淺談電力隧道穿越橋區安全性評估與控制

趙曉延

（北京市政路橋股份有限公司，北京市100045）

淺談電力隧道穿越橋區安全性評估與控制

趙曉延

（北京市政路橋股份有限公司，北京市100045）

以北京市豐臺區110 kV電力隧道工程穿越榴鄉橋區的施工安全技術管理工作為背景，對隧道穿越橋區安全性評估工作進行總結和探索，從施工角度對電力隧道設計施工提出優化建議，為今后的隧道穿越既有地表結構物安全性評估工作提供參考。關鍵詞：隧道；穿越；擋墻；橋梁；評估

0　引言

我國基礎建設飛速發展，交通越來越發達，尤其在城市中心地帶，道路網絡十分密集。城市隧道施工時，受到各種條件制約，隧道穿越道路橋梁的情況難以避免。隧道施工會引起附近地表沉降及土體變形，對周圍道路橋梁結構帶來的影響不容忽視。如何減小隧道施工對周圍道路橋梁結構帶來的安全風險是隧道設計施工中極為重要的問題。北京市路政局于2008年出臺了《地下工程穿越交通設施安全監管暫行辦法》，以確保北京市交通設計與施工的安全運行［1］。

本文以北京市豐臺區蒲黃榆電力隧道工程穿越南四環榴鄉橋區施工安全技術管理工作為背景，對隧道穿越橋區安全性評估工作中相關問題的處理原則及各種問題的對策進行論述，為以后類似工程提供參考。

1　工程項目概況

蒲黃榆電力隧道工程電力管線共兩段，新建L1線起點K1+870.0，沿南四環外環輔路西南紅線北側6 m位置向東，下穿榴鄉橋（南四環立交）西側匝道及主路后與橋區現狀電纜隧道相接，L1線全長503.7 m，L1線電力隧道自西向東分別穿越步道、輔路、匝道（含擋墻）、四環主路。輔路電力隧道埋深約3.9 m，主路及匝道電力隧道埋深約10.9～11.2 m。其中穿越匝道擋墻處電力隧道距離擋土墻基礎底1.76 m。

L2線起點接南四環內環輔路南側現狀電纜溝，沿西北紅線北側3 m位置向東、向北下穿橋區西側匝道、德賢路后，至現狀電纜隧道，并在終點處將現狀豎井改為三通井，L2線全長433.3 m。L2線電力隧道自西向東分別穿越步道、輔路、匝道（含擋墻）、德賢路主路后到達終點與既有電力管線相接。輔路電力隧道埋深約3.9 m，主路及匝道電力隧道埋深約10.9～11.2 m。其中穿越匝道擋墻處電力隧道距離擋土墻基礎底1.76 m。

2　安全施工控制方法

隧道工程前期咨詢以施工中存在的各種風險為基礎，對現場條件提出意見與建議。技術方案考慮從對既有道路、橋梁結構變形及內力影響規律的研究出發，最終實現對隧道施工風險的控制。

2.1風險評估

隧道施工存在的風險多種多樣，風險的存在具有不確定性，因此首先應對風險進行識別。進場后應首先對現場進行詳細調查，對既有道路橋梁進行檢測，并對隧道及附近道路橋梁圖紙反復研究分析，確定隧道施工可能存在的風險［2］。

2.1.1道路路面結構風險

隧道施工引起的過大沉降會使路面結構產生一定程度的凹陷甚至破壞，不但對行車舒適性產生影響，甚至對行車安全產生隱患。電力隧道由道路下方通過，因此路面結構沉降是隧道施工風險源之一。經檢查，新建電力隧道L1線路路面病害共發現1處修補后開裂，1處井蓋周圍破損開裂，1處人行道磚沉陷，16處輕度橫向裂縫，見圖1～圖3。

圖1　路面橫向裂縫

圖2　井蓋周圍破損開裂

圖3　人行道磚沉陷

2.1.2道路擋墻結構風險

電力隧道多處穿越匝道擋墻，與道路擋墻相交處電力隧道距離擋土墻基礎底1.76 m。隧道施工易引起擋墻沉降、傾斜甚至坍塌，因此隧道施工對道路擋墻安全性有較大隱患。經檢查，現況L1線路下穿四環西側擋土墻，擋墻未發現明顯可見病害；L2線路南側輔路擋土墻，擋墻勾縫存在少量脫落，未發現其它明顯可見病害。圖4、圖5分別為L1線、L2線隧道與道路縱斷面關系圖。

