襄陽漢江沉管隧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

任耀譜

摘 要：襄陽漢江沉管隧道為華中區(qū)域首條沉管隧道。項(xiàng)目所在位置河床演變?yōu)橛袥_有淤。通過對壓砂法和先鋪碎石墊層法比選，結(jié)合裝備開發(fā)成果，基礎(chǔ)墊層選擇先鋪卵石墊層法。對岸堤及江中基底荷載較大段，采用管頂減載的方法，有效控制了最大沉降及差異沉降。

關(guān)鍵詞：沉管隧道;基礎(chǔ)設(shè)計(jì);碎石墊層;減載

中圖分類號：U452 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）06-0107-03

1工程概況

魚梁洲為漢江流域最大江心洲，為襄陽市“一心四城”城市格局的核心。襄陽市東西軸線道路工程是聯(lián)系樊城與東津新城中心區(qū)的交通大通道，采用隧道下穿魚梁洲，保護(hù)魚梁洲“水青洲綠”的生態(tài)景觀。

襄陽東西軸線道路工程魚梁洲段隧道全長5400m，采用沉管方案兩次下穿漢江，沉管段總長1011m。西汊布置4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)（86.5m×4）和1節(jié)短管節(jié)5m，總長351m。東汊布置6節(jié)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)（120.5m×4+86.5m×2）和1節(jié)短管節(jié)5m，總長660m。

隧道采用設(shè)計(jì)車速60km/h的雙向六車道城市快速路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，隧道建筑限界凈寬12.25m。隧道結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土，整體式管節(jié)，橫斷面寬31.2m，高9.2m。

2建設(shè)條件

2.1地質(zhì)條件

西汊沉管段主要分布有②-2a ， ②-2b粉細(xì)砂層，③層卵石混圓礫，③-1圓礫層。隧道底基本位于③層卵石混圓礫，③-1圓礫層之上。東汊沉管段主要分布有②-2a ， ②-2b粉細(xì)砂層，③層卵石混圓礫，③-1圓礫層。隧道底基本位于③層卵石混圓礫，③-1圓礫層之上。

②-2a粉細(xì)砂（Q4al+pl）：灰褐色，松散，飽和，主要成份為石英、長石及少量云母，質(zhì)較純。揭示層厚0.65～13.80m。

②-2b粉細(xì)砂（Q4al+pl）：灰褐色，稍密，飽和，主要成份為石英、長石及少量云母;質(zhì)較純。揭示層厚0.50～11.25m。

③卵石混圓礫（Q4al+pl）：黃褐色～灰褐色，中密～密實(shí)，飽和，卵石含量約51%，粒徑主要為2-6cm;成份為石英巖及燧石，磨圓度中等，呈次圓狀;充填物主要為粉細(xì)砂及黏性土，局部夾少量圓礫和漂石。揭示層厚5.2～26.90m。

③-1圓礫（Q4 al+pl）：灰色、灰黃色，中密～密實(shí)，飽和，含68%左右礫石，粒徑主要為0.2～2cm，礫石成份主要為石英巖、燧石，磨圓度中等，充填物主要為粉細(xì)砂和黏性土。揭示層厚0.80～20.3m。

2.2河床演變

在各典型年水沙條件的作用下，工程河段的河勢仍較為穩(wěn)定，雖然河床有沖有淤，但總體仍呈淤積趨勢。河床的淤積主要集中在灘地上;河床的沖刷則位于河道主槽。

3 沉管基礎(chǔ)墊層設(shè)計(jì)

3.1沉管基礎(chǔ)墊層比選

沉管隧道基礎(chǔ)墊層設(shè)計(jì)按處理方法大致可分為先鋪法和后鋪法兩大類。先鋪法主要是指碎石整平墊層，后鋪法有噴砂墊層、壓砂墊層、壓漿墊層等，其中壓砂法工程案例較多，工藝較為成熟。本項(xiàng)目重點(diǎn)對碎石整平墊層和壓砂法進(jìn)行比選。

壓砂法是指在沉管沉放對接后，通過預(yù)留的壓砂孔，向基底壓注砂水混合物，形成一定大小的砂積盤，通過相互重疊的砂積盤，最后將沉管下面的空隙填滿，形成基礎(chǔ)。壓砂法主要優(yōu)勢為：設(shè)備簡單，不需要大型船機(jī)設(shè)備;可采用管內(nèi)灌砂，水上作業(yè)時間短;沉管沉放后，才進(jìn)行墊層施工，避免回淤對墊層影響。主要缺點(diǎn)為：施工工藝要求較高，需控制孔口壓力和擴(kuò)散半徑，既要保證墊層密實(shí)，又要避免上托力抬高沉管;填充效果檢測困難;地震情況下，砂可能液化;鋪設(shè)的砂層在波浪、海流流速達(dá)到臨界值后易受到?jīng)_刷的影響;填砂的過程中，管節(jié)支撐在支座上，未鎖定回填，需選擇合適的天氣窗口[1]。

先鋪碎石墊層由于可采用大型專用整平設(shè)備機(jī)械化施工，具有可控性好、精度高、工期短、工效高、抗液化的優(yōu)點(diǎn)[2]。其主要缺點(diǎn)為：內(nèi)河流域不適宜采用大型船機(jī)設(shè)備;墊層施工完成與沉管沉放開始的時間段，容易受回淤影響;造價偏高。本項(xiàng)目研發(fā)了適用于內(nèi)河流域的整平船，并利用基槽及基坑開挖的卵石作為墊層原材料以降低造價，彌補(bǔ)了先鋪碎石墊層的缺點(diǎn)。經(jīng)綜合比選，第一次在內(nèi)河沉管隧道中采用先鋪卵石墊層。

