云南路主線隧道通過高層建筑段施工方案設計

付迎春

(石家莊鐵路職業技術學院，石家莊 050041)

云南路主線隧道通過高層建筑段施工方案設計

付迎春

(石家莊鐵路職業技術學院，石家莊 050041)

根據青島膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程的工程概況，本文主要對云南路主線隧道過高層建筑段進行施工方案設計，根據主線隧道與既有建筑物的關系和他們之間的相互影響，綜合比較給出了合理的施工方案，為今后類似工程的施工提供指導。

隧道 既有建筑物 施工方案

1 工程概述

青島膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程從東平路以南，沿云南路向南，現云南路ZK1+180—ZK1+530這一段均為在建高層建筑。對隧道建設影響較大的高層建筑有4處，1號樓為地上24層，地下2層，2～4號樓為地上33層，地下2層，各樓房與隧道位置關系剖面如圖1～圖4所示。基坑底水平距離隧道邊線為3～10 m，距離隧道頂的垂直距離為2.7～10.0 m。整個影響隧道范圍為350 m。現在建筑物基礎基坑挖深10～12 m，樓層已經建起10層左右，且正在施工。

下穿新建房屋段位于云南路西鎮一帶，地勢較高，地面高程22.0～30.0 m，地貌類型為侵蝕堆積斜坡～剝蝕斜坡。隧道埋深7.5～25.0 m，隧址處地層由第四系全新統人工填土層(Qml4)雜填土、第四系上更新統洪沖積層(Qal+pl3)亞黏土和弱～微風化燕山晚期花崗巖組成。ZK1+180—ZK1+291段洞頂圍巖為弱風化花崗巖，洞身為弱～微風化花崗巖，該段圍巖自穩能力差，易發生塌方，透水性中等。地下水為基巖裂隙水，埋深2.8 m左右。拱墻圍巖級別為Ⅳ級［1］。

圖1 1號樓與隧道位置關系剖面(單位：m)

圖2 2號樓與隧道位置關系剖面(單位：m)

圖3 3號樓與隧道位置關系剖面(單位：m)

圖4 4號樓與隧道位置關系剖面(單位：m)

2 隧道影響范圍劃分基準

根據接近工程的種類，主要是根據既有結構與新建結構物的間隔來進行其接近度的劃分。這里所謂“間隔”是指既有結構外面到接近工程的最小距離。接近度判斷采用的D(隧道外徑)值，指結構襯砌的外面的垂直高度，水平寬度中的最大值(見圖5)。

1)隧道上部填土 淺埋隧道上部填土時，隧道襯砌的上覆荷載增大，襯砌發生擠壓變形、位移。在偏壓地形條件下的上部填土，或對隧道進行偏壓填土，隧道襯砌將受到非對稱的荷載。

上部填土對既有結構的影響決定于影響條件：原地形和埋深、填土后的地形和埋深、填土高度、填土的施工方法(一次填土厚度、平面施工順序、碾壓方法)、地質條件、既有建筑物的結構和健全度等。

圖5 接近度的劃分示意

2)隧道上部有結構物基礎［2］隧道上部新建結構物，且將基礎設置在隧道上部時，支持基礎的荷載通過圍巖作用在襯砌上。此時，基礎的前端沒有進入作為保護層的隧道上部5 m范圍內，而以在此5 m平面上荷載增加的程度來劃分接近度(見表1)。

表1 接近度的劃分(隧道上部結構物基礎)

荷載增加的程度決定于地層中應力分布的計算方法，可根據圖6進行概略預測，如預測的荷載增加超過10 kN/m2時，或出現局部集中荷載作用時，應慎重研究處理。

圖6 基礎的荷載分布(B—基礎寬度;q—荷載值)

3)隧道側面開挖 在既有結構的側面開挖時，會發生向開挖側的變形和位移。其影響決定于地形條件、地質條件、開挖規模、既有結構物的健全度等(見圖7)。

圖7 隧道開挖與相鄰地層的關系

圖8 城市條件下接近度劃分

4)臨近城市建筑物接近施工的影響范圍劃分近年接近既有結構物進行接近施工的工程大量出現，與過去的比較，不僅工程規模大，而且與既有結構物的間距小，因此要求對既有結構物的影響進行預測，同時提出相應的對策。其接近度的劃分如圖8。根據圖示的結果，云南路主線隧道距離地面新建建筑物的水平距離均小于1倍洞徑，接近影響屬于Ⅲ級—需要采取措施范圍。同時可以采用基礎承載力的降低來評價地下開挖卸載的影響。

