關(guān)于下穿車(chē)行隧道與人行地下通道工程共建產(chǎn)生影響的分析

周 帥

（珠海華昕開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司,廣東 珠海 519000 ）

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量高速增長(zhǎng)，交通日益擁堵，城市交通也面臨巨大壓力。道路節(jié)點(diǎn)是城市交通網(wǎng)的重要組成部分，也是道路的交通瓶頸，其設(shè)置合理與否直接關(guān)系到關(guān)鍵線(xiàn)路乃至整個(gè)路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮。為緩解交通擁堵?tīng)顩r，在城市主干道越來(lái)越多設(shè)置立體交通形式，下穿車(chē)行隧道和人行地下通道具有對(duì)城市景觀和噪聲干擾小等突出特點(diǎn)，其設(shè)置既能消除人行平面過(guò)街設(shè)施及信號(hào)燈控制系統(tǒng)對(duì)車(chē)行速度的影響，又能最大限度保障行人的通行安全。兩者（下穿車(chē)行隧道和人行地下通道）在城市道路建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。

1 工程概況

該項(xiàng)目基坑為珠海灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑。橫琴隧道灣仔北站—灣仔站區(qū)間位于珠海市市區(qū)南灣大道。線(xiàn)路沿城區(qū)主干道前行，水陸交通便利。灣仔南調(diào)頭下穿隧道中心樁號(hào)K0+197.458。起點(diǎn)樁號(hào)K0+041.373，終點(diǎn)樁號(hào)K0+353.543，全長(zhǎng)312.17 m，其中開(kāi)口段長(zhǎng)度235.046 m，閉口段長(zhǎng)度77.124 m。隧道橫斷面總寬7~8 m=0.5 m檢修道+6~7 m機(jī)動(dòng)車(chē)道+0.5 m檢修道。灣仔南調(diào)頭隧道段基坑長(zhǎng)約150 m，寬約47 m；天一居人行地道段基坑長(zhǎng)約42 m，寬約40 m。

2 分析原因

該項(xiàng)目基坑場(chǎng)地下方有已建的珠機(jī)城軌隧道結(jié)構(gòu)，其中灣仔南調(diào)頭隧道段距城軌隧道最小距離約為6.4 m，天一居人行地道段基坑坑底距城軌隧道最小距離約為8.4 m。灣仔南調(diào)頭隧道段基坑開(kāi)挖深7.5 m，而天一居人行地道段基坑深度為5.1 m?；娱_(kāi)挖施工必然引起場(chǎng)地土層應(yīng)力場(chǎng)的顯著變化，引起坑底土層隆起變形，進(jìn)而可能對(duì)既有城軌隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，灣仔南調(diào)頭隧道基坑圍護(hù)樁與既有盾構(gòu)隧道（大致平行）水平距離較近，其中支護(hù)6、7段（鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁）最小水平距離約4 m，支護(hù)9、10段（鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁）水平距離約為3.6~4 m，支護(hù)11段（采用12 m鋼板樁）鋼板樁樁底距盾構(gòu)隧道邊界約4 m；在天一居基坑鋼板樁（正交與盾構(gòu)隧道處）鋼板樁樁底距盾構(gòu)隧道約為1.5 m。其中，未施工鋼板樁對(duì)盾構(gòu)隧道的影響仍存在較大工程風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)該基坑工程施工與隧道工程施工（含既有盾構(gòu)隧道）存在相互影響的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起高度關(guān)注。

3 分析施工步

該次分析的工況設(shè)置為基坑完成坑內(nèi)降水后開(kāi)挖，該工況包含7個(gè)施工步[2]，如表1所示。計(jì)算過(guò)程中的主要荷載包括自重和施工機(jī)械荷載20 kPa。

