暗挖地铁区间穿越城市大型立交桥桥区风险工程设计优化研究

张金伟

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

暗挖地铁区间穿越城市大型立交桥桥区风险工程设计优化研究

张金伟

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

暗挖地铁区间穿越城市大型立交桥桥区的风险工程设计应在保证桥梁安全的前提下尽可能地节约造价和工期，并具备良好的可实施性。以北京地铁某区间穿越城市大型立交桥桥区风险工程保护设计为例，针对暗挖区间穿越桥梁桩基、扩大基础和挡墙等不同的桥基和结构形式，采用数值模拟计算、桥桩承载力分析和挡墙加固计算分析等方法和手段，开展系统详尽的设计，然后交付施工，施工过程中积累数据并逐个分析，将分析成果统计归类总结，再反馈给设计进行优化，充分落实了信息化施工和设计的理念，实现了在确保桥梁运营安全的同时控制投资的目的。

暗挖；地铁区间；立交桥；桥桩；挡墙；风险；设计优化

0 引言

当前城市建设步伐日益加快，市区扩容，地铁线网逐年扩大，地铁线路愈发密集，线路周边的工程条件渐趋复杂，区间侧、下穿单建桥梁、人行天桥工程案例较为常见，但下穿匝道密集、基础形式多样的大型互通式立交桥区尚不多见，安全且经济地穿越此类桥区的类似工程经验相对欠缺。文献[1]利用有限元分析方法对隧道施工引起的地表沉降及建筑结构内力变化进行论述，明确了隧道施工沉降控制指标的确定依据。文献[2]探讨了北京地铁工程邻近桥梁施工风险等级划分应考虑的因素和风险等级划分方法，形成了对邻近桥梁的风险控制与保护技术程序。文献[3]对暗挖隧道穿越砂卵石地层“采用”与“不采用”复合锚杆桩问题进行了有针对性的研究和讨论。文献[4]对复合锚杆桩施工工艺特性和机制进行了总结分析。文献[5]通过在隧道施工过程中增设临时仰拱和增加水平袖阀管注浆等工程措施加固土体，控制建筑物沉降。文献[6]重点介绍了锚杆在挡墙加固中的设计方法、施工处理措施及取得的效果。文献[7]重点介绍了双层小导管的工艺原理、施工工艺及注浆加固效果。文献[8]通过对支护结构内力、围岩接触压力的监测，判断浅埋暗挖隧道支护结构的受力特征和桥桩对隧道支护结构内力分布的影响。上述参考文献多仅就暗挖区间穿越单一桥桩或者某种风险工程加固方式进行研究和讨论，笔者则以穿越风险点多、桥基形式多的主环路大型立交桥桥区为依托，结合检测和评估报告，进行系统详尽的风险工程专项保护设计，并在施工中予以优化，以期保证安全的同时极大地控制投资。

1 工程概况

本工程是全线的关键性工点，该区间主要在道路下方穿行，区间全长约1.35 km，采用矿山法施工。区间需穿越市区主环路上大型互通公路立交桥，包括由南北向的环路主路桥、东西主干道上的西主线桥和东主线桥共3座主桥以及由南向东的1号匝道桥；由南向西的2号匝道桥；由西向南的3号匝道桥；由北向东的4号匝道桥；由东向北的5号匝道桥和四环主路上跨的6号、7号匝道桥共7座匝道桥，作为主环路上的大型互通式立交桥，该桥梁的重要性不言而喻。区间开挖轮廓为6.48 m×6.57 m(宽×高)，区间穿越桥基部位约44个轴，穿越的建(构)筑物包括桥桩、扩大基础、桥台、挡墙、桥区道路和大量的雨水、污水、上水、燃气和电力等重要的地下管线等，区间与桥桩最近水平距离仅0.83 m，且位于桥桩侧下部，管线和桥梁控制指标都极为严格，因此如何控制好桥梁、管线的安全变得尤为重要。区间穿越桥区风险工程等级为一级，总平面图如图1所示。

