崗頭河綜合整治一期工程坂雪崗大道箱涵涉鐵段設(shè)計(jì)方案

戴 晶

（深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司,廣東 深圳 518000）

隨著中國城市化的發(fā)展使得城市交通需求越來越大,地鐵以其節(jié)省城市有限土地資源、載客量大、通勤時(shí)間短、污染小等優(yōu)點(diǎn),在一線和省會(huì)城市備受青睞,目前全國已有39 座城市擁有地鐵。河流水系是城市重要的排水通道,為區(qū)域高程低點(diǎn),導(dǎo)致部分地鐵隧道穿越城市河流段,河道工程的施工,會(huì)對(duì)鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)造成一定程度上的擾動(dòng),從而影響鄰近地鐵隧道的受力狀態(tài)。地鐵作為城市人民群眾重要的出行方式,社會(huì)影響極大,如果地鐵隧道受力及變形狀態(tài)變化較大,則極有可能引起隧道的坍塌,甚至危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文以崗頭河坂雪崗大道箱涵涉地鐵10 號(hào)線為研究對(duì)象,探討涉鐵箱涵設(shè)計(jì)及施工方案。

1 工程概況

崗頭河綜合整治一期工程位于深圳市龍崗區(qū)坂田街道境內(nèi),河道按50 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治,河道整治范圍為崗頭河五和大道箱涵出口至坂雪崗大道箱涵進(jìn)口,整治長度1.785 km；黑臭水體治理范圍為五和大道下游段水質(zhì)凈化廠二期工程至象角塘村,總長度為2.703 km。施工內(nèi)容包括河道整治工程、水體消黑除臭、截污工程、補(bǔ)水工程、管線遷改工程、景觀工程、交通疏解工程、水土保持工程[1]。

本次研究對(duì)象位于崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號(hào)線交叉段,該段箱涵原設(shè)計(jì)方案為拆除現(xiàn)狀4.0 m寬×3.1 m高×2 孔箱涵,重建凈空尺寸為4.5 m寬×4.5 m高×3 孔箱涵,地鐵左線隧道頂部距箱涵底部最小距離3.82 m,地鐵右線隧道頂部距箱涵底部最小距離3.85 m,計(jì)劃于10 號(hào)地鐵線通車運(yùn)營前施工完畢,由于箱涵施工進(jìn)度滯后,現(xiàn)地鐵右線隧道上部箱涵已施工完畢,當(dāng)施工地鐵左線隧道上部箱涵時(shí),基坑開挖至舊箱涵漏出地面時(shí),地鐵出現(xiàn)上浮現(xiàn)象,上浮約4.2 mm（根據(jù)深圳市地鐵集團(tuán)有限公司發(fā)布的《地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》（2018 年版）檢測(cè)數(shù)據(jù)5 mm預(yù)警,8 mm報(bào)警,10 mm上限允許值）,在得知地鐵10 號(hào)線即將在下個(gè)月通車運(yùn)營消息后,該施工段被深圳市質(zhì)監(jiān)站叫停,要求停止施工,并對(duì)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。涉地鐵左線隧道段箱涵總長70 m。

根據(jù)工程勘察成果,坂雪崗大道箱涵涉鐵段地層自上而下分別為為素填土層、沖填土層、礫砂層、礫質(zhì)粘性土層等。其中：素填土層厚4.5 m,距離地面4.5 m；沖填土層厚1.1 m,距離地面5.6 m；礫砂層厚3.9 m,距離地面9.5 m；礫質(zhì)粘性土層厚10.8 m,距離地面20.3 m。箱涵埋深約7.15 m,地鐵隧道埋深約10.95 m,河道箱涵位于礫砂層,地鐵隧洞位于礫質(zhì)粘性土層。

2 河道箱涵與地鐵左線隧道交叉段設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)狀箱涵尺寸為4 m寬×3.1 m高×2 孔,僅滿足5 年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)過流要求,而河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。施工地鐵左線隧道時(shí)因河道箱涵下部地鐵即將通車,為保障地鐵10 號(hào)線安全運(yùn)營且河道過流斷面能滿足50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)要求,通過技術(shù)手段優(yōu)化地鐵左線隧道上部箱涵設(shè)計(jì)方案[2]。

（1）為避免大開挖造成地鐵隧道繼續(xù)大幅上浮,箱涵與地鐵10 號(hào)線左線隧道交叉段70 m范圍內(nèi)保留現(xiàn)狀舊箱涵,待基坑開挖至舊箱涵頂部開始注漿,對(duì)箱涵基礎(chǔ)進(jìn)行加固,且加強(qiáng)對(duì)地鐵隧道的保護(hù)措施。

