姚壮
中铁隧道股份有限公司 河南省郑州市 450003
摘要：为缓解城市交通压力，近年来我国的城市地铁建设规模不断扩大，在城市下方编织着一张庞大的地下交通网络。然而受有限地下修建空间的影响，地铁盾构隧道在建设过程中不可避免的会出现下穿复杂城市地下结构的情况，引起其上方结构的变形位移，影响结构的正常使用，甚至造成不可预计的后果。因此，在进行盾构隧道下穿施工前，准确的评估隧道下穿对城市既有结构的影响，并明确相应控制措施的控制效果，对于保证盾构隧道下穿施工后既有结构的正常使用具有重要的意义。
关键词：盾构隧道下穿；城市结构；控制技术
引言
地下隧道扩大了对地下空间资源的利用，建立了垂直的三维交通，一方面大大有助于改善城市交通环境，另一方面为促进可持续城市发展提供了新的动力。但是，作为地下工程，地下隧道往往与地下管道、铁路交通和地下隧道等项目相矛盾。重要的问题包括:在有限的地下空间资源中建立一个能够满足运输功能的地下隧道；整合相关工作的一体化设计；实现基础工作的共同化；以及减少今后工作的难度和风险
1工程概况
拟建某市地铁13号线路线于培风站—瑞星路站下穿铁路框架桥、斗渠、管廊和污水管这四类城市地下结构及地表运行成雅铁路路基轨道，其中地表运行铁路轨道与盾构隧道轴向相互垂直，各地下结构尺寸及相对关系如图1所示。其中污水管材料为C30钢筋混凝土，铁路框架桥、管廊和斗渠材料均采用C40钢筋混凝土，盾构隧道管片设计厚度40cm，管片材料采用C50钢筋混凝土。
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2地下管线及综合管廊
国际路下方规划管线众多，路灯、燃气、能源、气力垃圾管、电力、通信、管线贯穿项目范围，雨水、污水管线分布于道路相关区段。其中，气力垃圾管、电力、通信管线纳入综合管廊集中布置。下穿式隧道总体设计需统筹各管线的管位排布及覆土深度，确定各管线穿越机场跑道的结构工法及建设时序。
3盾构开挖仿真
实际工程中盾构机掘进是一个连续的过程，有限元模拟可将掘进过程分解成若干相互衔接的施工步，通过激活、钝化的方法来模拟每个施工步内盾构开挖过程。整条新建隧道的开挖过程总共由67个施工步组成，每次掘进长度为两个环距离，约为3．6m，模拟盾构机在实际盾构推进过程中连续动态开挖过程。
4平面定线及渠化布置
国际道路下隧道平面的方向根据规划线的位置进行路由，隧道中心线为直线，两侧非机动车道中心线位于与道路中心线平行的侧带外侧边缘，距离13.75米。平面阵列布局的关键在于坡度结合十字路口方向交通预测数据和服务水平分类，十字路口出入口共有5个车道(1个左+3个右+1个右)，出口车道共有3个车道。为适应每条车道的铺设空间，采用右侧车道宽度和左侧中间区域偏移相结合的技术措施，将进口车道公共车道宽度压缩为3.25米至3米。可变宽度道路段和渐变段的长度是根据主要道路标准计算的，宽段为70米，渐变段为30米。中间带偏移采用线性渐变方法，渐变段的起点和终点处半径为100米，长度为30米。同时，为了保证车辆行驶轨迹在隧道出口3S运行过程中不发生变化，避免车辆偏离可能造成的行驶风险，将车道停车线向前移至十字路口，保证宽渐变段起点和带间偏移起点。
5爆破振动控制指标
GB6722－2014《爆破安全规程》规定:评估爆破对不同类型建(构)筑物、设施设备和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准。地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。爆破振动安全允许标准。考虑铁路设施安全特殊性，国家铁路局发布的《铁路工程爆破振动安全技术规范》(征求意见稿)中对各铁路设施爆破振动安全控制标准做出了明确规定。该工程隧道爆破不同地段控制爆破规模的主要因素不同，因而需根据保护对象确定爆破振动的控制值。该工程隧道爆破采用直径40mm装药钻孔，对于距离50m以内的保护对象，频率一般较高，地下浅孔爆破频率为60～300Hz，故选取第三列频率对应允许值;50m以外距离，保守情况下可选取第二列允许值。第一列数值仅适合用于较远的爆破点。民房选取1．5cm/s作为爆破振动的控制值;黄鹤楼是钢筋混凝土建筑，选取2．5cm/s作为爆破振动的控制值;胜像宝塔虽然是文物级保护对象，但为实心结构，且高度较低，结构较为耐振，选取0．5cm/s作为爆破振动的控制值。如在天窗段爆破，既有铁路是有砟轨道，轨道下路基选取5．0cm/s作为爆破振动的控制值，铁路边挡墙边坡按高边坡选取5．0cm/s作为爆破振动的控制值偏于保守。为实质性降低爆破振动对铁路路基和边坡的影响，将爆破振动降级，该工程在非天窗段进行爆破，并将铁路路基和边坡的爆破振动控制在2．0cm/s以内。蛇山地下人防工程因为能抗击较大的破坏力，且截面较小，比照矿山巷道，选取20．0cm/s作为爆破振动的控制值。
6有害气体
拟建工程内沉积了较厚的第四系冲湖相沉积物，场地内呈透镜状分布为泥炭质土，厚度为０．８～４．８ｍ，泥炭质土有机质含量为１０．１０％～２９．３０％，具备生成沼气的条件；本次勘察未发现有害气体。根据工程场地钻孔揭示的地层分布情况，场地内隧道开挖深度范围内泥炭质土呈透镜状分布，层厚较小。对于某区域的含气层气压低和气量小，对施工建设产生的影响可忽略；反之气压高和气量大，在释放过程中，土层结构被破坏，因而使力学强度降低，严重的会出现地面沉降。因此在施工过程中应采取适当措施，控制浅层气体的释放速度和释放气量。
7下穿式隧道泵站与综合管廊的协同
国际公路下隧道纵断面的最低点位于机场跑道下方的封闭框架内，雨水泵站原则上应设在最低点附近，但由于需要保护机场跑道历史建筑的相对完整性，这一点是独一无二的有充分证据表明，雨水泵站位于国际公路以东机场跑道以南的非机动车道和人行道下，采用完全地下形式，沿隧道方向布置，并与隧道u型槽共同建造。泵站由现场条件控制，分两层安装:进气道、格栅、可变配电室、水泵和集水池。泵站整体结构外部尺寸为23.3米×12.9米×10.0米，地面厚度约为0.5米至1米合成管库顶板与泵房顶板共面，通过输出水管顶面和机子层外侧，形成完整的结构横截面。
结束语
底层隧道涉及许多专业人员和内容，工程环境也复杂多样。为了建设功能合理、交通安全和工程经济的海底隧道，总体设计阶段需要对周边项目、长期项目和环境进行详细调查、科学研究和技术应对。此外，由于各种工程往往委托给不同的施工实体，需要前期工程的施工单位牵头对边界条件进行分类，整合各方的需求，制定连接计划，并制定明确的施工时间表。
参考文献
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