图1 区间穿越桥区段总平面图

区间穿越桥区段结构覆土18～19.2 m，穿越地层主要为平均粒径3～6 cm的卵石-圆砾层，且地层结构较不稳定，部分地段存在粒径达70 cm的大漂石，开挖土体对地层扰动较大，小范围塌方较为多见，施工难度和风险很大，区间与桥桩典型相对位置关系如图2所示。

图2 区间与桥桩典型相对位置关系图(单位：mm)Fig.2 Typical spatial relationship between running tunnel and bridge pile (mm)

2 设计思路和设计方法

该条线路工期紧迫，区间穿越该桥梁为控制性节点，不允许出现丝毫问题。因此，必须因地制宜，紧密结合工程现状，逐桥逐轴做风险工程保护设计，并经详细研究和论证，在确保工程可实施性的同时，保证桥梁和隧道的安全。

首先采用工程类比法等定性分析方法，根据岩土工程详勘报告、桥梁和周边环境调查资料及区间隧道与桥梁、桥桩的相对位置关系等，进行初步分析和判断，确立设计原则，确定工程影响分区和风险工程分级，进行总体方案设计，并提出对桥梁的现状评估要求。同时通过二维或三维计算进行定量分析，主要包括对桥桩影响的计算分析、桩摩阻力变化分析和挡墙倾斜假定分析等，计算模型主要包括荷载-结构模型、地层-结构模型等，对计算结果与评估报告给定的桥梁变形控制指标进行对比分析，从而进行逐轴的详细风险控制设计，提出施工注意事项和风险应急预案。在施工配合阶段，根据施工反馈信息，对风险工程设计进行动态优化和调整。主要设计思路和方法流程图详见图3。

图3 主要设计思路和方法流程图

3 设计原则的确立

该桥梁作为北京市区主干道环路上的重要互通桥梁，车流量大，区间施工不能影响既有桥梁的正常运营和结构安全，需要确立必要的设计原则，主要包括：

1)对桥梁的现状和养护情况进行调查、记录，并对其现状进行评估，从而确定桥梁结构对变形的敏感程度，提出变形控制指标；

2)根据区间及穿越桥区和周边环境的特点选择合理的施工方法和施工步序；

3)通过工程类比、数值模拟和解析法等计算分析对施工引起的变形值进行预测；

4)按桥梁评估结果，进行合理、可靠的风险工程保护设计，控制桥梁变形，保证桥梁和新建地铁区间隧道的安全，且工程造价合理。

4 结构计算和预测

经过对隧道开挖引起的变形分析，对桥梁、挡墙与区间隧道间的关系进行接近度和影响区的分类，明确保护范围，并根据对桥桩承载力的验算，明确具体的加固范围，从而指导专项设计使之更加合理可靠。

4.1 隧道侧穿桥桩地层-结构模型分析

采用大型岩土计算软件FLAC3D对施工开挖状态进行模拟，对正常开挖工况和注浆加固土体后开挖2种工况进行模拟分析。土体由实体单元模拟，其应力-应变关系满足“摩尔-库仑”准则。开挖工况按每循环进尺0.5 m，采用上、下台阶法施工。计算模型如图4所示。加固前后桥桩竖向位移和沉降曲线如图5和图6所示。

图4 隧道侧穿桥桩地层-结构模型图

图5 加固前近隧道侧桥桩竖向位移曲线Fig.5 Curve of vertical displacement of bridge pile close to running tunnel before reinforcement

图6 加固后近暗挖侧桥桩沉降曲线Fig.6 Curve of vertical displacement of bridge pile close to running tunnel after reinforcement

由图5和图6计算结果显示：1) 正常开挖导致隧道上部地表沉降9.0 mm，拱顶沉降18.5 mm，水平收敛9.4 mm；近隧道侧桥桩沉降7.2 mm，差异沉降为1.7 mm，计算值已接近警戒值。2) 土体加固后开挖导致隧道上部地表沉降6.5 mm，拱顶沉降10.2 mm，水平收敛5.6 mm；近隧道侧桥桩沉降4.8 mm，差异沉降为1.2 mm，沉降主要发生在上台阶开挖期间。可见，对桥桩周围和下部土体进行注浆加固能有效控制桥梁整体沉降和差异沉降，加设临时仰拱能有效控制隧道上台阶开挖期间的沉降和收敛。

