敏感环境下明挖隧道设计方案研究

陈广深

摘要：穿越城市等敏感环境的明挖隧道是一项风险高、难度大的系统工程，需要在充分掌握地质资料、全面分析对周边建（构）筑物影响的基础上，制定出合理的围护结构支护体系和加固工程措施。文章以南宁-崇左城际铁路项目留村工程明挖段为例，通过分析研究地质资料和周边建（構）筑物关系，系统性地介绍了敏感环境下选用围护结构支护体系和加固工程措施的方法和过程，为类似工程建设提供参考。

关键词：明挖隧道;城市隧道;深基坑;围护结构;建（构）筑物保护

中国分类号：U452.2文献标识码：A

0 引言

随着城市化建设的迅速发展，公路、铁路、市政等线性工程面临穿越密集建筑、管线、桥梁、地铁等敏感环境的工况日益增多，而隧道方案作为地下工程，具有对环境影响小、占地少、穿越性强的特点，因此常在穿越敏感环境的工况下被选用。本文以在建南宁-崇左城际铁路（速度目标值为250 km/h）项目的控制性工程——留村隧道为例，对敏感环境下明挖隧道的设计方案开展研究，抛砖引玉，以便后续同类型隧道项目参考。

1 隧道概况

留村隧道位于南宁市区，隧道起始于铁路枢纽南化站北侧，依次下穿[XC湴.TIF，JZ]绿村（城中村）、在建亭洪路延长线、壮锦大道、南站大道，沿留村路下方自北向南前行，在留村路与那洪大道路口上跨在建地铁4号线区间隧道，终止于留村路南端尽头西侧。全隧道穿越多处铁路、地铁、在建道路、密集建筑物等重大环境敏感点，是本工程实施的重点与难点。

由于平面条件控制，全隧限速100～160 km/h，隧道按160 km/h设计。隧道进口桩号为DK4+120，出口桩号为DK9+845，全长5 725 m，属于铁路长隧道，采用明挖法+盾构法开挖，其中明挖段长1 805 m，盾构段长3 920 m。隧道采用单洞双线结构形式，线间距为4.2～4.324 m。

隧道纵断面为V型坡，最大线路纵坡为24.7‰，最小纵坡为2.3‰，竖曲线最小半径为10 000 m，最大半径为15 000 m。隧道覆土2～48 m。

2 工程地质

隧址上覆主要为第四系全新统（Q4ml）人工填筑土，第四系更新统（Qp）粉质黏土及圆砾土;下伏基岩为上第三系中更新统中段（N12）砂质泥岩夹含砾砂岩、粉砂，下段（N11）砂质泥岩夹钙质砂岩、粉砂岩。隧区附近地表水主要为邕江水，为常年流水，水量大。隧区内地下水主要为第四系孔隙潜水及碎屑岩类孔隙裂隙水。

3 明挖段围护结构设计

3.1 围护结构的选型

围护结构类型选择需依据场地工程地质及水文地质、环境情况、开挖深度、施工方法、工期、工程造价、地区常用的围护结构型式等边界条件，经综合的技术经济比较后确定。一般情况下的基坑支护结构如表1所示。

土钉墙支护具有施工速度快、用料省、造价低的优点，需要放坡，占用的施工场地较排桩大，而且基坑变形一般大，因此多用于周边没有建（构）筑物、管线保护要求的较浅基坑。

排桩可采用钻孔灌注桩、旋挖桩或人工挖孔桩，与内支撑、锚索等体系配合使用，并结合坑外降水，可有效控制基坑变形，可用于周边建（构）筑物及管线较多、深度较深的基坑。

地下连续墙支护特点在于自身可形成止水帷幕，搭配坑内降水，可有效控制基坑变形。地下连续墙支护可用于周边建（构）筑物及管线较多、深度较深的基坑，但连续墙工程费用高于排桩支护，且存在施工占地大，管理不善易造成现场污染的缺点。

隧道明挖段主要位于南宁市区，周边建构筑物密集、地下管线复杂，为尽量减小对周边环境的影响，综合比选后，采用排桩+内支撑支护作为围护结构。

3.2 围护结构支护参数的选用及验算

3.2.1 支护参数的选用

围护桩采用钻孔灌注桩，桩直径为1 m，间距为1.4 m，围护桩的嵌入深度为5 m。竖向采用3道支撑+1道倒撑，均为钢管支撑，水平间距为3 m，基坑安全等级为一级。

3.2.2 计算图示与荷载

围护结构受力计算模拟施工全过程，按荷载“增量法”原理进行。基坑外侧土压力按朗肯主动土压力计算，开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力。

围护结构计算时，其荷载主要有：

（1）结构自重：钢筋混凝土自重按25 kN/m3计算;