2.1.3沿線橋梁結構風險

隧道施工會擾動橋梁地基土層，由于樁基與土體相互作用關系復雜，土體應力狀態的改變將會直接影響橋梁結構承載能力。橋梁結構承載能力的改變將導致橋梁上部結構產生不均勻沉降，從而在橋梁結構內部產生附加應力。當附加應力達到一定水平時，橋梁結構將產生裂縫甚至坍塌，因此沿線橋梁結構的安全性是隧道施工重要風險源之一［3］。

為了對橋梁結構安全風險進行正確評價，隧道施工前首先需要全面準確地對橋梁結構進行調查。橋梁結構調查包括：橋梁結構類型、橋梁基礎類型、地質情況、橋梁結構裂縫及破損情況、混凝土結構強度、鋼筋銹蝕情況等。

經檢查，隧道穿越的匝道橋主橋共發現3條橫向裂縫，寬0.12～0.26 mm，總長41.95 m；9條U型裂縫，寬0.10～0.28 m，總長146.2 m；1處梁底刮蹭。

2.2風險控制

通過風險評估，了解了隧道施工過程中可能存在的安全性風險，下一步需要將隧道施工中的各項風險進行嚴格控制。風險控制首要原則是保證隧道施工安全；其次需要考慮經濟效益，應選擇最經濟有效的施工控制技術，最終達到安全施工的目的。

2.2.1道路安全控制方法

本文電力管線采用暗挖施工，為避免施工影響道路交通的正常運營與安全，必須嚴格控制土基差異沉降量等技術指標要求。道路及擋土墻安全控制指標包括：允許位移控制值和路堤、路塹傾斜控制值、道路縱橫向曲率變化控制值。

首先應對道路差異沉降進行控制，道路橫斷面方向沉降值控制在0.15%；道路縱向沉降值控制在0.03%。電力管線影響范圍內的最大沉降值應小于15 mm，最大拱起值應小于10 mm，平均速率控制1 mm/d，位移最大速率控制2 mm/d（位移平均速率為任意7 d的位移平均值；位移最大速率為任意1 d的最大位移值）。同時應對路面裂縫進行控制，為保證路面使用年限，要求路面不能產生明顯的局部變形和結構性裂縫，以防雨水滲透對路基強度造成影響。

圖4　L1線隧道與道路縱斷面關系圖（單位：m）

2.2.2擋墻安全控制方法

本文電力管線影響范圍內每一段擋土墻（一組沉降縫之間）沿擋土墻（行車）方向，每一段擋土墻的整體沉降值應小于10 mm，基礎不均勻沉降應小于3 mm；擋土墻墻面允許傾斜坡度為1/1 500，擋土墻水平位移不大于5 mm。

圖5　L2線隧道與道路縱斷面關系圖（單位：m）

管線橫穿擋土墻布置時，由于擋土墻基礎的縱向抗彎能力很弱，所以管線橫穿擋土墻時應注意觀察基礎沉降量，不要由于基礎開裂而導致擋土墻墻面開裂。

2.2.3橋梁安全控制方法

橋梁結構對隧道施工影響較為敏感，合理制定隧道施工時臨近橋梁的控制指標需要考慮樁基承載力、既有結構現狀、既有結構重要程度等。應通過大量試算，找出結構極限狀態下變形及應力狀況，結合工程經驗，提出施工控制指標。

2.3應對措施

在隧道施工過程中，不但應該對各種風險進行控制，還應針對前期調查中預測的各種風險建立應急處理方案。應急處理方案分為主動措施和被動措施兩大類。

2.3.1主動措施

主動措施指對隧道周圍土體進行人工處理，減小隧道開挖對土體的影響。主動措施包括注漿加固和隔離法。

2.3.1.1注漿加固

注漿加固是通過在土體中壓力注漿，使土體顆粒間隙中的空氣、水分等被水泥漿替代，從而使原本松散的土體顆粒通過水泥漿而形成一個整體，提高土體力學性能。對于北京地區砂卵石土層而言，注漿能明顯提高土體承載力，減小隧道引起的土體沉降。

在穿越立交橋橋樁段及臨近結構物時，采取周圈注漿加固地層的措施，施工時采用增加超前導管數量、增加注漿量，以確保施工期間的安全，在初襯后及時進行背后注漿，二襯也做背后注漿，總體控制效果較為明顯。具體做法如下。