工程地面為高層建筑，按照工程實際情況進行理論與數值分析，類比類似工程經驗并結合國內外相關標準，隧道鄰近高層建筑群施工影響區域可分為強、中、弱三個區域。各棟樓的影響區域和隧道的位置關系見圖9～圖12。

圖9 1號樓和隧道的位置關系(單位：m)

圖10 2號樓和隧道的位置關系(單位：m)

圖11 3號樓和隧道的位置關系(單位：m)

從圖9～圖12中可以看出1號樓和3號樓斷面，隧道一半左右處于強影響區，另一半處于中影響區，影響程度相對最大;4號樓斷面，主體處于中影響區，而左拱腰部分處于強影響區，右邊墻處于弱影響區，影響程度相對中等;2號樓主體處于中影響區，右邊墻部分處于弱影響區，左拱腰少部分處于強影響區，影響程度相對較弱。

圖12 4號樓和隧道的位置關系(單位：m)

3 隧道施工和高層建筑物施工產生的相互影響［3］

根據上述近接施工的分析，隧道施工不同階段均會與地面高層建筑產生相互影響，均屬于需要采取措施的范圍。具體影響有：

1)圍巖失穩。基坑開挖深10 m，基坑邊線靠近隧道拱頂，基坑底距隧道拱頂的最小垂直距離僅有2.71 m，隧道開挖的成拱作用無法形成，靠近基坑一側的圍巖受到擾動，圍巖自穩能力差，容易失穩，易產生塌方和冒頂，將對地面和周邊建筑物造成影響，嚴重時可能造成安全重大事故。

2)開挖產生的力學效應對建筑物的影響。高層建筑先于隧道建設，或與隧道同時施工，隧道開挖將使周邊圍巖發生應力釋放，隧道周邊產生塑性區和向隧道內變形。根據計算，塑性區到達基礎底部，將影響地基承載力，并引起建筑物的變形。

3)隧道建成后的受力影響。由于高層建筑的影響，高層建筑在隧道周邊產生附加側壓力，使隧道受偏壓力作用，根據計算，隧道初期支護應及時封閉，隧道二次襯砌需要采用帶仰拱加厚鋼筋混凝土結構。

4)施工爆破影響。隧道距離建筑物較近，隧道爆破振動對建筑物有一定影響。如果居民入住，隧道爆破振動將影響居民的正常生活和安全;如果高層建筑和隧道同時施工，爆破振動將影響建筑物混凝土的凝固。

5)工期的影響。隧道施工通過這一段，需要采用嚴格控制爆破等特殊技術措施，需要延長工期5個月。

4 方案比選［4］

根據該工程的復雜性，制訂了以下幾種施工方案。

1)方案一：保持隧道線位不變，調整高層建筑的位置，以期避免或減少隧道與高層建筑物間的影響。

根據隧道施工和地質條件以及埋深情況，建筑物移位至距離隧道邊緣水平距離至少15 m以上。由于該處高層已修建10層以上，調整房屋的位置重新建設，將帶來極大的經濟損失和社會影響，不具備可行性。

2)方案二：保持高層建筑物的位置不變，調整隧道線位，以期避免或減少隧道與高層建筑物間的影響。

設計上可能進行的兩種調整措施：

①調整措施1：將團島二路—西藏路段的直線段小角度逆時針旋轉，西藏路—廣州路段的兩反向曲線半徑相應進行調整。

調整后，與施工圖相比存在的主要問題：云南路主線隧道由道路下方調整至房屋下方，隧道大量穿越密集樓群，施工難度加大，工期延長，投資增加;隧道距離建筑最近處中線向西偏移3.71 m，仍改變不了高層建筑接近的現象，無法從根本上解決兩者相互影響的問題;云南路主線與團島二路出口匝道之間凈距減小約1.5 m，增大了施工難度;云南路全線位置調整，向南延伸至海底隧道海域段，團島二路匝道與主線相交處大斷面需調整;云南路主線開口處線位調整與現有人防設施沖突，需與人防部門協調。

