关于下穿车行隧道与人行地下通道工程共建产生影响的分析

周 帅

（珠海华昕开发建设有限公司,广东 珠海 519000 ）

0 前言

随着社会经济和城镇化的高速发展，机动车保有量高速增长，交通日益拥堵，城市交通也面临巨大压力。道路节点是城市交通网的重要组成部分，也是道路的交通瓶颈，其设置合理与否直接关系到关键线路乃至整个路网交通功能的发挥。为缓解交通拥堵状况，在城市主干道越来越多设置立体交通形式，下穿车行隧道和人行地下通道具有对城市景观和噪声干扰小等突出特点，其设置既能消除人行平面过街设施及信号灯控制系统对车行速度的影响，又能最大限度保障行人的通行安全。两者（下穿车行隧道和人行地下通道）在城市道路建设中应用越来越广泛[1]。

1 工程概况

该项目基坑为珠海湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑。横琴隧道湾仔北站—湾仔站区间位于珠海市市区南湾大道。线路沿城区主干道前行，水陆交通便利。湾仔南调头下穿隧道中心桩号K0+197.458。起点桩号K0+041.373，终点桩号K0+353.543，全长312.17 m，其中开口段长度235.046 m，闭口段长度77.124 m。隧道横断面总宽7~8 m=0.5 m检修道+6~7 m机动车道+0.5 m检修道。湾仔南调头隧道段基坑长约150 m，宽约47 m；天一居人行地道段基坑长约42 m，宽约40 m。

2 分析原因

该项目基坑场地下方有已建的珠机城轨隧道结构，其中湾仔南调头隧道段距城轨隧道最小距离约为6.4 m，天一居人行地道段基坑坑底距城轨隧道最小距离约为8.4 m。湾仔南调头隧道段基坑开挖深7.5 m，而天一居人行地道段基坑深度为5.1 m。基坑开挖施工必然引起场地土层应力场的显著变化，引起坑底土层隆起变形，进而可能对既有城轨隧道结构产生一定的影响。同时，湾仔南调头隧道基坑围护桩与既有盾构隧道（大致平行）水平距离较近，其中支护6、7段（钻孔灌注桩、高压旋喷桩）最小水平距离约4 m，支护9、10段（钻孔灌注桩、高压旋喷桩）水平距离约为3.6~4 m，支护11段（采用12 m钢板桩）钢板桩桩底距盾构隧道边界约4 m；在天一居基坑钢板桩（正交与盾构隧道处）钢板桩桩底距盾构隧道约为1.5 m。其中，未施工钢板桩对盾构隧道的影响仍存在较大工程风险，同时该基坑工程施工与隧道工程施工（含既有盾构隧道）存在相互影响的风险，应引起高度关注。

3 分析施工步

该次分析的工况设置为基坑完成坑内降水后开挖，该工况包含7个施工步[2]，如表1所示。计算过程中的主要荷载包括自重和施工机械荷载20 kPa。

表1 开挖分析施工步表

4 基坑开挖对珠机隧道的影响

在软土地区，基坑开挖过程中的卸荷作用引起了坑外土体产生向坑内移动趋势，从而导致基坑围护结构发生水平方向变形，继而带动基坑临近隧道随着土体位移产生相应变形。坑外既有隧道因到基坑距离、基坑开挖深度、支护形式、现场土质条件、施工工法等诸多因素的不同，而产生较大差异的响应[3]。

该次从珠机隧道结构位移、珠机隧道结构弯矩及轨道近似位移（变形）方面来进行数据分析，研究湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖对既有珠机城轨隧道结构的影响。

4.1 珠机隧道结构位移结果分析

湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖过程，珠机隧道Z方向的最大位移值结果如表2所示。

表2 基坑开挖过程珠机隧道Z方向最大位移值汇总表

由表2可知，由于坑底土体隆起，珠机隧道结构发生明显上浮，且上浮的位移随着基坑的开挖进程不断增大。其中，隧道结构Z方向最大位移为8.52 mm，发生于开挖至基坑坑底时。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202—2013），各施工过程引起的隧道结构竖向位移接近预警值10 mm以及小于控制值15 mm，故既有珠机隧道结构处于安全状态。

