城市综合管廊下穿隧道埋挖设计思考

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摘要：早期市政道路下地下空间的利用多以满足交通功能的下穿隧道为主，为提高行驶舒适性，下穿隧道多占用地下10米内空间，以减少隧道的引道长度，近年来随着城市综合管廊的飞速发展，城市综合管廊建设与既有地下构筑物经常存在交叉。本文结合东山变进出线地下综合管廊工程（一期），根据工程实例分析，探讨城市综合管廊下穿既有隧道的设计，从平面、纵断面、横断面、浅埋暗挖结构、施工工序及既有隧道保护等内容进行简要论述。

关键词：城市综合管廊；既有隧道；浅埋暗挖法；设计思考

引言

近年来地下空间的利用被充分重视，早期城市公共地下空间利用多以下穿隧道为主，实现交通快速过境，以加强交通功能为目的。现如今下穿隧道、轨道交通、城市综合管廊、地下停车场等地下构筑物不断涌现，大家重视地下空间的开发，但各类型的地下构筑物在规划、设计及实施过程中，难免会出现地下空间的交叉，而且多是新建构筑物下穿既有地下构筑物。本文借东山变进出线地下综合管廊工程（一期），研究综合管廊采用浅埋暗挖法下穿既有隧道结构，浅埋暗挖法可避免既有隧道被拆除，不影响地面及隧道的交通。通过本项目的论述，研究综合管廊下穿既有隧道，为国内类似工程的设计提供经验。

1依托工程概况

东山变进出线地下综合管廊工程（一期）位于厦门市翔安区，在翔安南路与翔安东路交叉口处下穿翔安东路，为确保道路及隧道交通畅通不中断，设计采用浅埋暗挖法下穿既有隧道，下穿翔安东路综合管廊呈东西走向，与翔安东路呈71°，下穿翔安东路地面辅道及既有下穿隧道，起终点桩号AK2+840.5～AK2+930.3，总长89.8m，综合管廊采用电力舱+综合舱双舱布置，断面净宽6.3米、净高4.2m。综合管廊下穿既有隧道平面如图1。根据翔安东路竣工图资料，现状道路宽度70m，既有下穿隧道位于道路中部，隧道宽度25m，高度7.9m（含结构厚度），隧道埋深8.29～9.26m，隧道采用明挖暗埋法施工，基坑采用冲孔灌注桩支护，桩底标高位于隧道底板标高以下6m。道路内既有管线包含D600雨水管、D800雨水管、D800给水管、D400天燃气管道及路灯、交通、有线电视等管线。为确保道路、管线及隧道畅通，综合管廊拟下穿翔安东路及既有隧道，综合管廊穿越主要地层为素填土、粉质黏土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩及碎块状强风化花岗岩。

2工程特点

（1）现状车行隧道占用地面以下十米范围内的地下空间，综合管廊需从既有隧道下方穿过，工程设计需围绕如何保护既有隧道，控制施工过程安全。（2）综合管廊所处的工程环境决定了结构须下穿既有隧道，为控制综合管廊埋深，同时兼顾受力合理性，设计采用微拱形直边墙结构断面。为确保隧道通行，需采用浅埋暗挖法。（3）翔安东路隧道位于翔安东路与翔安南路互通范围内，周边地块均在开发，超限施工车辆多，交通繁忙。（4）道路内既有管线包含D600雨水管、D800雨水管、D800给水管、D400天燃气管道及路灯、交通、有线电视等管线，施工过程中应保证市政管线的正常使用。

3工程设计方案

3.1平纵设计方案

综合管廊下穿翔安东路隧道段平面呈东西走向，与翔安东路呈71°下穿翔安东路地面辅道及隧道。根据现状隧道竣工图资料，隧道变形缝间距20m，平面设计时，考虑综合管廊尽可能从某一节的中部位置下穿，避免从变形缝位置下穿，有效控制沉降。因翔安东路西侧厦门安防职业学院用地红线受限及地面匝道桥桥墩的影响，综合管廊无法仅穿一节隧道，从隧道的第一节与第二节变形缝处下穿。下穿隧道段平面线形为直线，该布置便于超前措施的实施。综合管廊纵断面布置受既有隧道限制，在通道底部下穿，纵断面的布置考虑管廊顶与通道垫层底部之间预留超前支护施工空间，预留空间80cm，最终确定的管廊覆土为12.24m～13.38m（距离现状地面）。为便于超前支护的定位及实施，综合管廊纵坡采用0.1%单向坡。