4.2 桥桩承载力计算分析

选取代表性区间侧穿1号匝道桥4轴桥桩和4号匝道桥7轴断面，对桥桩单桩承载力进行验算，得出现状条件下侧摩阻力、端阻力和单桩总承载力，然后对土体加固后的单桩承载力重新进行验算，验证既定的桩周和桩端土体加固区是否合理。经计算，桥桩单桩承载力以侧摩阻力为主，约占总承载力的65%，端阻力约占总承载力的35%，根据桩身进入不同地层的长度差异有所不同，对桥桩周边和桩端土体实施注浆加固后的计算结果得出侧阻力和端阻力各占50%，并维持总承载力不变，综合判断土体加固区的重点范围应包括桩端和桩身下部周边。

4.3 挡墙加固计算分析

按汽车-城A级荷载，针对正常使用组合和地震组合进行滑动稳定和倾覆稳定性验算发现，隧道下穿后对挡墙的影响主要为抗滑移不满足要求，而抗倾覆则可以满足要求，所以对挡墙的保护设计方案则侧重于抗滑移方面，主要措施为设置锚杆和腰梁对挡墙进行锚固。按经验设置2排锚杆，锚杆体直径25 mm，钻孔孔径100 mm，倾角15°，土体与锚固体的极限侧摩阻力F取经验值20 kPa。计算得出单位长度挡墙上分得的上排和下排锚杆抗拔力分别为21.98 kN和15.7 kN，挡墙滑移力为100.3 kN，抗滑力为161.76 kN，抗滑移验算安全系数Kc=1.6>1.300，满足安全要求。确定挡墙加固设计参数为挡墙高度3～5 m处采用2道锚杆，挡墙高度2～3 m高度处采用1道10 m长锚杆，为使受力均匀传递，每排锚杆处设置1道配筋腰梁，腰梁通过植筋方式与挡墙可靠连接。

5 风险工程保护设计

根据模拟计算结果，隧道开挖主要影响区为隧道自身坍落拱和隧道两侧1倍洞径的范围。根据以上计算结果和相关工程经验，对桥梁与区间隧道间的关系进行接近度和影响区的分类，因隧道与桥桩的竖向距离基本一致，所以仅确定水平距离10 m和20 m为分界线，即10 m以内为较接近和强烈影响区，10 m以外20 m以内为接近和显著影响区，20 m以外为不接近和一般影响区。针对不同的分区确立逐段加强的思路，除采用环形台阶法环状开挖预留核心土方法施工，局部开挖面不稳定地段进行掌子面注浆封闭和施工期间加强洞内及上部建(构)筑物的监测外，还应采取有针对性的保护措施，具体包括：

1)对于桥隧间水平距离在20 m以上的，采取正常开挖方案，并严格加强施工监控量测和信息反馈。

2)对于桥隧间水平距离在10～20 m范围的，则以区间洞内措施为主，主要包括：加强隧道初期支护，格栅钢架纵向间距由原0.75 m加密至0.5 m；超前小导管由单排每榀打设加强为双排打设，加强超前预注浆，并采用不同的入射角度扩大注浆范围；适时加设临时仰拱；隧道与桥桩之间土体进行径向注浆加固，改良地层，尽量不影响桥桩的侧摩阻力。保护措施如图7所示。

图7 桥隧间水平距离10～20 m范围桥桩保护措施图(单位：mm)Fig.7 Profile showing bridge pile protection measures under 10～20 m horizontal distance between bridge pile and tunnel (mm)

3)对于桥隧间水平距离在10 m以内的，采取地面措施和洞内加强相结合的保护措施，主要包括：地面采用复合锚杆桩加固桥桩周围土体，将桥桩周围土体加固和隔离，以不降低原有侧摩阻为目的，并在隧道内对桥桩底部土体实施注浆加固，增大桩端承载力；洞内格栅间距加密至500 mm，双排超前小导管加固地层，隧道与桥桩之间土体采用径向注浆加固；加设临时仰拱。保护措施如图8和图9所示。