4.2 珠机隧道结构弯矩结果分析

湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖过程，珠机隧道的Y方向弯矩极值结果如表3所示。

表3 基坑开挖过程珠机隧道Y方向弯矩极值汇总表

由表3可知，随着基坑的开挖进程，珠机隧道结构Y方向的弯矩有增大的趋势。其中，隧道结构Y方向最大弯矩为365.8 kN·m，发生于开挖至基坑坑底时。

4.3 轨道近似位移(变形)结果的分析

该研究以铺设钢轨在盾构隧道整体道床顶面铅垂投影线的位移(变形)，代表轨道近似位移(变形)，分析基坑施工对铺设轨道产生的影响。

该次模拟选取临近基坑北端边线111 m范围的城轨隧道作为受不利影响的研究对象，在整体道床顶面钢轨铅垂投影线上每隔0.6 m的倍数提取一个变形值。

基坑开挖至坑底时，整体道床钢轨轨向位移差值的最大值和估算的相应最大轨向变形率均出现在城际左线盾构隧道内左股钢轨，最大变形量为0.182 mm，最大轨向变形率为0.0061%。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202—2013），轨道轨向高差有2 mm的预警值和4 mm的控制值，可得计算得到的轨道轨向高差小于控制值。

基坑开挖至坑底时，城轨轨道左线的轨道总体横向位移（变形）最大值为0.191 mm。根据规范可知既有珠机隧道结构处于安全状态。

5 基坑开挖对围护结构的影响

在软土地区，基坑开挖过程中的卸荷作用引起了坑外土体产生向坑内移动趋势，从而引起基坑围护结构发生水平方向变形。该次分析从围护结构在水平X方向的位移和Y方向上的弯矩来进行数据分析，研究湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖对其围护结构的影响。

5.1 围护结构位移结果分析

湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖过程，基坑围护结构的X方向最大位移值结果如表4所示。

表4 基坑开挖过程围护结构X方向最大位移值汇总表

由表4可知，随着基坑的开挖进程，其围护结构往基坑内部发生明显位移，且围护结构X方向的位移不断增大。其中，围护结构X方向最大位移为6.48 mm，发生于开挖至基坑坑底时。根据《建筑基坑工程技术规范》（DBJ/T15—20—2016）中，各施工过程引起的一级基坑围护结构水平位移均应小于限值30 mm，故基坑围护结构处于安全状态。

5.2 围护结构弯矩结果分析

湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖过程，基坑围护结构的Y方向弯矩极值结果如表5所示。

表5 基坑开挖过程围护结构Y方向弯矩极值汇总表

由表5可知，随着基坑的开挖进程，基坑围护结构Y方向的弯矩不断增大。其中，围护结构Y方向最大弯矩为223.8 kN·m，发生于开挖至基坑坑底时。

6 安全防护及危害处理措施

湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建的基坑项目（以下简称“该项目”），主要采用D120@150钻孔灌注桩+高压旋喷桩的围护止水桩墙。该基坑工程存在以下特点：①局部（钢板）围护桩与其正下方隧道正交；②该工程施工诱发基底隆起及盾构隧道产生过度变形等问题的风险。该文结合该工程特点提出了如下安全预防及危害处理措施建议。

（1）成立由该项目和邻近既有珠机城际工程项目的业主、施工方(承建方等)、设计方、监理方，以及监控或监(检)测方等组成的项目领导小组，负责协调、应急预案制定、施工风险管控等具体工作。

（2）及时进行该项目涉及的既有工程和该项目(既有、待实施)工程的联测、核实工作，尽快核对、调整、补充该工程施工图设计中的工程桩、地基加固、土方施工与基坑封底以及基础等，与邻近既有城际隧道工程的实际平面图与空间关系图。