3.2结构设计方案

（1）支护结构参数设计沿用新奥法基本原理，采用“先柔后刚”复合式衬砌结构体系，即“初期支护+二次衬砌”。初期支护按承担全部基本荷载设计，二次衬砌作为安全储备，支护参数根据地质条件、埋深情况、结构跨度及施工方法等因素，通过工程类比法确定，然后综合应用有限元分析，对施工过程进行模拟分析，定性的掌握围岩及结构的应力发展、变形与破坏过程，再进一步调整支护参数，最后采用荷载-结构-弹性抗力计算模式，对结构进行内力计算、分析及强度校核；体现“动态设计、过程控制”的理念，施工中重视现场监控量测分析，及时调整支护参数，实现动态设计、信息化施工。综合管廊支护参数如表2。（2）二衬静力验算综合管廊最不利覆土厚度13.5m，本管廊的宽度接近两车道隧道，设计偏保守取值，二次衬砌承载比例取值60%。本结构计算方法采用荷载-结构法，采用MidasGTSNX限元软件进行结构强度分析。综合管廊模型如图2.根据规范对支护结构之上可能出现的荷载，按照承载能力状态和正常使用极限状态进行组合，取最不利组合进行验算。设计取基本组合Ⅰ(QZH-Ⅰ)用于正常使用极限状态的校核，基本可变荷载组合Ⅱ（QZH-Ⅱ）、偶然荷载组合Ⅳ（QZH-Ⅳ）用于承载能力极限状态校核。综合管廊基本组合弯矩、轴力及剪力。隧道支护结构按承载能力极限状态校核时，采用分项系数设计表达式进行验算。通过验算满足《公路隧道设计细则》（JTG/TD70-2010）10.4.4条款安全系数要求；支护结构按正常使用极限状态校核时，最不利截面为底板边部，此时计算裂缝宽度ω=0.157mm，配筋率ρ=1.689%。因此从计算结果看，设计选取的计算参数较为合理。

3.3下穿既有隧道控制措施

既有隧道是影响综合管廊竖向标高的主要节点，现状隧道底板底标高+20.07m，管廊从隧道底下穿，控制管廊初期支护与通道的净间距，按照0.8m预留出管棚注浆及施工空间，尽量减小两结构间的净间距。现状通道全高7.9m、全宽27.5m，通道为两孔闭合框架结构，其中左边孔净宽14.25m，右边孔净宽10.25m。通道底板厚1.2m，侧墙及顶板厚度1.0m，中墙厚度0.5m，采用C40钢筋混凝土结构。隧道侧墙及底板变形缝采用中埋式止水带+背贴式止水带，顶板采用中埋式止水带止水；原隧道设计为了防止过度变形，侧墙及顶板均设置φ28@400剪力筋。针对既有隧道的情况，综合管廊下穿既有隧道控制措施如下：（1）在拱顶采用加钢筋笼的φ133×6.5mm超前大管棚，管棚环向间距20cm，超前大管棚可有效支撑通道结构体，控制沉降。（2）下穿既有隧道段掌子面采用全断面注浆，控制掌子面失稳引起的过度沉降。（3）综合管廊位于残积砂质粘土、强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩，采用机械开挖，减少对既有隧道的影响。施工工法采用CD法开挖，导坑纵向间距宜保持在2D（D为导坑开挖跨度），每个导坑采用全断面或微台阶法开挖，一次性开挖进尺宜按一榀钢架间距控制。（4）隧道开挖后立即架设初期支护，做到“随挖随护”。初期支护背后及时回填注浆，以减少地层沉降变形。（5）常规暗挖法隧道临时支护拆除是在初期支护闭合成环之后，为严格控制变形，设计中提出了单导洞（带中隔墙侧）二衬提前封闭，二衬封闭后拆除临时侧壁。（6）施工期间对既有隧道沉降、拱顶下沉、净空收敛等加强监控，制定详细的信息传递系统，根据量测数据及时施作二次衬砌结构。

4结语

（1）对于下穿既有隧道的浅埋暗挖管廊，可借鉴的案例较少，通过设计评审优化及后续施工的跟踪，得出合理的结构参数及支护措施，为国内类似工程的设计提供经验。（2）下穿既有隧道浅埋暗挖平面设计时，优先考虑避开既有结构变形缝。（3）浅埋暗挖法施工具备施工占地较少、不拆除地面（地下）构筑物、交通干扰较小、管线拆迁量少等优点，在既有路段进行地下空间开发时可优先选用。（4）监控量测是浅埋暗挖法施工必不可少的程序，是确保设计合理性和施工安全性的重要手段，通过监测了解构筑物、地层与支护结构的动态变化，评价其安全性及稳定性。监控量测的结果弥补理论分析的不足，修正后的支护参数及采取的控制措施方能作为可借鉴的案例。

参考文献

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[3]王世君叶雅图.广州某矩形隧道下穿既有隧道设计与施工[J].施工技术.第39卷第9期.

[4]万良勇,宋战平,曲建生,宋云财.新建地铁隧道"零距离"下穿既有车站施工技术分析[J].现代隧道技术.第52卷第1期.

作者：池哲源 单位：福州城建设计研究院有限公司厦门分公司