廣州某水利管渠穿過高速公路路基的方案選擇

陳曙東，陳繼光

（1.廣州市白云區水利技術推廣服務中心，廣東廣州510405；2.廣東省冶金建筑設計研究院，廣東廣州510080）

0 前言

較地面以上的工程而言，地下工程的設計與施工的相互聯系更加緊密。一個成功的設計必須兼顧到施工的安全性與可行性，其次兼顧經濟性。地下工程的設計與施工，更加依賴于巖土條件、水文條件、地下管線、地下構筑物的分布情況，依賴于周邊建筑物及其基礎條件。在進行地下工程的方案決策前，必須查明這些情況。決策者必須依據這些條件，綜合分析與比選后，才能做出正確決策。廣州市北部水系建設引水干渠工程與廣清（廣州至清遠）高速交叉就遇到了如何選擇穿過方案的問題。

1 工程概況

廣州市北部水系建設引水干渠工程，位于與廣清高速交叉的位置，方案設計干渠明渠段標準寬度18 m；穿過高速公路路基的變為暗埋段，斷面變為凈寬8.3 m，凈高3.826 m的拱頂矩形箱式斷面。箱形斷面在高速公路的路堤以下的原狀土中，全斷面位于中粗砂層中。砂層級配一般，粒徑3～5 mm，標貫擊數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層中，受大氣降水或地表水補給，水量豐富。沿管渠軸線，場地地面最低標高6.30 m，廣清高速公路主線路基標高12.90 m，收費站匝道標高8.40 m，管渠上游開口段底面標高2.00 m，經1：4坡降到-0.15 m，經0.14%縱坡降至-0.44 m，以1∶4坡升高至1.76 m，變為下游開口段。工程的平面及縱斷面見圖1。

在方案設計階段，設計單位推薦的是礦山法施工及明挖施工組合工法。收費站、田心路下的閉口段，覆土厚度3.25～4.55 m，采用礦山法施工；高速公路主線處閉口段覆土大于8.75 m，且不可中斷交通，采用礦山法施工；其余段落采用明挖法施工。礦山法施工的掘進斷面位于中粗砂層之中，采用的加固措施是拱頂長管棚加超前小導管注漿，掌子面加固采用超前小導管深孔注漿。開挖斷面總寬度10.0 m，開挖總高度5.526 m。開挖方式采用雙側壁導洞法，設左右導洞，每個導洞上下臺階開挖，初期支護采用小導管錨桿、格柵鋼架、鋼筋網及噴射混凝土聯合支護。開挖方法及開挖支護順序見圖2。

2 方案的比選

根據地質報告及設計單位的推薦方案，隧道的掘進面大部分位于中粗砂層，其成功的關鍵在于掌子面深孔注漿與導洞側壁的小導管注漿，一旦有疏漏，開挖到疏漏點，就會涌水涌砂，高速公路的沉降就會難以控制。

由于本項目場地條件、地質條件極其復雜，下穿高速公路沉降風險相當高，為了高速公路行車的安全，建設單位委托了設計咨詢單位。設計咨詢單位提出了頂管施工過高速公路的方案。經水利主管部門同意，按照滿足引水干渠過流量的先決條件，本項目允許鋼筋混凝土箱換為若干條圓形鋼筋混凝土管，經過水力計算，可以換為4條內徑2.8 m的圓管。

采用頂管方案，需要設置兩個豎井，用于放置頂進機械，放管與出土，吊出頂管機頭。工作井與接收井設在廣清高速收費站以外。頂管方案縱斷面及橫斷面見圖3、圖4。

2.1 兩個方案在施工安全方面的比選

礦山法施工的風險來自于注漿止水的疏漏，其出現的幾率在開挖的每一個循環都存在，后果是高速公路塌陷而局部或全部中斷交通，極有可能還伴隨有交通事故。

頂管法施工的風險來自于頂進過程中遇到機頭無法克服的巨石、樹樁、鐵塊等。地質鉆孔沒有揭露下臥砂層中存在上述異物，頂進中遇到的機會不大。一旦遇到，可在上部開挖臨時豎井排除，對高速公路風險是可控的。

2.2 兩個方案在施工可行性方面的比選

礦山法與頂管法均為地下工程領域成熟的技術，在本項目環境條件下，兩者都具有施工可行性。

2.3 施工工期的比選

采用礦山法施工方案，工地分兩大場區，即基坑支護明挖區，礦山法暗挖區。首先是明挖區間施工，明挖基坑施工完畢，再進行暗挖洞口準備，及進洞施工。暗挖施工主要工序包括地層預注漿加固，分區開挖，初次支護，二次襯砌等。采取雙側壁導洞法，分區多；各分區必須保持一定的距離，本工程采用4 m；工序多，工期較長。根據設計方案及施工經驗，礦山法暗挖，預計總工期為350 d（明挖段120 d，暗挖段230 d）。

采用頂管法施工，工地也是兩個區間，即明挖施工（包括頂管豎井）區間，頂管區間。明挖區間施工工期與礦山法施工的明挖段基本一致，頂管施工較礦山工藝簡化很多。本工程采用一套頂管機具，4條管逐條頂進，預計總工期260 d（明挖段120 d，頂管段140 d）。工期比選結果表明頂管法比礦山法具有明顯的優勢。

2.4 經濟性比選

（1）采用礦山法工法的主要工程量（見表1）

（2）采用頂管法的主要工程量（見表2）

表1、表2為兩方案不同項目的主要數量。對兩表套用相同的分項工程單價,得出礦山法的方案建安費（不含措施費及稅費）為2 908萬元,頂管方案的建安費（不含措施費及稅費）為2 758萬元。經濟比選表明，頂管方案造價略低，具有經濟上的優勢。

表1 采用礦山法的工程量

表2 采用頂管法的工程量

3 結語

經過全面而科學的比選，項目建設單位決定采用頂管法施工方案，設計單位對頂管施工方案進行了施工圖設計。該項目于2008年9月開始進行圍蔽施工，由于工作井與接收井鉆孔樁及止水帷幕施工控制不當而出現基坑漏水，耽誤部分工期，正式頂管從2009年4月15日開始，采用兩套頂管機具，第一條管在出洞后，到高速公路路基之前遇到地下一塊鐵器，后采用“開天窗”的方法予以排除，之后頂進十分順利，2009年7月15日全部頂管完工。

地下工程地質條件變異性大，技術復雜性高，施工風險性高，委托專業機構進行設計咨詢十分必要。結合工程環境條件，進行多方案的詳細比選十分必要，這種比選應該是科學的，實際的，而不能主觀先行，人為地“制造”比選的數據。

[1]中華人民共和國交通部.公路隧道設計規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]中國工程建設協會標準.給水排水工程頂管技術規程[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[4]廣州市北部水系建設廣清頂管方案設計[Z].廣東省建筑設計研究院,2007.