4)对于区间侧下穿扩大基础及挡墙的保护则参照桥桩保护措施实施。

6 数据分析和反馈

以上设计方案交付施工后，顺利穿越了约13个轴，通过对这些轴号所反馈的监测数据进行汇总分析，达到验证风险工程专项设计的针对性和可靠性目的。通过进行一定的优化，在保证安全的前提下尽量缩减加固措施，从而控制投资。

图8 桥隧间水平距离10 m内桥桩保护措施横断面图(单位：mm)Fig.8 Profile showing bridge pile protection measures under 10 m horizontal distance between bridge pile and tunnel (mm)

图9 桥隧间水平距离10 m内桥桩保护措施平面图(单位：mm)Fig.9 Plan of bridge pile protection measures under 10 m horizontal distance between bridge pile and tunnel (mm)

6.1 桥梁评估和变形控制指标

该桥区桥梁上部结构主要为预应力混凝土连续梁、钢-混组合梁和预应力混凝土简支梁等多种结构形式，下部结构形式主要为桩基础，个别桥基为扩大基础。桥梁和道路挡墙总体上病害较少，基本处于良好状态。道路挡墙病害较少，处于良好状态。但因桥梁地理位置重要，不能出现任何安全问题，所以桥梁变形控制指标相对严格。因桥区包含桥梁较多，每座桥梁控制指标略有差异，取最严格指标归纳如下：

1)桥梁、道路挡墙竖向均匀沉降15 mm；

2)相邻基础纵桥向不均匀沉降控制值为5 mm；

3)同一跨横桥向2个支座不均匀沉降位移控制值为3 mm；

4)墩柱、桥台倾斜控制值1/1 000；

5)道路挡墙竖向沉降每8 m控制值小于5 mm，挡墙倾斜值不大于1/1 000。

以上各监测项目的变形预警值按控制指标的70%控制。

6.2 桥桩均匀沉降与桥隧间距分析

绘制桥桩和隧道间距与均匀沉降值关系曲线，如图10所示。

由图10可见，桥桩最大沉降值发生在东-0轴，沉降值3.69 mm，其他匝道桥沉降值最大为1.92 mm，大多数桥桩则未发生沉降，沉降平均百分比仅为10%，远小于控制值。因桥桩沉降值较小或基本无变化，桥桩沉降与桥隧间距关系尚不不明显，但可基本拟合为0～10 m范围内，随桥隧间距的递增沉降值从1.5～0 mm递减，可见桥隧间距与桥桩沉降仍存在一定的联系，在10 m以内范围的桥桩应做重点关注和重点设计。

6.3 相邻基础纵桥向不均匀沉降分析

选取代表性匝道桥绘制相邻基础纵桥向桥桩不均匀沉降曲线，如图11所示。

由图11可见，相邻基础纵桥向不均匀沉降最大值发生在3#2-3轴，最大不均匀沉降值1.8 mm，达到控制值的36%。各匝道桥不均匀沉降平均值仅为控制值的17%，桥梁处于安全状态。可见，原风险工程设计措施可适当优化。

6.4 同一跨横桥向不均匀沉降分析

选取代表性匝道桥绘制同一跨横桥向桥桩不均匀沉降曲线，如图12所示。

由图12可见，同一跨横桥向不均匀沉降最大值发生在2-18轴，沉降值为2.1 mm，达到控制值的39%。各匝道桥同一跨横桥向不均匀沉降平均值仅为总控制值的20%，桥梁处于安全状态。

6.5 复合锚杆桩对控制桥桩沉降的影响分析

隧道穿越地段包含采用了复合锚杆桩保护措施的桥桩和未采用复合锚杆桩保护措施的桥桩。通过对两者比较发现，采用了复合锚杆桩保护措施的桥桩在隧道穿越后发生了沉降0.33 mm，而未采用复合锚杆桩保护措施的桥桩则发生了沉降1.48 mm；通过开挖裸露情况来看，复合锚杆桩注浆范围并未形成有效扩散。综合认为，复合锚杆桩的实施对控制桥桩沉降有一定作用，但效果并不显著，后期设计可做进一步优化。