（2）水土侧压力：施工阶段按朗肯主动土压力进行计算，黏性土采用水土合算，其余采用水土分算。

（3）地面超载：按20 kN/m2考虑。

由于明挖段地面存在一定起伏，基坑深度在一定范围内变化，本文以具有代表性的开挖深度为22.5 m的明挖段基坑为例展开分析，其断面围护结构计算如图1所示。

3.2.3 计算结果及分析

基坑围护结构控制内力、变形包络如图2所示。表2为围护桩单桩最大内力设计值。

经计算分析，围护结构最大水平位移值均<0.1%H（H为基坑深度），满足《建筑基坑支护技术规程》的要求。

4 隧道明挖段穿越敏感环境加固措施

经调查，明挖隧道范围周边存在大量建（构）筑物等敏感环境，主要如下：

（1）房屋：主要是沿着路侧的建筑，包括：进口段[HTXH1]湴绿村民房、富源小区、华联超市、南宁奥园小区、奥园幼儿园、留村民房等。

（2）现有（规划）地铁隧道：上跨地铁4号线盾构区间隧道。

（3）在建市政路：下穿亭洪西路立交桥（在建）。

根据工程经验初拟了明挖隧道穿越敏感环境的主要设计原则和主要工程措施，并在具体分析明挖施工对各类建（构）筑物影响的基础上，制定了具体处理措施。

4.1 主要设计原则

（1）综合考虑建（构）筑物结构型式、现状及与明挖隧道关系、地质条件及周边环境等因素，因地制宜，拟定相应的技术措施，以确保明挖施工安全和建（构）筑物、地下管线的正常使用。

（2）若建（构）筑物（或基础）位于明挖隧道基坑一倍深度范围内，原则上需要在基坑开挖前对建（构）筑物（或基础）加强变形监测，并在降水过程中于建筑物周边布置回灌井。一旦开挖过程中变形监测指标超限，应对该建（构）筑物基础进行袖阀管注浆加固。

（3）一般情况下，地表及道路沉降控制在30 mm以内，并以20 mm作为安全警界值，但当下穿建（构）筑物时，控制值应满足相关规范及相关权属部门的要求。

4.2 主要工程措施

（1）地面补偿注浆

在基坑开挖过程中，围护结构出现较大变形，导致基坑周边地表沉降超限，采取通过地面在地层特定位置预埋注浆管的方式完成。注浆材料以水泥浆液为主，注浆参数经现场试验确定，并在注浆施工过程中根据监测反馈信息进行调整。

（2）加强基坑支护

为控制地表变形，增加基坑稳定性，第一道支撑采用钢筋混凝土撑。

（3）回灌井

基坑降水工程中，在需保护的建筑物周边设置回灌井，确保基坑降水过程中建筑物安全。回灌井结构及成井工艺与降水井相同。回灌井管壁绑扎A50 mmPVC花管作为水位观测井孔。

（4）针对性设计

对于结构特殊且施工过程中风险较高的建（构）筑物，采用特殊的针对性措施。

（5）监控量测

明挖施工及相关工程措施施工过程中，针对相应范围内的隧道结构、地层地表、建（构）筑物及地下管线，进行系统全面的监控量测，实行信息化施工。根据监测反馈信息，调整、优化各项施工参数，以确保明挖施工安全和建（构）筑物、地下管线的正常使用，必要时采取应急措施。

4.3 穿越重点敏感地段分析

4.3.1 下穿亭洪路立交桥

DK4+391.697～DK4+494.560明挖隧道下穿在建亭洪西路延长线立交桥，隧道开挖基坑边缘与桥墩的净距约为3～4 m，基坑相邻的桥桩基础长约54～65 m。该段隧道基坑深度约18～19 m，主要位于泥质粉砂岩、粉砂岩地层。

由于立交桥项目先于留村隧道施工，因此经建设单位协调后，隧道下穿亭洪路立交桥段围护桩及隔离桩等防护措施由亭洪路立交桥项目代建并同步实施。

为控制留村隧道开挖造成亭洪路立交橋的结构变形及破坏，采取了如下措施：

（1）亭洪路立交桥建设期间提前施作隔离桩加固，隧道围护结构排桩;

（2）加强基坑支护措施，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑;

（3）受影响的桥墩周边布设水位观测井及回灌井，确保既有建（构）筑物安全;

（4）在基坑开挖过程中，对桥梁的变形加强监测。

4.3.2 上跨地铁4号线盾构区间

留村隧道在那洪大道与留村路口正下方上跨地铁4号线盾构区间（在建），结构净距为2.3 m。经建设单位协调DK8+977.522～DK9+010.722为上跨地铁4号线先期施工段，由地铁4号线项目代建围护结构，地铁盾构穿越部分围护结构钻孔桩采用玻璃纤维筋，在留村隧道衬砌底板下方设置板凳桩及压板进行加固。

4.3.3 临近建筑物

明挖段隧道临近建筑物较多，以进口段DK4+490线路左侧的6层民房建筑为例：该建筑为6层砖混结构，换填基础，埋深约2.5 m，距离隧道基坑约10.3 m。为减小基坑开挖对周边建筑物的影响，采取了以下措施：

（1）加强基坑支护措施，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑;

（2）预留地面补偿注浆措施;

（3）基坑开挖过程中，对影响范围内民房的变形加强监测;

（4）在受影响的建构筑物周边布设水位观测井及回灌井，确保既有建筑物安全。

5 结语

本文通过对留村隧道明挖段穿越密集建（构）筑物等敏感环境所采用的排桩、隔离桩、板凳桩、袖阀管注浆、回灌井、加强监测等工程措施进行分析研究，为后续相似工程的建设提供参考。

参考文献：

[1]TB10003-2016，铁路隧道设计规范[S].

[2]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[3]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4]JGJ123-2012，既有建筑地基基础加固技术规范[S].