表1 開(kāi)挖分析施工步表

4 基坑開(kāi)挖對(duì)珠機(jī)隧道的影響

在軟土地區(qū)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中的卸荷作用引起了坑外土體產(chǎn)生向坑內(nèi)移動(dòng)趨勢(shì)，從而導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生水平方向變形，繼而帶動(dòng)基坑臨近隧道隨著土體位移產(chǎn)生相應(yīng)變形。坑外既有隧道因到基坑距離、基坑開(kāi)挖深度、支護(hù)形式、現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件、施工工法等諸多因素的不同，而產(chǎn)生較大差異的響應(yīng)[3]。

該次從珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)位移、珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)彎矩及軌道近似位移（變形）方面來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，研究灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖對(duì)既有珠機(jī)城軌隧道結(jié)構(gòu)的影響。

4.1 珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)位移結(jié)果分析

灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖過(guò)程，珠機(jī)隧道Z方向的最大位移值結(jié)果如表2所示。

表2 基坑開(kāi)挖過(guò)程珠機(jī)隧道Z方向最大位移值匯總表

由表2可知，由于坑底土體隆起，珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯上浮，且上浮的位移隨著基坑的開(kāi)挖進(jìn)程不斷增大。其中，隧道結(jié)構(gòu)Z方向最大位移為8.52 mm，發(fā)生于開(kāi)挖至基坑坑底時(shí)。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013），各施工過(guò)程引起的隧道結(jié)構(gòu)豎向位移接近預(yù)警值10 mm以及小于控制值15 mm，故既有珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

4.2 珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)彎矩結(jié)果分析

灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖過(guò)程，珠機(jī)隧道的Y方向彎矩極值結(jié)果如表3所示。

表3 基坑開(kāi)挖過(guò)程珠機(jī)隧道Y方向彎矩極值匯總表

由表3可知，隨著基坑的開(kāi)挖進(jìn)程，珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)Y方向的彎矩有增大的趨勢(shì)。其中，隧道結(jié)構(gòu)Y方向最大彎矩為365.8 kN·m，發(fā)生于開(kāi)挖至基坑坑底時(shí)。

4.3 軌道近似位移(變形)結(jié)果的分析

該研究以鋪設(shè)鋼軌在盾構(gòu)隧道整體道床頂面鉛垂投影線(xiàn)的位移(變形)，代表軌道近似位移(變形)，分析基坑施工對(duì)鋪設(shè)軌道產(chǎn)生的影響。

該次模擬選取臨近基坑北端邊線(xiàn)111 m范圍的城軌隧道作為受不利影響的研究對(duì)象，在整體道床頂面鋼軌鉛垂投影線(xiàn)上每隔0.6 m的倍數(shù)提取一個(gè)變形值。

基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)，整體道床鋼軌軌向位移差值的最大值和估算的相應(yīng)最大軌向變形率均出現(xiàn)在城際左線(xiàn)盾構(gòu)隧道內(nèi)左股鋼軌，最大變形量為0.182 mm，最大軌向變形率為0.0061%。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013），軌道軌向高差有2 mm的預(yù)警值和4 mm的控制值，可得計(jì)算得到的軌道軌向高差小于控制值。

基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)，城軌軌道左線(xiàn)的軌道總體橫向位移（變形）最大值為0.191 mm。根據(jù)規(guī)范可知既有珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

5 基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

在軟土地區(qū)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中的卸荷作用引起了坑外土體產(chǎn)生向坑內(nèi)移動(dòng)趨勢(shì)，從而引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生水平方向變形。該次分析從圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平X方向的位移和Y方向上的彎矩來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，研究灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

5.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移結(jié)果分析

灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖過(guò)程，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的X方向最大位移值結(jié)果如表4所示。

表4 基坑開(kāi)挖過(guò)程圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向最大位移值匯總表

由表4可知，隨著基坑的開(kāi)挖進(jìn)程，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)往基坑內(nèi)部發(fā)生明顯位移，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向的位移不斷增大。其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向最大位移為6.48 mm，發(fā)生于開(kāi)挖至基坑坑底時(shí)。根據(jù)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T15—20—2016）中，各施工過(guò)程引起的一級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移均應(yīng)小于限值30 mm，故基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩結(jié)果分析

灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖過(guò)程，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的Y方向彎矩極值結(jié)果如表5所示。

表5 基坑開(kāi)挖過(guò)程圍護(hù)結(jié)構(gòu)Y方向彎矩極值匯總表

由表5可知，隨著基坑的開(kāi)挖進(jìn)程，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)Y方向的彎矩不斷增大。其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)Y方向最大彎矩為223.8 kN·m，發(fā)生于開(kāi)挖至基坑坑底時(shí)。

6 安全防護(hù)及危害處理措施

灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建的基坑項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“該項(xiàng)目”），主要采用D120@150鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁的圍護(hù)止水樁墻。該基坑工程存在以下特點(diǎn)：①局部（鋼板）圍護(hù)樁與其正下方隧道正交；②該工程施工誘發(fā)基底隆起及盾構(gòu)隧道產(chǎn)生過(guò)度變形等問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。該文結(jié)合該工程特點(diǎn)提出了如下安全預(yù)防及危害處理措施建議。

（1）成立由該項(xiàng)目和鄰近既有珠機(jī)城際工程項(xiàng)目的業(yè)主、施工方(承建方等)、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方，以及監(jiān)控或監(jiān)(檢)測(cè)方等組成的項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、應(yīng)急預(yù)案制定、施工風(fēng)險(xiǎn)管控等具體工作。

（2）及時(shí)進(jìn)行該項(xiàng)目涉及的既有工程和該項(xiàng)目(既有、待實(shí)施)工程的聯(lián)測(cè)、核實(shí)工作，盡快核對(duì)、調(diào)整、補(bǔ)充該工程施工圖設(shè)計(jì)中的工程樁、地基加固、土方施工與基坑封底以及基礎(chǔ)等，與鄰近既有城際隧道工程的實(shí)際平面圖與空間關(guān)系圖。

（3）加強(qiáng)該項(xiàng)目工程樁的施工風(fēng)險(xiǎn)管控。1）在既有盾構(gòu)隧道上方，嚴(yán)禁沖孔樁施工。2）對(duì)于既有盾構(gòu)隧道側(cè)向鄰近的工程樁施工，工程樁與隧道之間的水平凈間距不小于3.0 m；當(dāng)水平凈間距不滿(mǎn)足隧道保護(hù)規(guī)定要求時(shí)，相關(guān)方應(yīng)及時(shí)協(xié)商并確定能保護(hù)鄰近隧道的工程樁施工方案。3）對(duì)于既有隧道正上方工程樁，工程樁樁底至隧道結(jié)構(gòu)的最小豎向間距，與隧道結(jié)構(gòu)形式、樁的形式及其施工參數(shù)等有關(guān)；由相關(guān)方基于工程類(lèi)比、協(xié)商或者試樁等方式，確定工程樁樁底至隧道結(jié)構(gòu)的最小豎向間距。

（4）加強(qiáng)該項(xiàng)目基坑工程的(坑底)地基加固、坑底過(guò)度變形等施工風(fēng)險(xiǎn)管控。1）坑底下方既有隧道地基加固涉及的隧道上方與兩側(cè)之保護(hù)范圍，與地基加固方式及其施工參數(shù)等有關(guān)；由相關(guān)方基于工程類(lèi)比、協(xié)商或者參照工程樁與隧道之間的水平凈間距不小于3.0 m的保護(hù)規(guī)定，確定隧道周?chē)谋Ｗo(hù)范圍。2）該項(xiàng)目灣仔南U調(diào)頭隧道的明挖基坑施工，尤其應(yīng)該加強(qiáng)坑底過(guò)度變形等施工風(fēng)險(xiǎn)管控。采用適當(dāng)留核心土、控制開(kāi)挖長(zhǎng)度或?qū)挾纫约翱焖倏煽糠獾椎燃夹g(shù)措施，控制坑底過(guò)度變形誘發(fā)城軌工程相應(yīng)變形風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

