崗頭河綜合整治一期工程坂雪崗大道箱涵涉鐵段設計方案

戴 晶

（深圳市廣匯源環境水務有限公司,廣東 深圳 518000）

隨著中國城市化的發展使得城市交通需求越來越大,地鐵以其節省城市有限土地資源、載客量大、通勤時間短、污染小等優點,在一線和省會城市備受青睞,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,為區域高程低點,導致部分地鐵隧道穿越城市河流段,河道工程的施工,會對鄰近地鐵隧道結構造成一定程度上的擾動,從而影響鄰近地鐵隧道的受力狀態。地鐵作為城市人民群眾重要的出行方式,社會影響極大,如果地鐵隧道受力及變形狀態變化較大,則極有可能引起隧道的坍塌,甚至危及人民群眾的生命財產安全。本文以崗頭河坂雪崗大道箱涵涉地鐵10 號線為研究對象,探討涉鐵箱涵設計及施工方案。

1 工程概況

崗頭河綜合整治一期工程位于深圳市龍崗區坂田街道境內,河道按50 年一遇防洪標準進行整治,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凈化廠二期工程至象角塘村,總長度為2.703 km。施工內容包括河道整治工程、水體消黑除臭、截污工程、補水工程、管線遷改工程、景觀工程、交通疏解工程、水土保持工程[1]。

本次研究對象位于崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號線交叉段,該段箱涵原設計方案為拆除現狀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,計劃于10 號地鐵線通車運營前施工完畢,由于箱涵施工進度滯后,現地鐵右線隧道上部箱涵已施工完畢,當施工地鐵左線隧道上部箱涵時,基坑開挖至舊箱涵漏出地面時,地鐵出現上浮現象,上浮約4.2 mm（根據深圳市地鐵集團有限公司發布的《地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程管理辦法》（2018 年版）檢測數據5 mm預警,8 mm報警,10 mm上限允許值）,在得知地鐵10 號線即將在下個月通車運營消息后,該施工段被深圳市質監站叫停,要求停止施工,并對現設計方案進行優化。涉地鐵左線隧道段箱涵總長70 m。

根據工程勘察成果,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,地鐵隧洞位于礫質粘性土層。

2 河道箱涵與地鐵左線隧道交叉段設計方案

現狀箱涵尺寸為4 m寬×3.1 m高×2 孔,僅滿足5 年一遇設計洪水標準過流要求,而河道防洪標準為50 年一遇。施工地鐵左線隧道時因河道箱涵下部地鐵即將通車,為保障地鐵10 號線安全運營且河道過流斷面能滿足50年一遇防洪標準要求,通過技術手段優化地鐵左線隧道上部箱涵設計方案[2]。

（1）為避免大開挖造成地鐵隧道繼續大幅上浮,箱涵與地鐵10 號線左線隧道交叉段70 m范圍內保留現狀舊箱涵,待基坑開挖至舊箱涵頂部開始注漿,對箱涵基礎進行加固,且加強對地鐵隧道的保護措施。

（2）在舊箱涵兩側各新建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。

設計方案見圖1。

圖1 箱涵優化設計方案

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

為避免地鐵隧道繼續大幅上浮,引發安全事故,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、銜接段采用微型樁支護,U型井支護段分段長度為4.7 m一段。

3.2 分層開挖、等效配重

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

b.配重采用預制混凝土塊(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施,且配重重量≥基坑開挖土層重量,每次開挖前應根據前一日變形數據調整等效壓重重量,控制隧道每日變形量不超出正負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,應分段進行施工,分段長度為4.7 m,施工順序應從兩側開始向地鐵隧道中間方向施工,施工時采用豎井進行支護,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.施工前應做好施工方案及施工工序安排,并嚴格按照相應工序施工,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行下一段箱涵施工[4]。

混凝土塊配重計算：

式中：m為土層或混凝土塊的質量；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：

式中：N為混凝土塊塊數（取整數,不足整數時向前進一位取整）；m土為土層的質量；m砼為單個混凝土塊的質量。

U型井支護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算

選取地鐵標準斷面按每延米對地鐵隧道進行整體抗浮計算,基礎抗浮穩定性應符合下式要求:

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,取值1.1。

經計算,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范要求。

5 結語

綜上所述,根據地鐵隧道設計資料,結合在建崗頭河綜合整治一期工程設計、施工資料,分析研究崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號線左線隧道交叉段設計、施工方案。崗頭河坂雪崗大道箱涵與地鐵10 號線交叉段施工對地鐵隧道結構的變形會產生一定影響,但在嚴格按照設計要求進行施工的條件下,不危及地鐵的結構安全。根據分析計算及工程實踐,本文得出以下結論：

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

（2）箱涵建成后地鐵隧道整體抗浮驗算滿足規范要求。

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