大跨度市政公路隧道下穿既有机场跑道方案研究

岳 仁 辉

(合肥市规划设计研究院，安徽 合肥 230041)

0 引言

随着我国经济高速发展，城市化进程的不断推进，城市规模越来越大，人口越来越多，城市交通量日益膨胀[1]。对于城市建设的一些特殊功能区域，如城市文化公园、城市生态湿地等，为保护城市面貌的完整性、体现其文化传承性，不宜在地面上修建城市道路、铁路等交通要道。要实现城市交通的可持续发展，既要解决城市交通需求不断增长的压力，又要尽可能使交通建设较少占用城市宝贵土地资源，发展地下道路系统是缓解城市交通拥堵、保护城市面貌和体现文化特征的必由之路。

为保留既有的城市特殊功能区原貌，城市新建道路多采用下穿隧道进行工程建设。陈正杰[2]基于北虹路地道工程，阐述了加固土体和暗埋段两种结构设计方案的比选，从工程角度验证了管幕+箱涵顶进施工的合理性。岑冈[3]以首都机场捷运系统及汽车通道下穿机场主跑道工程为依据，从结构形式和施工方法等实际出发，提出了管幕保护+箱涵顶进的方案并着力解决了施工技术中的难点问题。余晶等[4]针对港珠澳大桥珠海连线工程，结合实际工程调研经验，重点研究了管幕施工工法的要点和难点，并为管幕保护+浅埋暗挖方案提供依据。

合肥市拟建花园大道为双向六车道的城市主干道，采用下穿隧道的方式穿越骆岗机场跑道从而保留该文化遗址原貌。为保证花园大道主体隧道的顺利实施及骆岗机场跑道的稳定性，本文综合运用工程经验类比、成本预测，数据分析等方法对下穿骆岗机场隧道施工方案进行了分析和比选。

1 工程概况

1977年11月合肥骆岗国际机场启用，为合肥的空港门户，2013年5月29日停用，后改建为合肥骆岗通用机场。机场采用800 m双向、1 900 m单向跑道，为A类通用机场。花园大道位于合肥滨湖科学城，是合肥骆岗城市公园区域三横两纵骨架路网中重要的一条横向道路，规划采用双向六车道，隧道下部规划拟建S1,11号线地铁，如图1所示。花园大道下穿隧道与机场跑道纵向夹角约为45°，长约135 m。隧道施工过程中，确保不破坏主跑道。

工程地质方面，建设区域属江淮丘陵地貌单元，上层约2 m厚的杂填土，中间约为20 m厚的黏土层，下卧层为强风化泥质砂岩，如图2所示。地下水情况，主要为上层滞水和深部承压水，分布不连续，具有微腐蚀性。

2 方案比选

根据现场条件和总体方案设计，下穿机场跑道采用暗挖施工，拟选方案有：盾构法、矩形顶管法、平顶直墙法，管幕+暗挖法和管幕+顶进法。

2.1 盾构工法

由于该双向六车道下穿隧道跨度较大，若采用盾构法需采取双线分离式断面。三车道外径D15 m，近距不小于1D，且埋深需达0.8D～1.0D，埋深较大。受下部规划地铁线路影响，两侧接线困难，双线分离线形要求高，且圆形断面空间利用率较低。除此之外，采用盾构法施工需要一次性采购设备，设备成本较高，故不推荐使用盾构法进行该城市下穿隧道的施工。盾构工法示意图如图3所示。

2.2 矩形顶管法

为适应断面需求，近期国内城市隧道多采用矩形顶管法进行施工。矩形顶管法采用土压平衡顶管机，如图4所示，具有对周围土体扰动小、顶管机掘进速度快，自动化程度高、施工时无噪声、无环境污染等优点。花园大道下穿隧道主要位于黏土层，根据该隧道功能性要求(见图5)，隧道断面宽为15.55 m，设计高度H为9 m。结合国内外成功工程案例及《矩形顶管工程技术规程》[5]规定，埋深需达1.1H，即9.9 m。与盾构法相似，采取矩形顶管法施工同样需要采用双线分离式断面，两侧接线较为困难，双线分离线形较差。且考虑两侧施工空间，对矩形顶管机械宽度要求达15.65 m，一次性采购成本太高，故不推荐使用矩形顶管法。

2.3 平顶直墙暗挖法

平顶直墙暗挖是在隧道因外部条件限制,无法按传统拱形断面实施时而采取的一种特殊施工方法，其施工示意图如图6所示。平顶直墙暗挖隧道不利于形成土拱，土体结构自稳定能力差，容易出现坍塌。在初衬和二衬浇筑过程中结构受力转化复杂，其施工特点决定了其沉降控制较弱。且平顶直墙暗挖法中结构断面受力型式较差，初支及二衬均存在局部节点多类型应力集中的问题，易形成局部受力溃屈，带来安全问题。《北京市轨道交通土建工程—平顶直墙暗挖隧道设计导则》[6]条文中也给予平顶直墙暗挖法“于风险控制、沉降控制、进度控制等方面有一定劣势”的评价，因此，除非条件所限，正常环境下不建议使用矩形顶管法。

2.4 管幕法

管幕法是在地下水平封闭管幕保护作用下，实现大断面地下空间结构非开挖施工的方法，如图7所示。其中管幕施工利用小口径顶管设备施工管幕群，形成水平钢管幕围护，而结构施工通常采用矿山法暗挖、箱涵顶进等方法。管幕法可以实现超浅覆土穿越、超微扰动与超大断面开挖，具有优良的灵活性和较高的安全保障，与此同时成本低，在国内外工程中运用极为广泛。

2.4.1 管幕+暗挖法

即于施作管幕后在闭合管幕保护下进行矿山法暗挖的隧道施工方法，如图8所示。其适用于黏土、粉土、砂土、卵石土等多种地层，穿越长度可达200 m，覆土厚度浅至2.0 m。但该法采用刚性支撑，模板工程量较大，钢筋绑扎和混凝土振捣密实条件较差。除此之外，其施工工序导改频繁，施工工期较长，故不宜采用。

2.4.2 管幕+顶进法

即为在闭合管幕群的保护下顶进预制箱涵的施工方法，如图9所示。与管幕+暗挖法相似，管幕+顶进法同样适用于多种地层，穿越长度于200 m内，覆土厚度浅至3.0 m。但其相较于暗挖施工具有如下优点：预制箱涵的施工质量可以得到有效控制和保证；箱涵跟随顶进效率高，工期较暗挖短；工作井内完成施工，施工环境相对较好。

基于大型通用有限元计算软件Midas GTS/NX ，分析研究管幕+顶进法施工对机场跑道安全性的影响。图10与图11分别为施工引起的地表最大位移云图和管幕受力分布图。可以看到，管幕+顶进施工对地层扰动较小，机场跑道最大沉降10 mm左右。管幕的受力状态较为合理，均在可控制的范围内。管幕+顶进的施工方案较安全，且对机场跑道影响较小。

3 结语

本文依托城市隧道下穿骆岗机场跑道工程，综合考虑工程地质条件、项目成本、施工质量、工程周期及施工工序等因素，结合三维数值仿真分析，论证了对于城市下穿隧道，管幕+箱涵顶进法可以有效解决地表既有建(构)筑物安全控制、浅覆土施工等技术难题，是一种技术优良、安全可靠的施工方案，可为类似工程提供相应借鉴。