（5）主要借助于對(duì)既有城軌隧道的監(jiān)控和巡查，加強(qiáng)該項(xiàng)目施工可能誘發(fā)工程產(chǎn)生過(guò)度變形的施工風(fēng)險(xiǎn)管控，尤其應(yīng)該高度關(guān)注灣仔南U調(diào)頭隧道的明挖基坑施工風(fēng)險(xiǎn)。1）按規(guī)定或協(xié)商約定，在既有城際隧道結(jié)構(gòu)、軌道板等上布置監(jiān)(檢)測(cè)斷面，進(jìn)行收斂變形、沉降、管縫張開(kāi)等監(jiān)(檢)測(cè)。2）加強(qiáng)洞內(nèi)隱患病害的巡查，把控管片結(jié)構(gòu)的滲(漏)水、錯(cuò)臺(tái)、開(kāi)裂等狀態(tài)的時(shí)空變化情況。

（6）制定合理應(yīng)急預(yù)案。針對(duì)該項(xiàng)目施工期間，洞內(nèi)難以架設(shè)臨時(shí)型鋼支撐加固的客觀情況，可考慮采用洞內(nèi)壓載、洞內(nèi)注漿加固、坑內(nèi)壓載等措施進(jìn)行隧道保護(hù)。

（7）預(yù)防臺(tái)風(fēng)暴雨可能誘發(fā)該項(xiàng)目基坑施工風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)基坑排水措施，杜絕因浸水軟化坑底地層進(jìn)而誘發(fā)隧道過(guò)度變形。

7 結(jié)束語(yǔ)

鑒于該項(xiàng)目實(shí)體工程施工的大環(huán)境由“珠機(jī)城際鋪軌前的工況”，幾乎不可避免地變更為“珠機(jī)城際鋪軌后的工況”的客觀事實(shí)，該研究采用Midas/GTS仿真平臺(tái)，建立三維計(jì)算模型，對(duì)灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑的設(shè)計(jì)施工引起的珠機(jī)城軌隧道與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性及土層位移變形特性進(jìn)行了分析，得到的主要結(jié)論如下：

（1）灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道共建基坑開(kāi)挖過(guò)程，由于坑底土體隆起，珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生較明顯的上浮。同時(shí)，珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的Z方向的位移極值和Y方向的彎矩極值均小于安全限制，最大管片接縫張開(kāi)量也小于盾構(gòu)管片接縫張開(kāi)量的控制值2.0 mm，即基坑開(kāi)挖過(guò)程盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

（2）隨著基坑的開(kāi)挖進(jìn)程，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)往基坑內(nèi)部發(fā)生較明顯的位移，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向的位移和Y方向的彎矩均不斷增大。但基坑施工引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移極值小于安全限值，故基坑開(kāi)挖過(guò)程其圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

（3）基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)，對(duì)軌道的變形影響最大，城軌軌道左線(xiàn)左股的軌向位移(變形)最大，總體最大位移為0.182 mm，預(yù)估最大軌向變形率為0.0061%；城軌軌道左線(xiàn)的軌道橫向位移(變形)最大值為0.191 mm。均小于規(guī)范中2 mm的預(yù)警值和4 mm的控制值，故既有珠機(jī)隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

（4）建議制定合理應(yīng)急預(yù)案，針對(duì)灣仔南調(diào)頭隧道與天一居人行地道施工期間城軌隧道洞內(nèi)難以架設(shè)臨時(shí)型鋼支撐加固的客觀情況，可考慮采用洞內(nèi)壓載、洞內(nèi)注漿加固、坑內(nèi)壓載等措施進(jìn)行隧道保護(hù)。

（5）為保證下穿車(chē)行隧道與人行地道共建順利推進(jìn)，基坑明挖施工時(shí)尤其要加強(qiáng)坑底過(guò)度變形等施工風(fēng)險(xiǎn)管控。采用適當(dāng)留核心土、控制開(kāi)挖長(zhǎng)度或?qū)挾纫约翱焖倏煽糠獾椎燃夹g(shù)措施，控制坑底過(guò)度變形誘發(fā)城軌工程相應(yīng)變形風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。