浅埋暗挖隧道下穿房屋段结构方案设计

臧延伟 章立峰 吴向东

1 概述

该浅埋暗挖城市隧道下穿房屋段结构设计是整条隧道工程结构设计的关键节点。隧道计算行车速度50km/h,隧道横断面净宽:1.0 m(检修道)+0.5 m(右侧侧向宽度)+3.75 m×2(车行道)+0.5 m(左侧侧向宽度)+1 m(检修道)=10.5 m,隧道净高5.0 m。洞挖宽度达13.4 m,高度10.4 m。隧道对邻近建筑物及其他各种地基的影响是不可避免的[1]。隧道穿越既有楼房施工难度较大,在开挖、支护和衬砌施工过程中要严格控制地表和拱顶沉降特别是地表沉降,若控制不好造成楼房出现裂缝或下沉影响使用造成安全隐患,后果将不堪设想[2]。

2 工程地质水文情况

隧道在K1+240～K1+295范围内下穿房屋。建筑物基础均为扩大独立基础,基础埋深为1.5 m。根据工程地质钻探钻孔揭露,主要分布的岩土层由上至下有:隧道上覆①素填土,洞身段主要穿越②火山岩残积土、③砂砾状强风化火山岩、④中风化火山岩、⑤微风化火山岩,基底下伏⑤微风化火山岩。地质埋深10.2 m以下为微风化火山岩。

拟建场地地下水主要赋存于②残积土中及赋存于强～中风化岩体(③～④)中,主要接受大气降水及场地外围地下水侧向补给,含水层属弱透水、弱含水层。勘察期间测得钻孔中混合地下水水位为1.4 m～2.3 m。

3 下穿房屋段结构方案设计

根据以往的工程实践,并结合隧道的平纵断面设计图(K1+240～K1+295)及综合考虑地质状况,隧道下穿房屋段衬砌结构设计采用复合式衬砌。为了控制房屋建筑沉降、降低房屋建筑的振动速度(根据规程规范并考虑影响居民因素确定,不超过1.5cm/s),保障施工安全,隧道支护断面参数见表1。隧道下穿房屋段主要措施设计如下。

表1 隧道结构衬砌支护参数表

3.1 房屋地基加固措施

地面采用φ 108钢花管,L=18 m,@0.8 m×0.8m,梅花形布置,与地面倾斜成30°,注浆加固房屋地基基础,两侧施作水泥封堵墙,防止水泥跑浆,并控制隧道开挖影响范围。

3.2 隧道合理埋深的确定

考虑围岩“上软下硬”条件下,隧道开挖施工难度很大。该处隧道设计考虑隧道拱顶位于软硬地层分界线1.5 m以下,隧道开挖爆破影响作用下,1.5 m厚微风化火山岩对隧道结构起到保护作用,同时对地面房屋的沉降、振动起到控制作用。

3.3 隧道防排水设计

考虑下穿房屋处地下水位较高,该段隧道考虑采用全包防水,防止地下水位长期下降引起房屋不均匀沉降,影响房屋建筑结构。

3.4 隧道结构设计

1)采用全断面帷幕注浆止水,加固围岩,封闭洞周围岩的主要水流通道。2)采用超前大管棚超前预支护,管棚采用φ 108×8mm无缝钢管,管棚环向间距30cm,管棚内注浆加固围岩并增加管棚刚度。3)初期支护采用全封闭式30cm厚C25喷射混凝土,内设双层钢筋网,网格间距15cm×15cm,并以Ⅰ22b工字钢作为初期支护的加强措施,型钢间距 50cm。洞周径向设置4.0 m长φ 42×4mm系统小导管,按照环纵间距75cm×50cm梅花形布设。喷射混凝土施作完毕后,采用短管注浆填充初期支护背后空隙。4)采用双层初期支护,第二层初期支护为30cm厚C25钢格栅喷射混凝土,保证拆撑施作二衬过程的围岩稳定,钢格栅采用φ 28主筋,格栅拱排距50cm,与喷射混凝土内型钢间隔布置。二次衬砌采用60cm厚C30钢筋混凝土,为提高二次衬砌的整体性及防水性能,严格要求整体模筑。

3.5 监控量测

根据类似城市隧道工程经验,控制该区建筑物变形安全的主要指标有:建筑物的沉降、不均匀沉降和开裂[3]。该工程实施需加强监控量测工作,把施工过程中的动态变化始终纳入可控的管理体系之中,以便随时采取补救措施,建立健全监控量测预警制度,严格控制隧道上方建筑物及道路沉降量,确保隧道施工安全。制定各项安全指标——预警值、报警值和控制值。

4 下穿房屋段施工方案设计

该段施工采用CRD工法分四块开挖,辅以控制爆破措施,严格控制循环进尺,及时支护,有效控制地表建筑物及路面的沉降,保障施工安全。通过爆破炮眼合理设计,并在下穿房屋前反复试验,针对地面振动速度进行量测,调整爆破参数控制地面振动速度不超过1.5cm/s,不但可保证地面建筑物结构安全,也可使得噪声处于居民可接受的范围,体现“以人为本”思想,确保工程顺利进行。

采用控制爆破设计降低爆破地震波的破坏作用,保证地面建筑物的安全,即减震控制爆破。爆破后可沿岩体的切割面(或称爆裂面)应具有一定的平整度[4]。控制性爆破参数拟定如下:孔深:掏槽眼及底板眼 L=1.0 m,周边及掘进眼 L=0.85 m;孔径:d=42mm;掏槽方式:中空直眼掏槽,直眼浅孔爆破;周边眼间距:a=35cm～40cm;辅助眼间距:a′=(1.1～1.8)W;光爆孔抵抗线:W=40cm～45cm,E=a/W=0.8～1.0;周边眼线装药密度:q=150 g/m～200 g/m;装药结构:周边眼采用φ 20药卷不耦合装药;掏槽眼及掘进眼采用φ 32药卷连续装药;堵塞:采用黄泥堵塞,堵塞长度不小于30cm;起爆方法:非电毫秒差起爆。

初步控制性爆破方案见图1,详细参数将根据开挖前试验段地面振动速度不超过1.5cm/s对应的爆破参数调整。

5 结语

在围岩“上软下硬”复杂地质条件下,城市浅埋暗挖隧道下穿房屋段施工难度大,本文提出以上切实可行的结构设计方案,可为以后类似工程提供参考借鉴。

[1] 钟慧民.地铁隧洞下穿高层建筑施工技术[J].西部探矿工程,2007(2):78-79.

[2] 王新家.公路隧道从既有楼房下穿越施工技术[J].西部探矿工程,2006(2):45-46.

[3] 王新家.浅埋大跨隧道下穿建筑物时的变形控制标准[J].都市快轨交通,2008,21(6):127-128.

[4] 杨新江.下穿危房区和高楼群的浅埋隧道的控制爆破技术[J].铁道建筑,2003(2):18-19.