6.6 挡墙沉降分析

从隧道穿越的挡墙沉降情况来看，开挖后最大不均匀沉降为2.8 mm，小于沉降控制值，平均不均匀沉降值未超过控制值的30%，挡墙处于安全状态。

图10 桥桩和隧道间距与均匀沉降值关系曲线

图11 相邻基础纵桥向桥桩不均匀沉降曲线

图12 同一跨横桥向桥桩不均匀沉降曲线

7 设计优化

通过以上对监测数据的总结分析发现，区间穿越部分桥桩施工完成后，施工引起的桥桩和地面沉降量很小，为尽量减少工程投资，及时总结经验，并对原设计措施进行优化调整，具体设计优化包括以下几个方面：

1)可以考虑取消复合锚杆桩，但考虑到工程风险存在一定的偶然性，本区间穿越点多，所以对超近距离、风险性较大的穿越点仍保留复合锚杆桩。对地面条件不允许的情况，则采用洞内增加注浆方式替代。

2)对于洞内径向注浆，则需要打设长导管，打管或钻孔期间对围岩扰动较大，施工中土体掉落现象频发，不利于土体稳定，达不到快封闭的施工要求，所以避免采用长管径向注浆。而初期支护背后回填注浆对开挖后期的沉降控制作用明显，因此要求重复进行初期支护背后注浆，并将注浆管布置范围加密。

3)对于大型桥区的较高挡墙，按照“边通过边加固”的原则，将“锚杆+腰梁”加固方式作为应急预案，在变形值达到控制值的70%时立即启动该措施。

4)超前注浆作为控制掌子面前方土体稳定的主要措施，效果较为明显，因此保留，并根据具体地层和施工情况将原长度3 m隔榀打设超前小导管改为长度1.75 m每榀打设。

按以上调整原则，形成了桥基加固优化设计，根据不同桥基类型和风险分区采取的具体措施如表1所示。

8 优化设计后效果分析和施工验证

按照优化后的方案对剩余31个穿越点施工完成后监测数据显示，桥桩最大均匀沉降为4.62 mm，挡墙最大均匀沉降为4.30 mm，桥桩和挡墙平均沉降约为2.15 mm，均在控制值范围之内；桥桩同一跨横桥向不均匀沉降和相邻桥桩纵桥向不均匀沉降均未超过控制值，且均未达到监测预警值。

表1 主要风险工程设计措施汇总表Table 1 Countermeasures for major risks

优化设计方案对控制桥桩变形有效，并且具有很强的针对性和可操作性。同时，节约工期约5个月，减少投资近3 500余万元。该部分地铁区间目前已顺利投入运营，桥梁状态安全可靠。

9 结论与体会

1)对于区间隧道穿越大型立交桥桥区风险工程保护设计，应在充分研究和分析岩土工程详勘报告、桥梁和周边环境调查资料及区间隧道与桥梁、桥桩的相对位置关系等基础资料的基础上，明确设计思路，制定设计原则，以工程类比为前提，理论计算为辅助，根据不同的工程影响分区和风险工程分级进行逐点设计，并提出施工注意事项和风险应急预案。

2)在风险工程设计中，通过工程和水文地质、隧道开挖跨度、坍落拱高度、隧道拱顶覆土和底板埋深、桥隧空间关系以及相应的模拟计算等综合判断桥梁与隧道间的接近度和影响区的方法是合理可行的。面对风险工程，切勿进行保护措施堆积，应有机组合，针对不同的分区采取有针对性的保护措施，分门别类，形成原则性设计措施列表，将整个桥区每个穿越点以工程案例的形式纳入列表，其特点是：思路清晰，措施明确，既便于设计复核，也便于施工管理。

3)在施工配合阶段，应严格按信息化设计和施工原则，对风险工程设计进行动态优化和调整，切实落实设计之初制定的“安全可行、节约投资、保证工期”等设计原则。

4)复合锚杆桩具有注浆加固和隔离双重作用，对桥基变形控制能起到一定的作用，但受其自身工艺和施工机具等方面的限制，其注浆浆液并未有效扩散，加固范围基本达不到设计要求，对桥基变形的控制作用有限。

