浅谈电力隧道穿越桥区安全性评估与控制

赵晓延

（北京市政路桥股份有限公司，北京市100045）

浅谈电力隧道穿越桥区安全性评估与控制

赵晓延

（北京市政路桥股份有限公司，北京市100045）

以北京市丰台区110 kV电力隧道工程穿越榴乡桥区的施工安全技术管理工作为背景，对隧道穿越桥区安全性评估工作进行总结和探索，从施工角度对电力隧道设计施工提出优化建议，为今后的隧道穿越既有地表结构物安全性评估工作提供参考。关键词：隧道；穿越；挡墙；桥梁；评估

0　引言

我国基础建设飞速发展，交通越来越发达，尤其在城市中心地带，道路网络十分密集。城市隧道施工时，受到各种条件制约，隧道穿越道路桥梁的情况难以避免。隧道施工会引起附近地表沉降及土体变形，对周围道路桥梁结构带来的影响不容忽视。如何减小隧道施工对周围道路桥梁结构带来的安全风险是隧道设计施工中极为重要的问题。北京市路政局于2008年出台了《地下工程穿越交通设施安全监管暂行办法》，以确保北京市交通设计与施工的安全运行［1］。

本文以北京市丰台区蒲黄榆电力隧道工程穿越南四环榴乡桥区施工安全技术管理工作为背景，对隧道穿越桥区安全性评估工作中相关问题的处理原则及各种问题的对策进行论述，为以后类似工程提供参考。

1　工程项目概况

蒲黄榆电力隧道工程电力管线共两段，新建L1线起点K1+870.0，沿南四环外环辅路西南红线北侧6 m位置向东，下穿榴乡桥（南四环立交）西侧匝道及主路后与桥区现状电缆隧道相接，L1线全长503.7 m，L1线电力隧道自西向东分别穿越步道、辅路、匝道（含挡墙）、四环主路。辅路电力隧道埋深约3.9 m，主路及匝道电力隧道埋深约10.9～11.2 m。其中穿越匝道挡墙处电力隧道距离挡土墙基础底1.76 m。

L2线起点接南四环内环辅路南侧现状电缆沟，沿西北红线北侧3 m位置向东、向北下穿桥区西侧匝道、德贤路后，至现状电缆隧道，并在终点处将现状竖井改为三通井，L2线全长433.3 m。L2线电力隧道自西向东分别穿越步道、辅路、匝道（含挡墙）、德贤路主路后到达终点与既有电力管线相接。辅路电力隧道埋深约3.9 m，主路及匝道电力隧道埋深约10.9～11.2 m。其中穿越匝道挡墙处电力隧道距离挡土墙基础底1.76 m。

2　安全施工控制方法

隧道工程前期咨询以施工中存在的各种风险为基础，对现场条件提出意见与建议。技术方案考虑从对既有道路、桥梁结构变形及内力影响规律的研究出发，最终实现对隧道施工风险的控制。

2.1风险评估

隧道施工存在的风险多种多样，风险的存在具有不确定性，因此首先应对风险进行识别。进场后应首先对现场进行详细调查，对既有道路桥梁进行检测，并对隧道及附近道路桥梁图纸反复研究分析，确定隧道施工可能存在的风险［2］。

2.1.1道路路面结构风险

隧道施工引起的过大沉降会使路面结构产生一定程度的凹陷甚至破坏，不但对行车舒适性产生影响，甚至对行车安全产生隐患。电力隧道由道路下方通过，因此路面结构沉降是隧道施工风险源之一。经检查，新建电力隧道L1线路路面病害共发现1处修补后开裂，1处井盖周围破损开裂，1处人行道砖沉陷，16处轻度横向裂缝，见图1～图3。

图1　路面横向裂缝

图2　井盖周围破损开裂

图3　人行道砖沉陷

2.1.2道路挡墙结构风险

电力隧道多处穿越匝道挡墙，与道路挡墙相交处电力隧道距离挡土墙基础底1.76 m。隧道施工易引起挡墙沉降、倾斜甚至坍塌，因此隧道施工对道路挡墙安全性有较大隐患。经检查，现况L1线路下穿四环西侧挡土墙，挡墙未发现明显可见病害；L2线路南侧辅路挡土墙，挡墙勾缝存在少量脱落，未发现其它明显可见病害。图4、图5分别为L1线、L2线隧道与道路纵断面关系图。