3.2沉管基礎(chǔ)墊層設(shè)計(jì)

沉管隧道墊層的厚度主要由基槽高程施工偏差容忍能力、隧道結(jié)構(gòu)對地基剛度縱橫向變化容忍能力等方面的要求決定。經(jīng)試驗(yàn)研究，并結(jié)合國內(nèi)外同類工程經(jīng)驗(yàn)，隧道墊層厚度確定為80cm厚，考慮基槽開挖精度，墊層下方設(shè)置0～40cm厚調(diào)平層。卵石墊層頂面最終標(biāo)高與隧道各管節(jié)結(jié)構(gòu)底標(biāo)高一致。卵石墊層設(shè)置V形槽，縱斷面鋸齒形，平面S型鋪設(shè)。卵石墊層頂橫向?qū)挾?5.2m（結(jié)構(gòu)寬31.2m+結(jié)構(gòu)外緣線兩側(cè)各預(yù)留2m），單壟頂縱向?qū)挾?.2m，V型槽頂縱向?qū)挾?.6m，管節(jié)間大槽頂寬3.1m。卵石壟邊坡坡率暫按1：1.5設(shè)計(jì)，實(shí)際按自然休止角成形?；A(chǔ)卵石壟溝布置見圖1。

4 沉管基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

隧道基礎(chǔ)位于隧道結(jié)構(gòu)下方，主要功能是承受來自隧道結(jié)構(gòu)自身、回填、管頂防護(hù)層、防沖刷保護(hù)層以及回淤、行車等荷載，為隧道結(jié)構(gòu)提供均勻可靠的剛度支撐，并控制基礎(chǔ)總沉降與不均勻沉降，以滿足隧道沉管節(jié)段、暗埋段間的協(xié)調(diào)變形，使隧道結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下因地基變形引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形在可承受范圍之內(nèi)。

4.1 沉管基礎(chǔ)沉降標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合分析計(jì)算，采用8cm作為沉管沉放后總沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)管節(jié)接頭剪力鍵的承載能力及差異沉降分析，采用3cm及L/1000作為縱向差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 沉管初始沉降計(jì)算

隧道沉降計(jì)算考慮的荷載主要為：沉管結(jié)構(gòu)荷載、沉管結(jié)構(gòu)受到的浮力、隧道頂部防護(hù)層、防沖刷保護(hù)層、隧道兩側(cè)回填產(chǎn)生的向下拖曳作用、回淤荷載、隧道內(nèi)汽車荷載。防沖刷保護(hù)層為按卵石回填考慮?；赜俑叨劝春哟裁媾c回淤線高差考慮。東汊沉管基底荷載見圖2。

從圖中可知，兩端岸堤處，尤其是東津端，基底荷載較大，東津端沉管終點(diǎn)處基底荷載達(dá)到216.7kPa。東汊沉管中部水深較淺、回淤嚴(yán)重區(qū)，基底荷載也較大。

由于沉管基底主要為卵石、圓礫層，沉管沉放后的沉降主要由卵石墊層和卵石調(diào)平層的壓縮量、土體的回彈再壓縮沉降兩部分組成。對卵石墊層和卵石調(diào)平層按分層總和法計(jì)算，對土體按基于室內(nèi)壓縮試驗(yàn)指標(biāo)的e-logp曲線方法進(jìn)行計(jì)算?；壮两狄妶D3。

從圖中可知，由于基底地層較為均勻，沉降變化趨勢與荷載變化趨勢較為一致。最大沉降值為112mm，位于東津端沉管終點(diǎn)處。最大差異沉降同樣位于東津端沉管終點(diǎn)處，達(dá)59mm。由于沉降及差異沉降值偏大，需考慮處理措施?；字饕獮槁咽?、圓礫層，局部為粉質(zhì)黏土層，地基處理工序較為復(fù)雜，且對地基沉降控制效果有限。本項(xiàng)目主要考慮通過管頂上部減載來控制沉降。

4.3 減載處理后沉管沉降

減載方案為：東汊沉管在兩處岸堤K13+325～K13+360、K13+940～K13+990.8，漢江東汊淤積段K13+604～K13+685設(shè)置管頂減載。減載寬度均取與沉管結(jié)構(gòu)同寬，減載材料均采用密度13～14kN/m3的輕質(zhì)砼。對于岸堤處減載高度取護(hù)面層回填至河床面，對于江中水深較淺段，減載高度為護(hù)面層回填至沖刷線之間，避免影響河床沖刷，影響防洪。

采用減載處理后，最大沉降及差異沉降均得到了有效控制，最大沉降位于沉管中部，沉降值為69mm，最大差異沉降控制在了16mm。沉降滿足沉降標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

在襄陽沉管隧道項(xiàng)目中，經(jīng)綜合比選，結(jié)合裝備開發(fā)，基礎(chǔ)墊層在內(nèi)河流域首次采用先鋪卵石法。受上下游水庫的影響，河床演變具有既沖又淤的特點(diǎn)，針對這一特點(diǎn)，對岸堤及江中基底荷載較大段，采用了管頂減載的方法，有效地控制了最大沉降及差異沉降。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳韶章，任孝思，陳越.珠江沉管隧道基礎(chǔ)處理技術(shù)[J].世界隧道.1996.（6）：34-39.

[2] 王勇.深埋沉管隧道基礎(chǔ)碎石墊層變形特性試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué).2015.12（36）：3387-3392.