（2）在舊箱涵兩側(cè)各新建3 m寬×4.5 m高×1 孔箱涵,待新建箱涵完成后,將舊箱涵頂部拆除加高至與新建箱涵同高。

設(shè)計(jì)方案見圖1。

圖1 箱涵優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3 河道箱涵與地鐵左線隧道交叉段施工方案

3.1 基坑支護(hù)

為避免地鐵隧道繼續(xù)大幅上浮,引發(fā)安全事故,新建箱涵采用分期分段開挖施工,地鐵左線隧道上部段采用U型井支護(hù)、銜接段采用微型樁支護(hù),U型井支護(hù)段分段長度為4.7 m一段。

3.2 分層開挖、等效配重

a.為避免基坑開挖導(dǎo)致地鐵左線隧道繼續(xù)大幅上浮,基坑開挖采用分層開挖,等效配重的方式施工,根據(jù)開挖土層重量計(jì)算,基坑開挖至A模時(shí),在舊箱涵內(nèi)等效配重36.28 t,基坑開挖B1~B7 模時(shí),每開挖一模在舊箱涵上方等效每次增加配重30.70 t,且當(dāng)基坑開挖至B5 時(shí),采用φ325 mm×12 mm厚鋼管對(duì)撐并增設(shè)鋼板支座,橫撐間距2 m設(shè)置一段,鋼管與鋼板采用焊接連接[3]。

b.配重采用預(yù)制混凝土塊(推薦尺寸為0.5 m×0.5 m×0.5 m）。

c.基坑開挖與配重施工同步實(shí)施,且配重重量≥基坑開挖土層重量,每次開挖前應(yīng)根據(jù)前一日變形數(shù)據(jù)調(diào)整等效壓重重量,控制隧道每日變形量不超出正負(fù)0.3 mm。

d.涉地鐵左線隧道段箱涵范圍為距地鐵隧道邊線地鐵隧道凈空兩倍范圍,應(yīng)分段進(jìn)行施工,分段長度為4.7 m,施工順序應(yīng)從兩側(cè)開始向地鐵隧道中間方向施工,施工時(shí)采用豎井進(jìn)行支護(hù),建議左岸按照1/2/3/4/5/6/7順序施工,右岸按照14/13/12/11/10/9/8 順序施工。

e.施工前應(yīng)做好施工方案及施工工序安排,并嚴(yán)格按照相應(yīng)工序施工,禁止超挖、超載,箱涵施工完成后依次有序回填、卸載,待整模箱涵完成后再進(jìn)行下一段箱涵施工[4]。

混凝土塊配重計(jì)算：

式中：m為土層或混凝土塊的質(zhì)量；ρ為土或混凝土塊的密度；v為土層或混凝土塊的體積。

配重混凝土塊塊數(shù)：

式中：N為混凝土塊塊數(shù)（取整數(shù),不足整數(shù)時(shí)向前進(jìn)一位取整）；m土為土層的質(zhì)量；m砼為單個(gè)混凝土塊的質(zhì)量。

U型井支護(hù)分段施工平面圖見圖2, 分層開挖、等效配重見圖3。

圖2 U型井支護(hù)分段施工平面圖

圖3 分層開挖、等效配重示意圖

4 地鐵隧道整體抗浮驗(yàn)算

選取地鐵標(biāo)準(zhǔn)斷面按每延米對(duì)地鐵隧道進(jìn)行整體抗浮計(jì)算,基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求:

式中：G為建筑物自重及壓重之和（G=G1+G2+G3）,5832.90 kN；F為浮力作用值,1699.42 kN；K為抗浮安全系數(shù),取值1.1。

經(jīng)計(jì)算,G/F=5832.90/1699.42=3.43≥1.1,故箱涵建成后地鐵隧道整體抗浮滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

綜上所述,根據(jù)地鐵隧道設(shè)計(jì)資料,結(jié)合在建崗頭河綜合整治一期工程設(shè)計(jì)、施工資料,分析研究崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號(hào)線左線隧道交叉段設(shè)計(jì)、施工方案。崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號(hào)線交叉段施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形會(huì)產(chǎn)生一定影響,但在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工的條件下,不危及地鐵的結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)分析計(jì)算及工程實(shí)踐,本文得出以下結(jié)論：

（1）該工程的開挖過程對(duì)下部地鐵盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)有一定影響,但其變形和位移量均在安全可控的范圍內(nèi)。因此,河道綜合整治工程不會(huì)危及地鐵的結(jié)構(gòu)安全。

（2）箱涵建成后地鐵隧道整體抗浮驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

（3）坂雪崗大道箱涵重建后,將該河段過流能力由5 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),滿足規(guī)劃河道防洪要求。