2.1.3沿线桥梁结构风险

隧道施工会扰动桥梁地基土层，由于桩基与土体相互作用关系复杂，土体应力状态的改变将会直接影响桥梁结构承载能力。桥梁结构承载能力的改变将导致桥梁上部结构产生不均匀沉降，从而在桥梁结构内部产生附加应力。当附加应力达到一定水平时，桥梁结构将产生裂缝甚至坍塌，因此沿线桥梁结构的安全性是隧道施工重要风险源之一［3］。

为了对桥梁结构安全风险进行正确评价，隧道施工前首先需要全面准确地对桥梁结构进行调查。桥梁结构调查包括：桥梁结构类型、桥梁基础类型、地质情况、桥梁结构裂缝及破损情况、混凝土结构强度、钢筋锈蚀情况等。

经检查，隧道穿越的匝道桥主桥共发现3条横向裂缝，宽0.12～0.26 mm，总长41.95 m；9条U型裂缝，宽0.10～0.28 m，总长146.2 m；1处梁底刮蹭。

2.2风险控制

通过风险评估，了解了隧道施工过程中可能存在的安全性风险，下一步需要将隧道施工中的各项风险进行严格控制。风险控制首要原则是保证隧道施工安全；其次需要考虑经济效益，应选择最经济有效的施工控制技术，最终达到安全施工的目的。

2.2.1道路安全控制方法

本文电力管线采用暗挖施工，为避免施工影响道路交通的正常运营与安全，必须严格控制土基差异沉降量等技术指标要求。道路及挡土墙安全控制指标包括：允许位移控制值和路堤、路堑倾斜控制值、道路纵横向曲率变化控制值。

首先应对道路差异沉降进行控制，道路横断面方向沉降值控制在0.15%；道路纵向沉降值控制在0.03%。电力管线影响范围内的最大沉降值应小于15 mm，最大拱起值应小于10 mm，平均速率控制1 mm/d，位移最大速率控制2 mm/d（位移平均速率为任意7 d的位移平均值；位移最大速率为任意1 d的最大位移值）。同时应对路面裂缝进行控制，为保证路面使用年限，要求路面不能产生明显的局部变形和结构性裂缝，以防雨水渗透对路基强度造成影响。

图4　L1线隧道与道路纵断面关系图（单位：m）

2.2.2挡墙安全控制方法

本文电力管线影响范围内每一段挡土墙（一组沉降缝之间）沿挡土墙（行车）方向，每一段挡土墙的整体沉降值应小于10 mm，基础不均匀沉降应小于3 mm；挡土墙墙面允许倾斜坡度为1/1 500，挡土墙水平位移不大于5 mm。

图5　L2线隧道与道路纵断面关系图（单位：m）

管线横穿挡土墙布置时，由于挡土墙基础的纵向抗弯能力很弱，所以管线横穿挡土墙时应注意观察基础沉降量，不要由于基础开裂而导致挡土墙墙面开裂。

2.2.3桥梁安全控制方法

桥梁结构对隧道施工影响较为敏感，合理制定隧道施工时临近桥梁的控制指标需要考虑桩基承载力、既有结构现状、既有结构重要程度等。应通过大量试算，找出结构极限状态下变形及应力状况，结合工程经验，提出施工控制指标。

2.3应对措施

在隧道施工过程中，不但应该对各种风险进行控制，还应针对前期调查中预测的各种风险建立应急处理方案。应急处理方案分为主动措施和被动措施两大类。

2.3.1主动措施

主动措施指对隧道周围土体进行人工处理，减小隧道开挖对土体的影响。主动措施包括注浆加固和隔离法。

2.3.1.1注浆加固

注浆加固是通过在土体中压力注浆，使土体颗粒间隙中的空气、水分等被水泥浆替代，从而使原本松散的土体颗粒通过水泥浆而形成一个整体，提高土体力学性能。对于北京地区砂卵石土层而言，注浆能明显提高土体承载力，减小隧道引起的土体沉降。

