广州某水利管渠穿过高速公路路基的方案选择

陈曙东，陈继光

（1.广州市白云区水利技术推广服务中心，广东广州510405；2.广东省冶金建筑设计研究院，广东广州510080）

0 前言

较地面以上的工程而言，地下工程的设计与施工的相互联系更加紧密。一个成功的设计必须兼顾到施工的安全性与可行性，其次兼顾经济性。地下工程的设计与施工，更加依赖于岩土条件、水文条件、地下管线、地下构筑物的分布情况，依赖于周边建筑物及其基础条件。在进行地下工程的方案决策前，必须查明这些情况。决策者必须依据这些条件，综合分析与比选后，才能做出正确决策。广州市北部水系建设引水干渠工程与广清（广州至清远）高速交叉就遇到了如何选择穿过方案的问题。

1 工程概况

广州市北部水系建设引水干渠工程，位于与广清高速交叉的位置，方案设计干渠明渠段标准宽度18 m；穿过高速公路路基的变为暗埋段，断面变为净宽8.3 m，净高3.826 m的拱顶矩形箱式断面。箱形断面在高速公路的路堤以下的原状土中，全断面位于中粗砂层中。砂层级配一般，粒径3～5 mm，标贯击数N=14（平均）。地下水位在原地面以下1.5 m左右。地下水主要富存于砂层中，受大气降水或地表水补给，水量丰富。沿管渠轴线，场地地面最低标高6.30 m，广清高速公路主线路基标高12.90 m，收费站匝道标高8.40 m，管渠上游开口段底面标高2.00 m，经1：4坡降到-0.15 m，经0.14%纵坡降至-0.44 m，以1∶4坡升高至1.76 m，变为下游开口段。工程的平面及纵断面见图1。

在方案设计阶段，设计单位推荐的是矿山法施工及明挖施工组合工法。收费站、田心路下的闭口段，覆土厚度3.25～4.55 m，采用矿山法施工；高速公路主线处闭口段覆土大于8.75 m，且不可中断交通，采用矿山法施工；其余段落采用明挖法施工。矿山法施工的掘进断面位于中粗砂层之中，采用的加固措施是拱顶长管棚加超前小导管注浆，掌子面加固采用超前小导管深孔注浆。开挖断面总宽度10.0 m，开挖总高度5.526 m。开挖方式采用双侧壁导洞法，设左右导洞，每个导洞上下台阶开挖，初期支护采用小导管锚杆、格栅钢架、钢筋网及喷射混凝土联合支护。开挖方法及开挖支护顺序见图2。

2 方案的比选

根据地质报告及设计单位的推荐方案，隧道的掘进面大部分位于中粗砂层，其成功的关键在于掌子面深孔注浆与导洞侧壁的小导管注浆，一旦有疏漏，开挖到疏漏点，就会涌水涌砂，高速公路的沉降就会难以控制。

由于本项目场地条件、地质条件极其复杂，下穿高速公路沉降风险相当高，为了高速公路行车的安全，建设单位委托了设计咨询单位。设计咨询单位提出了顶管施工过高速公路的方案。经水利主管部门同意，按照满足引水干渠过流量的先决条件，本项目允许钢筋混凝土箱换为若干条圆形钢筋混凝土管，经过水力计算，可以换为4条内径2.8 m的圆管。

采用顶管方案，需要设置两个竖井，用于放置顶进机械，放管与出土，吊出顶管机头。工作井与接收井设在广清高速收费站以外。顶管方案纵断面及横断面见图3、图4。

2.1 两个方案在施工安全方面的比选

矿山法施工的风险来自于注浆止水的疏漏，其出现的几率在开挖的每一个循环都存在，后果是高速公路塌陷而局部或全部中断交通，极有可能还伴随有交通事故。

顶管法施工的风险来自于顶进过程中遇到机头无法克服的巨石、树桩、铁块等。地质钻孔没有揭露下卧砂层中存在上述异物，顶进中遇到的机会不大。一旦遇到，可在上部开挖临时竖井排除，对高速公路风险是可控的。

2.2 两个方案在施工可行性方面的比选

矿山法与顶管法均为地下工程领域成熟的技术，在本项目环境条件下，两者都具有施工可行性。

2.3 施工工期的比选

采用矿山法施工方案，工地分两大场区，即基坑支护明挖区，矿山法暗挖区。首先是明挖区间施工，明挖基坑施工完毕，再进行暗挖洞口准备，及进洞施工。暗挖施工主要工序包括地层预注浆加固，分区开挖，初次支护，二次衬砌等。采取双侧壁导洞法，分区多；各分区必须保持一定的距离，本工程采用4 m；工序多，工期较长。根据设计方案及施工经验，矿山法暗挖，预计总工期为350 d（明挖段120 d，暗挖段230 d）。

采用顶管法施工，工地也是两个区间，即明挖施工（包括顶管竖井）区间，顶管区间。明挖区间施工工期与矿山法施工的明挖段基本一致，顶管施工较矿山工艺简化很多。本工程采用一套顶管机具，4条管逐条顶进，预计总工期260 d（明挖段120 d，顶管段140 d）。工期比选结果表明顶管法比矿山法具有明显的优势。

2.4 经济性比选

（1）采用矿山法工法的主要工程量（见表1）

（2）采用顶管法的主要工程量（见表2）

表1、表2为两方案不同项目的主要数量。对两表套用相同的分项工程单价,得出矿山法的方案建安费（不含措施费及税费）为2 908万元,顶管方案的建安费（不含措施费及税费）为2 758万元。经济比选表明，顶管方案造价略低，具有经济上的优势。

表1 采用矿山法的工程量

表2 采用顶管法的工程量

3 结语

经过全面而科学的比选，项目建设单位决定采用顶管法施工方案，设计单位对顶管施工方案进行了施工图设计。该项目于2008年9月开始进行围蔽施工，由于工作井与接收井钻孔桩及止水帷幕施工控制不当而出现基坑漏水，耽误部分工期，正式顶管从2009年4月15日开始，采用两套顶管机具，第一条管在出洞后，到高速公路路基之前遇到地下一块铁器，后采用“开天窗”的方法予以排除，之后顶进十分顺利，2009年7月15日全部顶管完工。

地下工程地质条件变异性大，技术复杂性高，施工风险性高，委托专业机构进行设计咨询十分必要。结合工程环境条件，进行多方案的详细比选十分必要，这种比选应该是科学的，实际的，而不能主观先行，人为地“制造”比选的数据。

[1]中华人民共和国交通部.公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]余彬泉,陈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]中国工程建设协会标准.给水排水工程顶管技术规程[S].北京:中国计划出版社,2008.

[4]广州市北部水系建设广清顶管方案设计[Z].广东省建筑设计研究院,2007.