复杂条件下城市下穿隧道工程设计技术探析

2016-08-09米伟

大科技 2016年21期

关键词：抗浮岩溶注浆

米伟

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司重庆 401121）

复杂条件下城市下穿隧道工程设计技术探析

米伟

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司重庆 401121）

城市化进程的不断加快，使得城市土地资源日益紧张，为此我国开始广泛建设地下隧道工程。但是因为隧道工程的建设环境较为复杂，且对于施工技术的要求较高。为了保证工程的建设质量，需在设计阶段进行严格的控制。本文结合具体的工程实例对复杂条件下城市下穿隧道工程设计技术进行探析，供相关人士参考。

复杂条件；城市下穿隧道；设计技术

1 引言

随着我国社会经济的快速发展，我国机动车辆不断增长，交通堵塞情况日益严重。为了缓解城市的交通压力，道路节点作为城市交通网络的重要组成部分，其成为了改善城市交通状况的有效途径。当前我国城市干道节点上采用立体交通形式的案例不断增加，由于下穿隧道对于城市景观的影响较小，并且噪音小，不会对周围居民的日常生活造成很大干扰，所以其应用日益广泛。

2 复杂条件下城市下穿隧道工程设计要点

2.1 结构形式

隧道结构通常分为两种，即开口段以及闭口段。开口段又可以分为两类：①地质条件比较好并且在地下水位以上，通常采用路肩挡土墙结合一般路基路面的结构形式；②对于地质条件较差并且在地下水位以下的情况下，会采用“U”开口框架结构。闭口段采用封闭式矩形单孔或者是多孔框架结构。

2.2 隧道结构防水及排水设计

隧道结构防水主要是以结构自防水为关键，并且综合应用外防水。通常情况下，下穿隧道结构可以采用掺入CMA高性能抗裂膨胀剂的防水混凝土，其抗渗等级应满足规范要求；结构外防水主要采用的是“外防外贴法”，隧道结构中大多采用3mmBAC橡胶沥青双面自粘防水卷材作为主要的防水材料类型。沉降缝位置一般使用背贴式止水带和中埋式止水带作为有效的防水处理措施。复杂条件的城市下穿隧道施工缝采用的预埋钢板止水带形式。为了避免隧道范围外的雨水渗入隧道内部，在隧道起终点处的纵断面大多设置为反向坡，也就是凸曲线。在隧道内需要加设纵向水沟，为了保证纵向边沟排水顺畅，需要设置检查井，排水沟不能设置为暗沟，暗沟收集雨水缓慢，若需将其设置在开口段，则需要综合应用盖板沟和雨水箅的形式。在闭口段纵坡位置最低处设置横截式排水沟，需要将隧道雨水集中在位置最低处，再将其引至排水泵房，再经过潜水泵将其排放至地面，借助消能井以及排水管将积水排出，最终将其输送至其他排水系统或者是河流。

2.3 隧道抗浮设计

隧道抗浮设计主要集中于开口段，抗浮设计需要注意抗浮计算、地下水位的选取以及抗浮具体措施。对于全埋式结构，下穿式隧道地下水位通常都是参考地面标高进行选取的，隧道闭口段一般情况下根据计算，依靠其结构自重就能够满足抗浮的基本需求。为了提升隧道结构整体的安全性，需要在底板设置凸出墙趾，并且需要考虑到土体的压重，其可以有效强化隧道的抗浮能力。隧道开口段的抗浮是设计关键点，尤其是埋置深度大于3～4m的部分，对于需要采取支护措施的基坑来说，需要借助侧墙外的支护系统，将其作为抗浮主要构造，这样做的主要目的是节约成本。如果抗浮能力不达标，则需要在“U”型底板下设置抗拔桩或者抗拔锚杆等，这样可以有效提升抗浮性能。

3 实例探析复杂条件下城市下穿隧道工程设计技术

3.1 工程概况

重庆某新建隧道地质条件复杂，全长4.33km，隧道最大埋深约270m，按照新奥法的原理进行设计，结构形式采用的复合式衬砌结构，并且选用钻爆法进行施工。该下穿隧道底层富水性受到外部地质环境的影响，岩溶发育程度较高，富含岩溶水。因此，下面针对该下穿隧道的富水防治设计方法进行分析。

