城市隧道穿越已有构筑物的设计研究

谢圣纲，马悦

（重庆市设计院，重庆 400015）

1 工程概况

某工程位于重庆市南坪区市区，工程范围南端起点位于工贸立交桥，西侧至重庆国际会展中心。设计方案道路交通总体组织选用直行下穿加辅道的形式，利用直行下穿提高过境车流通行能力，两侧辅道疏解地面车流通行压力，达到合理解决会展中心车流人流混行问题，以缓解南坪商业中心区域交通压力。工程效果图如图1所示。

图1 工程效果图

图2 典型下穿道断面示意图

2 直行下穿道设计分析

直行下穿道为双向六车道，左线设计长度为198.7m，右线设计长度为237.1m，下穿道限界宽度为13.25m，限高5.0m，采用五心圆复合式衬砌断面形式。典型下穿道断面如图2所示。

根据地勘资料，该段地层由上而下依次可分为第四系全新统填土层、残坡积层和侏罗系中统沙溪庙组沉积岩层。下穿道隧道顶部为现状道路，为保证过境交通，施工期间无法中断。该段下穿道隧道埋深为12m，岩土分界线位于隧道拱部，为浅埋隧道，地层性质软弱，稳定性差。根据现有研究，当隧道下穿既有铁路公路等交通设施[1]或已有建筑物[2]时，应考虑隧道开挖对其他工程项目的影响，特别是应控制开挖爆破等震动对其的不利影响[3]，并设计完善相应的施工预案。

为增加主线下穿道暗挖段围岩稳定性，初期衬砌以工字钢+锚喷进行支护。工字钢在隧道纵向以直径22的钢筋联接，联接钢筋沿隧道环向间距取1.0m，并在钢架支护内缘、外缘交错布置，钢支撑与钢筋间采用焊接联接，钢支撑与联接钢板也采用焊接联接，联接钢板间采用螺栓联接。典型工字钢衬砌如图3所示。

图3 典型工字钢衬砌示意图

为在隧道施工过程中减小对周围已有建筑物的影响及预防地质灾害，超前支护采用管棚，外径127mm、壁厚8mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊接10加劲箍，管壁上钻2排12mm注浆孔。管棚施工时沿隧道周边以不大于3.5°外插角打入围岩，再灌注M30号水泥浆。同时，辅以型钢以增加超前支护的稳定性。典型超前支护布置如图4所示。

图4 典型超前支护示意图

图5 下穿道与已有构筑物平面布置图

3 已有挡墙穿越段设计分析

下穿道右线K0+080～K0+170段的总计90m范围内存在已有挡墙。已有挡墙为双孔双室空箱挡墙，每孔水平距离为7.0m，纵向间距为4.0～4.5m，最大高度为19.7m，已有挡墙上方为既有道路。直行下穿道与已有挡墙的平面位置关系如图5所示。

已有挡墙与主线下穿道隧道冲突位置存在承台和桩基，若直接截除桩基将导致挡墙失稳，最终影响上部道路。下穿道与承台和桩位置关系如图6所示。

隧道与已有挡墙冲突位置需要截除承台和桩基，为避免挡墙失稳，需要采取相应的技术措施。首先，在已有挡墙外侧增设加固桩，加固桩与挡墙肋柱的投影位置相对应。然后，主线下穿道隧道在土层部分采用Φ127×8mm大管棚，系统锚杆为R25中空注浆锚杆，初次衬砌厚度为30cm，可确保下穿道隧道稳定，且可减小挡墙侧向压力。此外，采用C20素混凝土对空箱挡墙回填密实，保证空箱挡墙重心位置不发生变化。

图6 下穿道与承台和桩剖面示意图

表1 单侧壁开挖法的施工工序

4 已有挡墙穿越段的施工要求

下穿道右线与已有挡墙冲突区域较大，采用传统的侧壁导坑开挖方法无法保证挡墙及道路安全，故下穿道开挖应与已有挡墙截桩及加固相结合进行。

该工程施工步骤繁多，且需要“短进尺、多循环”作业。为明确施工流程，在设计文件中采用施工工序说明和循环示意图相结合的方式。单侧壁开挖法的流程数字代码如表1所示，工序4—11循环示意图及工序12—14循环示意图如图7所示。

实践表明，该种方法能够清楚地表达施工步骤，能够有效地指导施工单位采取正确的工序循环过程。根据施工期间第三方监测资料显示，隧道拱顶累计下沉值为13.8mm，水平收敛值为3.46mm，挡墙墙顶倾斜角度为0.07°，且均稳定，这说明该段采用的支护措施及施工方案比较合理。该工程的使用现状如图8所示。

图7 典型工序循环示意图

图8 工程使用现状示意图

5 结论

1）由于现状地面需要通车无法中断交通，采用暗挖方式进行施工是现在城市隧道施工的有效技术措施。

2）该工程考虑到大断面城市隧道，且结合地质情况采用复合式衬砌并辅以一定的超前支护，能有效控制地面沉降及围岩变形。

3）当隧道与已有挡墙空间位置冲突时，应尽量减少隧道开挖对已有构筑物的影响。

4）施工文字说明与工序循环图相结合的方式能够对“短进尺、多循环”的施工作业起到明确的指导作用。

5）根据施工期间监测资料显示，隧道和挡墙均处于稳定状态，说明该段采用的支护措施及施工方案比较合理，能够对相似工程起到有益的参考作用。