（3）加强该项目工程桩的施工风险管控。1）在既有盾构隧道上方，严禁冲孔桩施工。2）对于既有盾构隧道侧向邻近的工程桩施工，工程桩与隧道之间的水平净间距不小于3.0 m；当水平净间距不满足隧道保护规定要求时，相关方应及时协商并确定能保护邻近隧道的工程桩施工方案。3）对于既有隧道正上方工程桩，工程桩桩底至隧道结构的最小竖向间距，与隧道结构形式、桩的形式及其施工参数等有关；由相关方基于工程类比、协商或者试桩等方式，确定工程桩桩底至隧道结构的最小竖向间距。

（4）加强该项目基坑工程的(坑底)地基加固、坑底过度变形等施工风险管控。1）坑底下方既有隧道地基加固涉及的隧道上方与两侧之保护范围，与地基加固方式及其施工参数等有关；由相关方基于工程类比、协商或者参照工程桩与隧道之间的水平净间距不小于3.0 m的保护规定，确定隧道周围的保护范围。2）该项目湾仔南U调头隧道的明挖基坑施工，尤其应该加强坑底过度变形等施工风险管控。采用适当留核心土、控制开挖长度或宽度以及快速可靠封底等技术措施，控制坑底过度变形诱发城轨工程相应变形风险的发生。

（5）主要借助于对既有城轨隧道的监控和巡查，加强该项目施工可能诱发工程产生过度变形的施工风险管控，尤其应该高度关注湾仔南U调头隧道的明挖基坑施工风险。1）按规定或协商约定，在既有城际隧道结构、轨道板等上布置监(检)测断面，进行收敛变形、沉降、管缝张开等监(检)测。2）加强洞内隐患病害的巡查，把控管片结构的渗(漏)水、错台、开裂等状态的时空变化情况。

（6）制定合理应急预案。针对该项目施工期间，洞内难以架设临时型钢支撑加固的客观情况，可考虑采用洞内压载、洞内注浆加固、坑内压载等措施进行隧道保护。

（7）预防台风暴雨可能诱发该项目基坑施工风险，加强基坑排水措施，杜绝因浸水软化坑底地层进而诱发隧道过度变形。

7 结束语

鉴于该项目实体工程施工的大环境由“珠机城际铺轨前的工况”，几乎不可避免地变更为“珠机城际铺轨后的工况”的客观事实，该研究采用Midas/GTS仿真平台，建立三维计算模型，对湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑的设计施工引起的珠机城轨隧道与基坑围护结构的力学特性及土层位移变形特性进行了分析，得到的主要结论如下：

（1）湾仔南调头隧道与天一居人行地道共建基坑开挖过程，由于坑底土体隆起，珠机隧道结构发生较明显的上浮。同时，珠机隧道结构产生的Z方向的位移极值和Y方向的弯矩极值均小于安全限制，最大管片接缝张开量也小于盾构管片接缝张开量的控制值2.0 mm，即基坑开挖过程盾构隧道结构处于安全状态。

（2）随着基坑的开挖进程，基坑围护结构往基坑内部发生较明显的位移，同时围护结构X方向的位移和Y方向的弯矩均不断增大。但基坑施工引起的围护结构位移极值小于安全限值，故基坑开挖过程其围护结构处于安全状态。

（3）基坑开挖至坑底时，对轨道的变形影响最大，城轨轨道左线左股的轨向位移(变形)最大，总体最大位移为0.182 mm，预估最大轨向变形率为0.0061%；城轨轨道左线的轨道横向位移(变形)最大值为0.191 mm。均小于规范中2 mm的预警值和4 mm的控制值，故既有珠机隧道结构处于安全状态。

（4）建议制定合理应急预案，针对湾仔南调头隧道与天一居人行地道施工期间城轨隧道洞内难以架设临时型钢支撑加固的客观情况，可考虑采用洞内压载、洞内注浆加固、坑内压载等措施进行隧道保护。

（5）为保证下穿车行隧道与人行地道共建顺利推进，基坑明挖施工时尤其要加强坑底过度变形等施工风险管控。采用适当留核心土、控制开挖长度或宽度以及快速可靠封底等技术措施，控制坑底过度变形诱发城轨工程相应变形风险的发生。