（1）增加超前導管的數量

在穿越區域Φ32超前導管的環向間距要求0.3 m，每榀鋼架打設一次，長度1.75 m，漿液采用改性水玻璃漿液，打設范圍為拱頂及兩側墻。

（2）固結隧道拱部、側墻土體

注漿種類：根據設計縱斷圖反映出本段隧道位于卵石層，采用改性水玻璃化學漿液，在工作面用耐酸槽制備，加入到注漿器內，通過高壓空氣壓注入土層，漿液隨伴隨用，注漿時壓力宜控制在0.15～0.4 MPa之間，最大不得超過0.4 MPa，每孔穩壓時間不得小于2 min，以確保漿液的擴散半徑，滿足施工要求。

注漿順序：自一端跳孔順序注漿，并觀察有無竄孔現象，發生漿液竄孔時應封閉相鄰孔。

與此同時，施工期間應多組織有經驗的人員，快速進行施工作業，在掘進中必須有專人在場觀看作業面的變化，以保證施工人員的人身安全。在開挖中認真測量和觀察頂部土層變化，如發現地表有異常情況，應立即封閉掌子面，請設計、工程監理等有關人員會商。

2.3.1.2隔離法

隧道施工首先對周圍土體產生影響，進而傳遞到臨近橋梁、擋墻等結構物，因此，對受隧道影響的土體進行隔離，能有效減小隧道施工對周圍結構物的影響。隔離法通常的做法是在隧道與既有結構物之間建造一排隔離樁或隔離墻，從而阻斷土體破壞，對隧道周圍結構物進行保護。

2.3.2被動措施

被動措施指由于地質情況復雜，隧道施工具有不確定性，隧道施工對周圍土體的影響往往難以控制到理想狀態，當土體沉降達到甚至超過預警值時，需要對地層及結構物進行恢復。如對橋梁樁基基地進行注漿加固，從而提高橋梁樁基承載力；在隧道施工完成后，根據監控及檢測結果對橋梁結構進行加固，對道路路面進行修復等［4］。

3　結語

蒲黃榆電力隧道施工安全控制，實踐證明在隧道施工前進行充分的調查和評估工作，對保證隧道工程順利進行具有重要的作用。本文通過對隧道穿越交通設施安全風險的分析評估，得到以下幾點經驗與體會。

（1）隧道施工前，設計單位應及時與既有設施管理單位進行溝通，提前進行前評估（咨詢），避免因溝通或咨詢不及時產生矛盾等問題，在地下結構可實施的前提下應盡量減少對既有構筑物的影響。隧道建設各方，在項目實施前應站在全局高度，綜合考慮隧道建設與橋梁后期維修費用，在保證既有交通設施安全的前提下，順利實施地下工程。

（2）由于規劃滯后等因素，大部分既有橋梁在設計時未預留隧道穿越條件，因此隧道穿越既有橋梁時，各方要予以高度重視、充分研究。建議由隧道建設單位在隧道設計前期即委托相關設計咨詢單位對沿線道路橋梁進行咨詢研究，提出設計建議、加固措施以及施工控制指標，確定隧道工程穿越道路橋梁的預警值，并以此作為隧道設計、施工的依據。

（3）施工單位應具體情況具體分析，確定合理的控制指標及監控要求，主要包括：橋區范圍地表沉降控制值，橋梁豎向不均勻沉降控制值，橋梁下部結構水平位移控制值，橋梁墩臺、擋墻的容許傾斜度等［5］。

［1］ 陳兵，潘可明.地鐵近接施工時通道橋的變形計算及分析［J］.市政技術，2012，6（30）：108-110.

［2］ 蘇潔.淺埋暗挖法隧道施工對鄰近樁基的影響及其控制［D］.北京：北京交通大學，2009.

［3］ 何杰.地鐵施工影響區域橋梁結構評估及沉降指標確定［D］.北京：北京科技大學，2005.

［4］ 姚海波.大斷面隧道淺埋暗挖法下穿既有地鐵構筑物施工技術研究［D］.北京：北京交通大學，2005.

U455

B

1009-7716（2015）05-0177-03

2015-03-13

趙曉延（1975-），女，北京人，工程師，主要從事道路工程施工管理工作。