在穿越立交桥桥桩段及临近结构物时，采取周圈注浆加固地层的措施，施工时采用增加超前导管数量、增加注浆量，以确保施工期间的安全，在初衬后及时进行背后注浆，二衬也做背后注浆，总体控制效果较为明显。具体做法如下。

（1）增加超前导管的数量

在穿越区域Φ32超前导管的环向间距要求0.3 m，每榀钢架打设一次，长度1.75 m，浆液采用改性水玻璃浆液，打设范围为拱顶及两侧墙。

（2）固结隧道拱部、侧墙土体

注浆种类：根据设计纵断图反映出本段隧道位于卵石层，采用改性水玻璃化学浆液，在工作面用耐酸槽制备，加入到注浆器内，通过高压空气压注入土层，浆液随伴随用，注浆时压力宜控制在0.15～0.4 MPa之间，最大不得超过0.4 MPa，每孔稳压时间不得小于2 min，以确保浆液的扩散半径，满足施工要求。

注浆顺序：自一端跳孔顺序注浆，并观察有无窜孔现象，发生浆液窜孔时应封闭相邻孔。

与此同时，施工期间应多组织有经验的人员，快速进行施工作业，在掘进中必须有专人在场观看作业面的变化，以保证施工人员的人身安全。在开挖中认真测量和观察顶部土层变化，如发现地表有异常情况，应立即封闭掌子面，请设计、工程监理等有关人员会商。

2.3.1.2隔离法

隧道施工首先对周围土体产生影响，进而传递到临近桥梁、挡墙等结构物，因此，对受隧道影响的土体进行隔离，能有效减小隧道施工对周围结构物的影响。隔离法通常的做法是在隧道与既有结构物之间建造一排隔离桩或隔离墙，从而阻断土体破坏，对隧道周围结构物进行保护。

2.3.2被动措施

被动措施指由于地质情况复杂，隧道施工具有不确定性，隧道施工对周围土体的影响往往难以控制到理想状态，当土体沉降达到甚至超过预警值时，需要对地层及结构物进行恢复。如对桥梁桩基基地进行注浆加固，从而提高桥梁桩基承载力；在隧道施工完成后，根据监控及检测结果对桥梁结构进行加固，对道路路面进行修复等［4］。

3　结语

蒲黄榆电力隧道施工安全控制，实践证明在隧道施工前进行充分的调查和评估工作，对保证隧道工程顺利进行具有重要的作用。本文通过对隧道穿越交通设施安全风险的分析评估，得到以下几点经验与体会。

（1）隧道施工前，设计单位应及时与既有设施管理单位进行沟通，提前进行前评估（咨询），避免因沟通或咨询不及时产生矛盾等问题，在地下结构可实施的前提下应尽量减少对既有构筑物的影响。隧道建设各方，在项目实施前应站在全局高度，综合考虑隧道建设与桥梁后期维修费用，在保证既有交通设施安全的前提下，顺利实施地下工程。

（2）由于规划滞后等因素，大部分既有桥梁在设计时未预留隧道穿越条件，因此隧道穿越既有桥梁时，各方要予以高度重视、充分研究。建议由隧道建设单位在隧道设计前期即委托相关设计咨询单位对沿线道路桥梁进行咨询研究，提出设计建议、加固措施以及施工控制指标，确定隧道工程穿越道路桥梁的预警值，并以此作为隧道设计、施工的依据。

（3）施工单位应具体情况具体分析，确定合理的控制指标及监控要求，主要包括：桥区范围地表沉降控制值，桥梁竖向不均匀沉降控制值，桥梁下部结构水平位移控制值，桥梁墩台、挡墙的容许倾斜度等［5］。

［1］ 陈兵，潘可明.地铁近接施工时通道桥的变形计算及分析［J］.市政技术，2012，6（30）：108-110.

［2］ 苏洁.浅埋暗挖法隧道施工对邻近桩基的影响及其控制［D］.北京：北京交通大学，2009.

［3］ 何杰.地铁施工影响区域桥梁结构评估及沉降指标确定［D］.北京：北京科技大学，2005.

［4］ 姚海波.大断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究［D］.北京：北京交通大学，2005.

U455

B

1009-7716（2015）05-0177-03

2015-03-13

赵晓延（1975-），女，北京人，工程师，主要从事道路工程施工管理工作。