②調整措施2：磁山路以南段線位不變，以北段線位整體西移。

調整后，與施工圖相比存在的問題：隧道距離建筑最近處中線向西偏移3.5 m，仍改變不了與高層建筑接近的現象，無法從根本上解決兩者相互影響的問題;工程拆遷約增加3萬m2;剛剛完成改造的泰云地下通道需調整順接，施工圖大范圍調整。

調整措施2調整隧道口部線位走向，由于隧道口部主線為四個反向曲線相接，口部主線調整后，隧道出口處道路及橋梁位置也必須相應調整，需增加3萬m2拆遷，代價太大。調整措施1調整云南路隧道主線，隧道全部位于現有多層建筑下方，帶來施工難度加大，工期延長，投資增加等問題。另外，云南路主線重新選線后，海底隧道主線隧道走向也需相應調整，還存在與人防、地下管線沖突問題，必須重新進行評審、審批程序，影響全局。而且以上兩種調整方案，調整幅度均很有限，改變不了高層建筑近接隧道的現象，無法從根本上解決問題，且增加投資很大，不具備可行性。

3)方案三：隧道暫時停止施工，待高層建筑物施工完再恢復隧道施工

高層建筑完畢后，對地基產生強大的壓力，現有施工技術無法保證高層建筑與隧道本身的安全，極有可能引起高層建筑及隧道整體失穩，同時導致兩個項目風險極高。縱使房屋建成后也不能進住人員，隧道施工期間，現有技術無法保證高層建筑及人員安全，此方案不可行。

4)方案四：高層建筑物和隧道同時施工

隨著高層建筑物施工，其高度不斷增加，對隧道將產生動態的荷載，施工過程中，兩者之間的受力機理及動態影響極其復雜，無法保證高層建筑及隧道的安全。同時，隧道的爆破施工將直接影響到高層建筑物的施工質量，尤其是混凝土的初凝與終凝，此方案不可行。

5)方案五：高層建筑暫停施工，待該段隧道施工完后再恢復高層建筑的施工。

前面四種方案難度及風險很大，增加投資也很大，在現有條件下進行隧道加強處理和控制爆破，高層建筑暫停施工，待該段隧道采取適當措施安全施工完后，再恢復高層建筑施工。高層建筑暫停施工，使荷載不再增加，隧道施工期間，荷載保持靜態，減少了隧道施工難度和高層建筑之間的相互干擾，但采用必要的技術加強措施后，可以保證高層建筑已施工部分的安全(即使出現異常情況，也可采取補救措施)。由于隧道先行施工，可以通過加強支護，保證高層建筑在恢復施工直至完成后的安全以及隧道自身的安全。此方案風險相對較小，是可行的。

5 結論

1)1號樓和3號樓斷面，隧道一半左右處于強影響區，另一半處于中影響區，影響程度相對最大;

2)4號樓斷面，主體處于中影響區，而左拱腰部分處于強影響區，右邊墻處于弱影響區，影響程度相對中等;

3)2號樓主體處于中影響區，右邊墻部分處于弱影響區，左拱腰少部分處于強影響區，影響程度相對較弱。

4)通過比較選擇施工方案五，前面四種方案難度及風險很大，增加投資也很大。高層建筑暫停施工，使荷載不再增加，隧道施工期間，荷載保持靜態，減少了隧道施工難度和高層建筑之間的相互干擾，在采用必要的技術加強措施后，可以保證高層建筑已施工部分的安全(即使出現異常情況，也可采取補救措施)。由于隧道先行施工，可以通過加強支護，保證高層建筑在恢復施工直至完成后的安全以及隧道自身的安全。此方案風險相對較小，是可行的。

［1］青島市勘察測繪研究院.膠州灣灣口海底隧道青島端接線工程地質勘察報告［R］.青島：青島市勘察測繪研究院，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部，TB10003—2005 鐵路隧道設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［3］張宏，冷伍明，肖武權.高層建筑基礎施工對鄰近隧道影響的監測分析［J］.鐵道建筑，2008(6)：51-53.

［4］卿偉宸，廖紅建，錢春宇.地下隧道施工對相鄰建筑物及地表沉降的影響［J］.地下空間與工程學報，2005(6)：960-963.

U456.3

B

1003-1995(2011)03-0047-04

2010-09-15;

2011-01-18

付迎春(1978— )，男，黑龍江賓縣人，講師，碩士。

(責任審編 王天威)