5)对于浅埋暗挖法惯用的洞内辅助加强措施，如加强超前小导管和锁脚锚管、加密格栅、加设临时仰拱、径向注浆和严格的初期支护背后回填注浆等作为多年工程经验的总结，确实具有其无法替代的作用，在风险工程设计中尤其应注意这些针对隧道自身施工辅助措施的选择和应用。

6)笔者期望本文能抛砖引玉，为地铁区间隧道穿越大型立交桥区以至于本领域内诸如房屋、河道、管线和既有轨道交通等类似的风险工程保护提出设计思路，制定设计原则，优化设计方案，为其他工程提供一定的借鉴。

[1]吴文忠,彭波.浅埋暗挖隧道施工对地表建筑的影响分析[J].路基工程,2012(4):58-62.(WU Wenzhong,PENG Bo.Analysis on influence of shallow embedded tunnel construction on ground surface buildings[J].Subgrade Engineering,2012(4):58-62.(in Chinese))

[2]李兆平，汪挺，项彦勇，等.北京地铁工程邻近桥桩施工风险评估及控制对策探讨[J].岩土力学，2008,29(7):1837-1842.(LI Zhaoping，WANG Ting，XIANG Yanyong，et al.A study on risk grade classification method and disposal measures for adjacent bridge piles in Beijing Metro engineering[J].Rock and Soil Mechanics,2008,29(7):1837-1842.(in Chinese))

[3]王东清.砂卵石地层下复合锚杆桩对保护桥桩的作用分析[J].隧道建设,2013,33(5):362-367.(WANG Dongqing.Analysison protection effect of composite bolt pileson existing bridge piles in sandy cobble ground[J].Tunnel Construction,2013,33(5):362-367.(in Chinese))

[4]杨慧林,徐慧宇,马锴.复合锚杆桩保护桥梁基础技术综述[J].铁道标准设计,2008(2):67-69.(YANG Huilin,XU Huiyu,MA Kai.A summary for techmology of portecting bridge with composite rockbolt piles[J].Raily Standars Design,2008(2):67-69.(in Chinese))

[5]王力勇,杨兆仁.地铁隧道下穿高架桥施工控制技术[J].市政技术,2010(4):101-103.(WANG Liyong,YANG Zhaoren.Construction control technology of subway tunneling for underpass a viaduct[J].Municipal Engineering Technology,2010(4):101-103.(in Chinese))

[6]李志军.锚杆在某工程挡墙加固中的应用[J].城市建设与商业网点，2009(29):160-162.(LI Zhijun.Application of bolt in the reinforcement engineering of retaining wall[J].City Construction and Commercial Outlets，2009(29):160-162.(in Chinese))

[7]张国亮，韩占波.双层小导管在浅埋暗挖隧道施工中的应用[J].铁道科学与工程学报，2006(4):66-69.(ZHANG Guoliang，HAN Zhanbo.Application of technology of two-layered ductulesin urban shallow-cover and close-cut tunnel[J].Journal of Railway Science and Engineering,2006(4):66-69.(in Chinese))

[8]张明聚，张文宇，杜修力.近接桥桩喑挖隧道支护结构内力监测分析[J].北京工业大学学报，2008，34(8):830-835.(ZHANG Mingju，ZHANG Wenyu，DU Xiuli.Structure internal force monitoring and analysis for subway tunnels in the function of adj acent bridge pile[J].Journal of Beijing University of Technology,2008，34(8):830-835.(in Chinese))

[9]施仲衡，张弥.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社，1997：89-132.(SHI Zhongheng,ZHANG Mi.Underground railway design and construction [M].Xi’an:Shaanxi Science & Technology Press,1997:89-132.(in Chinese))

[10]中国岩土力学与工程学会岩石锚固与注浆技术委员会.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，1999：311-331.(Rock Anchor Bolting and Grounting Technology Committee of Chinese Society for Rock Mechanics and Engineering.Anchor bolting and grouting teehnology [M].Beijing:China Electric Power Press,1999:311-331.(in Chinese))

