為合肥駱崗?fù)ㄓ脵C(jī)場(chǎng)。機(jī)場(chǎng)采用800 m雙向、1 900 m單向跑道，為A類(lèi)通用機(jī)場(chǎng)?；▓@大道位于合肥濱湖科學(xué)城，是合肥駱崗城市公園區(qū)域三橫兩縱骨架路網(wǎng)中重要的一條橫向道路，規(guī)劃采用雙向六車(chē)道，隧道下部規(guī)劃擬建S1,11號(hào)線(xiàn)地鐵，如圖1所示?；▓@大道下穿隧道與機(jī)場(chǎng)跑道縱向夾角約為45°，長(zhǎng)約135 m。隧道施工過(guò)程中，確保不破壞主跑道。

工程地質(zhì)方面，建設(shè)區(qū)域?qū)俳辞鹆甑孛矄卧?，上層約2 m厚的雜填土，中間約為20 m厚的黏土層，下臥層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，如圖2所示。地下水情況，主要為上層滯水和深部承壓水，分布不連續(xù)，具有微腐蝕性。

2 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和總體方案設(shè)計(jì)，下穿機(jī)場(chǎng)跑道采用暗挖施工，擬選方案有：盾構(gòu)法、矩形頂管法、平頂直墻法，管幕+暗挖法和管幕+頂進(jìn)法。

2.1 盾構(gòu)工法

由于該雙向六車(chē)道下穿隧道跨度較大，若采用盾構(gòu)法需采取雙線(xiàn)分離式斷面。三車(chē)道外徑D15 m，近距不小于1D，且埋深需達(dá)0.8D～1.0D，埋深較大。受下部規(guī)劃地鐵線(xiàn)路影響，兩側(cè)接線(xiàn)困難，雙線(xiàn)分離線(xiàn)形要求高，且圓形斷面空間利用率較低。除此之外，采用盾構(gòu)法施工需要一次性采購(gòu)設(shè)備，設(shè)備成本較高，故不推薦使用盾構(gòu)法進(jìn)行該城市下穿隧道的施工。盾構(gòu)工法示意圖如圖3所示。

2.2 矩形頂管法

為適應(yīng)斷面需求，近期國(guó)內(nèi)城市隧道多采用矩形頂管法進(jìn)行施工。矩形頂管法采用土壓平衡頂管機(jī)，如圖4所示，具有對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)小、頂管機(jī)掘進(jìn)速度快，自動(dòng)化程度高、施工時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)?；▓@大道下穿隧道主要位于黏土層，根據(jù)該隧道功能性要求(見(jiàn)圖5)，隧道斷面寬為15.55 m，設(shè)計(jì)高度H為9 m。結(jié)合國(guó)內(nèi)外成功工程案例及《矩形頂管工程技術(shù)規(guī)程》[5]規(guī)定，埋深需達(dá)1.1H，即9.9 m。與盾構(gòu)法相似，采取矩形頂管法施工同樣需要采用雙線(xiàn)分離式斷面，兩側(cè)接線(xiàn)較為困難，雙線(xiàn)分離線(xiàn)形較差。且考慮兩側(cè)施工空間，對(duì)矩形頂管機(jī)械寬度要求達(dá)15.65 m，一次性采購(gòu)成本太高，故不推薦使用矩形頂管法。

2.3 平頂直墻暗挖法

平頂直墻暗挖是在隧道因外部條件限制,無(wú)法按傳統(tǒng)拱形斷面實(shí)施時(shí)而采取的一種特殊施工方法，其施工示意圖如圖6所示。平頂直墻暗挖隧道不利于形成土拱，土體結(jié)構(gòu)自穩(wěn)定能力差，容易出現(xiàn)坍塌。在初襯和二襯澆筑過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)化復(fù)雜，其施工特點(diǎn)決定了其沉降控制較弱。且平頂直墻暗挖法中結(jié)構(gòu)斷面受力型式較差，初支及二襯均存在局部節(jié)點(diǎn)多類(lèi)型應(yīng)力集中的問(wèn)題，易形成局部受力潰屈，帶來(lái)安全問(wèn)題?！侗本┦熊壍澜煌ㄍ两üこ獭巾斨眽Π低谒淼涝O(shè)計(jì)導(dǎo)則》[6]條文中也給予平頂直墻暗挖法“于風(fēng)險(xiǎn)控制、沉降控制、進(jìn)度控制等方面有一定劣勢(shì)”的評(píng)價(jià)，因此，除非條件所限，正常環(huán)境下不建議使用矩形頂管法。

2.4 管幕法

管幕法是在地下水平封閉管幕保護(hù)作用下，實(shí)現(xiàn)大斷面地下空間結(jié)構(gòu)非開(kāi)挖施工的方法，如圖7所示。其中管幕施工利用小口徑頂管設(shè)備施工管幕群，形成水平鋼管幕圍護(hù)，而結(jié)構(gòu)施工通常采用礦山法暗挖、箱涵頂進(jìn)等方法。管幕法可以實(shí)現(xiàn)超淺覆土穿越、超微擾動(dòng)與超大斷面開(kāi)挖，具有優(yōu)良的靈活性和較高的安全保障，與此同時(shí)成本低，在國(guó)內(nèi)外工程中運(yùn)用極為廣泛。

2.4.1 管幕+暗挖法

即于施作管幕后在閉合管幕保護(hù)下進(jìn)行礦山法暗挖的隧道施工方法，如圖8所示。其適用于黏土、粉土、砂土、卵石土等多種地層，穿越長(zhǎng)度可達(dá)200 m，覆土厚度淺至2.0 m。但該法采用剛性支撐，模板工程量較大，鋼筋綁扎和混凝土振搗密實(shí)條件較差。除此之外，其施工工序?qū)Ц念l繁，施工工期較長(zhǎng)，故不宜采用。

2.4.2 管幕+頂進(jìn)法

即為在閉合管幕群的保護(hù)下頂進(jìn)預(yù)制箱涵的施工方法，如圖9所示。與管幕+暗挖法相似，管幕+頂進(jìn)法同樣適用于多種地層，穿越長(zhǎng)度于200 m內(nèi)，覆土厚度淺至3.0 m。但其相較于暗挖施工具有如下優(yōu)點(diǎn)：預(yù)制箱涵的施工質(zhì)量可以得到有效控制和保證；箱涵跟隨頂進(jìn)效率高，工期較暗挖短；工作井內(nèi)完成施工，施工環(huán)境相對(duì)較好。

基于大型通用有限元計(jì)算軟件Midas GTS/NX ，分析研究管幕+頂進(jìn)法施工對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道安全性的影響。圖10與圖11分別為施工引起的地表最大位移云圖和管幕受力分布圖?？梢钥吹剑苣?頂進(jìn)施工對(duì)地層擾動(dòng)較小，機(jī)場(chǎng)跑道最大沉降10 mm左右。管幕的受力狀態(tài)較為合理，均在可控制的范圍內(nèi)。管幕+頂進(jìn)的施工方案較安全，且對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托城市隧道下穿駱崗機(jī)場(chǎng)跑道工程，綜合考慮工程地質(zhì)條件、項(xiàng)目成本、施工質(zhì)量、工程周期及施工工序等因素，結(jié)合三維數(shù)值仿真分析，論證了對(duì)于城市下穿隧道，管幕+箱涵頂進(jìn)法可以有效解決地表既有建(構(gòu))筑物安全控制、淺覆土施工等技術(shù)難題，是一種技術(shù)優(yōu)良、安全可靠的施工方案，可為類(lèi)似工程提供相應(yīng)借鑒。