3.2 隧道注浆堵水设计方案

（1）需要根据工程的实际情况，设置适宜的注浆堵水的排水量指标，当隧道出现注浆堵水以后，可以参考当地类似工程的建设经验进行设定。由于该工程施工阶段，可能会因为排泄岩溶而引起地下水量较大，可能会引发地表局部塌陷、井泉干涸、水库疏干等负面影响，经过系统处理以后，可以对地表生态环境起到保护作用。经过测定，发现该工程经过堵水处理以后，岩溶段的平均排水量为1m3/m·d，这就表明该地区的生态环境可以承受该标准的排水量，所以经过反复核对，将该隧道的限量排放标准设定为1m3/m·d，也就是注浆堵水实际效果达标。

（2）在选择注浆方案时，需要设定适宜的自然水量界定标准，依据前期地质调查报告数据显示，当隧道的掌子面超前探孔涌水量不小于10m3/h，则必须立即停止开挖，开展超前帷幕注浆堵水。若该隧道掌子面超前探孔涌水量以及掌子面总涌水量不超过10m3/h，掌子面有渗水漏水现象，那么在开挖后需要向隧道进行径向注浆以阻止渗水。

（3）注浆设计方案：①进行超前帷幕注浆，再进行径向注浆，采用混凝土止浆墙，其混凝土厚度为3～5m。当安全岩盘的厚度满足掌子面围岩的结构稳定要求，其止水、止浆功能才能充分发挥出来。每一循环注浆的长度设置为25m，开挖深度为20m。需要注意的是，要预留5m的止浆岩盘，注浆加固圈固结范围设定为开挖轮廓线外6m。②径向注浆加固圈的固结范围是开挖轮廓线外的5m范围内，该工程采用一般的水泥浆。径向注浆施工过程中，需要注意孔口管的设计以及尺寸、位置的设置，需要保证孔口管的长度适宜，浆液从孔底向外扩散，这样可以形成深层注浆。然后，需要对径向注浆的压力进行严格控制，该工程注浆压力需要控制在1.5～2MPa左右，进浆时速度不能过快或者过慢，径向注浆阶段注浆孔的打设方向需要和径向保持一致，并且保证注浆加固圈的厚度设计满足施工要求。

3.3 隧道防排水设计方案

岩溶富水段的地下水水量较高，并且水压较高，在隧道施工过程中进行地下水的封堵处理不具有可行性。所以在对该隧道围岩进行积水处理设计时，需要将部分的渗漏水引至隧道的内部进行排放，这样可以减少隧道衬砌结构承受的水压力。另外，考虑到该隧道岩溶地区地下水中的钙离子含量较高，容易产生结晶物沉淀，若采用传统的排水处理方法，就会造成防水层的堵塞，排水系统系统可能直接瘫痪。所以，该隧道采用了HDPE排水板，然后使用横向导水管将衬砌背后的积水进行集中排放。

3.4 隧道穿越岩溶富水区段的衬砌设计

隧道设计将自然资源的保护和生态平衡的维持作为主要着手点，针对地下水处理，主要遵循“先治理，后限量排放”的原则，将重点放在地下水堵塞的具体位置上，在实行限量排放的同时，制定有效的防范措施，进行综合治理，并对地下水丰富的地段进行注浆堵水处理，由衬砌后的排水系统引流到隧道内的水沟进行排放，从而避免在隧道修建的过程中出现地下水严重流失的现象。在保障衬砌背后的排水系统畅通的前提下，通过注浆加固圈渗透进来的地下水可通过该排水系统进行排放，避免水给衬砌造成压力，同时轨道交通隧道具有一定的耐久性，在运营过程中不允许出现中断的现象，再加上衬砌背后的排水系统容易出现堵塞情况，严格要求隧道衬砌具备承受一定水压力的安全储备设施。在对变形缝进行综合考虑后，明显发现处在变形缝位置具有较低的抗水压能力，可结合国内工程的相关经验，来确定岩溶富水段衬砌所具备的实际承受1MPa水压力的安全储备设施，如图1～2所示。