拱北隧道“曲线管幕+冻结法”破世界难题

2014年9月5日，世界最长跨海大桥港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段，中国铁建十八局集团采用国际领先、国内首创的大直径、长距离“曲线管幕+冻结法”施工技术，2台顶管机并驾齐驱顶进，精度偏差仅5 mm，标志着该技术又取得重大突破。

港珠澳大桥珠海连接线工程项目是港珠澳大桥的重要组成部分，路线全长约13.74 km。拱北隧道全长2.74 km，是连接线控制性工程。拱北隧道堪称“地质博物馆”和“隧道施工技术博物馆”，地质条件差，外部干扰大，施工风险高，地下不同种类的岩土达16种之多，地质复杂多变。工程运用的“曲线管幕+冻结法”施工技术、长距离大直径曲线管幕顶进技术、临海盐水环境下长距离分段分区精准控制冻结技术在国内尚无先例，世界罕见。其中管幕工程是在拱北口岸下一条30多m的狭长地带穿过，两侧都是桩基管线，施工像穿越“迷宫”。顶管精确度要求控制在±50 mm范围内，不亚于给绣花针穿线，几乎“零误差”，345 m2的断面上共36根直径1.62 m、长255 m的钢管组成的管幕群，是目前国内地质情况最复杂、管幕根数最多、世界最长和断面最大的曲线管幕群。

拱北隧道项目毗邻澳门，要下穿日出入境车辆高峰期近1万辆、出入境人流30万人次的拱北及澳门关闸口岸。施工管幕顶部覆盖土厚度仅4 m 多，其上即为口岸进出境风雨廊，管幕外侧距澳门联检大楼桩基最近处为1.6 m，内侧距免税商场回廊桩基最近处约0.46 m，地表沉降要求几乎“零沉降”，稍有闪失，后果难以预料。施工人员通过工艺优化、技术培训及口岸内监控量测及时反馈，确保万无一失。采用东、西工作井为“曲线管幕+冻结法”的支点，为了实现技术最优、工艺最精，采用德国海瑞克UNS导向系统等国际先进仪器，建立自动跟踪测量网络控制系统，为施工安全护航。采取始发、顶进和接收3阶段工作法进行施工作业的同时，适时调配泥水分离器、膨润土分配器等机具辅助施工，采用直径1.62 m的AVN1200TC泥水平衡顶管机顶进。为提高顶进精度，采取由下向上一次顶进的施工顺序，解决了群管顶进反复扰动地层的施工难题，接收偏差仅5 mm，目前已完成9根管幕。

(摘自 中华铁道网 http://chnrailway.com/html/20140905/409095.shtml 2014-09-09)

StudyonOptimizationofDesignofMinedRunningTunnelCrossingUnderneathLarge-scaleInterchangeinUrbanArea

ZHANG Jinwei

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

In the design of the risky works of mined running tunnel crossing underneath large-scale interchange in urban areas,the construction cost should be minimized and the construction period should be shortened as far as possible and the construction should be executed easily under the condition that the safety of the interchange is guaranteed.A running tunnel of Beijing Metro crosses underneath the pile foundations,enlarged foundations and retaining walls of a large-scale interchange in urban area.The risky works of the running tunnel is designed systematically and in detail by means of numerical simulation,analysis on the load bearing capacity of the bridge piles and analysis on reinforcement of the retaining walls.The design result is handed over for construction execution.During the construction,relevant data is accumulated and analyzed,and the analysis result is fed back to the design so as to optimize the design.In this way,the concept of information-aided construction and design has been fully executed and the investment of the works has been well controlled under the condition that the safety of the interchange is guaranteed.

mining method; running tunnel; interchange; bridge pile; retaining wall; risk; design optimization

2014-01-08;

2014-07-04

张金伟(1981—)，男，河北承德人，2004年毕业于石家庄铁道学院，土木工程专业，本科，高级工程师，主要从事隧道和地下工程的设计和研究工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.09.011

U 45

A

1672-741X(2014)09-0887-08