城市浅埋地下通道的设计与施工探讨

摘要随着经济的高速发展，城市的交通需求日益增加，人们对于出行环境提出了更高的要求。一大批原来的市政设施逐渐不能满足需求，地下市政改造工程普遍出现。长沙坡子街地下通道项目，位于长沙市坡子街青和购物中心位置，是青和购物中心A、B栋建筑坡子街地下连通工程。施工时工程地表坡子街路面需保证人通行功能，不能破坏现有的路面及设施。且地下管线纵横交错，水文、地质条件复杂，施工环境复杂，施工场地有限，开挖断面比较大，埋深比较浅。

结合长沙坡子街地下通道项目，就此类问题的设计与施工为同类工程提供有益的参考。

关键词城市地下通道构件最大内力值临时支柱梁与立柱 设计与施工

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

随着城市化进程的不断深入，长沙市的交通设施得到了显著改善，而城市的地下通道是未来交通设施发展的主要方向之一。而在城市中心修建地下通道，可以避免工程施工与地面交通的相互影响。本工程位于长沙市坡子街青和购物中心位置，是青和购物中心A、B栋建筑坡子街地下连通工程。本工程开工前，本工程两端的A、B栋建筑地下部份负一层、负二层已完成。根据现场实际情况，本工程需从两端利用A、B栋负一层、负二层空间及A、B栋基坑护壁剩余空间进行相向暗挖施工。施工时工程地表坡子街路面需保证人通行功能，不能破坏现有的路面及设施。

本工程为主要街道路面地下建筑物，地下管线纵横交错，水文、地质条件复杂。涉及政府多个职能管理部门的社会关系，施工环境复杂。施工场地有限，开挖断面比较大，埋深比较浅。施工工期相当紧，工程难度大，场地狭小，施工干扰多等是本工程的特点。

2 通道的开挖及初期支护施工

本工程为A、B两栋商场AL、BA-BF轴线地下一、二层连通通道。平均宽22.2米、长67米、高6.5-8.5米范围内的土方开挖、立柱、临时支护及拆除、钢筋、混凝土等一系列工程。

2.1总体施工方法及原则

本工程因环境原因不能进行大开挖施工，根据浅埋工程施工特点，采用“PBB”法（即柱、梁、梁法）施工。由于工期及场地的限制，采用南、北两翼同时施工的方式。施工时考虑通道围岩自稳时间较短等特点，围岩开挖采用CRD法分段施工，使每部开挖的循环时间缩短，保证施工安全。每一段的超前注浆施工做完后再进行开挖施工，整个断面分2台阶2步开挖，每步之间拉开4-5m的距离，每步小断面采用留核心土方法施工，超前不稳定地段进行注浆封闭。

初期支护应有足够的刚度，在支护过程中，以喷砼为主，锚杆为辅。喷砼采用湿喷法施工，临时支护施工必须与开挖进度环环相连，对暂时不挖土体进行15cm素喷砼支护尽可能不留临空面太多时间。锚杆采用抗浮锚杆，高压泵压浆法（注浆压力0.3MPa，浆液配合比1：0.45）。

2.2施工要点

①严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测、早反馈”的原则。通过减少对围岩的扰动，保持围岩的本身强度和稳定性。

②采用超前小导管，管棚加固围岩，以保护开挖面和洞顶围岩的稳定，防止围岩松动。

③初期支护后，应及时进行拱背后回填注浆，填充空洞，减少地层和地表沉降，控制初期支护的变形，同时无堵地下水。

④完善通道内的排水措施、遵循“防、排堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则。

3 临时工程设计与施工

3.1. 结构概述

长沙坡子街地下通道地下穿越距离16.8 m，上覆土最大堆集厚度约3m，通道顶部路面为步行街，禁止车辆通行。

3.2. 荷载汇集计算

根据资料及现场实验数据得知，顶板上荷载对可以采用土与混凝土的平均值，即，恒载标准值为 ，而活荷载标准值：。

3.3. 管棚尺寸验算

本隧道暗挖施工时，拟采用的公称直径为80 mm的镀锌钢管为管棚，单根外直径=88.5 mm，内直径=80.5 mm, 管棚内钢支撑的间距为L=0.8 m，管棚之间的间距为20 cm。直接作用在单根钢管上的荷载为，

根据管棚在两榀钢支撑中的工作状况，可以近似地将钢支撑中的管棚简化为简支梁进行计算。由此可得最大挠度为

，通过计算，可以满足施工要求。

3.4. 临时支撑钢拱架尺寸验算

本隧道暗挖施工时，内支撑为18#工字钢，根据临时支护的形式，其在隧道内的受力形式也可以简化为简支梁进行计算。通过计算，可以满足施工要求。

3.5. 临时支柱与梁的计算

因临时立柱，临时冠梁等在地下通道中的受力与其所处的位置存在很大关系，如采用简化计算的方法则有可能造成材料浪费，或偏于不安全。基于以上情况，为了准确地计算临时结构在通道中的受力状况，在本次计算中采用电算方法进行，计算模型如图1所示。为消除长度方向边界效应的影响，模型为三跨长度建模，取中间一跨计算结果进行设计。

计算结果如图2、图3、图4所示，从中可以看出，中间临时支柱为轴心受压构件，而两边立柱则为偏心受压构件；横向与纵向的是梁和边梁既受弯有受剪。提取各部分构件的最大内力如下表所示：

表1 地下通道各构件最大内力值

图1 整体模型离散图2 整体轴力分布

图3 整体弯矩分布 图4 整体剪力分布

3.6施工措施

①表土层开挖：采用人工、斗车施工，施工前首先进行测量放样出桩顶高程及冠梁范围。南北两侧翼同时施作。

②区域内立柱：场采用人工挖机，红砖护壁，根据设计要求桩径安装桩身模板和柱模板后，井筒内绑扎钢筋笼，混凝土使用商品，溜桶下料，插入或振捣。

③施工防水：施工缝防水采用橡胶止水带止水，上层顶部防水在临时支护喷砼与现浇砼间加铺土工布，底部防水亦采用土工布铺设在垫层之上防水。

④当负一层顶板现浇完后进行回填灌浆，灌浆孔预埋Φ40钢管，管网间距为3000×3000mm。其它回填灌浆采用高压注浆泵注压，注浆压力控制0.3MPa，水泥浆自制配合比为1:0.45。

⑤临时立柱拆除，采用人工凿除施工。

4通道施工注意事项

①施工前应对地下管线及地面设施作充分调查核实，尤其对影响地道埋深和出口布置的控制管线，应逐一核实其类型、埋深、位置、尺寸。对施工过程中需迁改、加固保护的管线。

②如通道施工开挖遇到富水砂层地段，可采取预注浆加固地层措施封堵地下水，不宜采取抽排降水措施，以控制地面沉降。

③衬砌混凝土施工要做到捣固密实，防止出现蜂窝麻面，并特别注意变形缝、施工缝的施工质量，衬砌混凝土的质量是结构防水体系的基础。

5结语

综上所述，在现实工程设计与施工中，虽然地下通道的投资比较高，也有很多不确定因素在影响，特别是地质条件较复杂地区，但地下通道对城市景观的影响较小，随着交通的日益发达，地上的交通流量越来越大，地下通道将是未来的发展方向。城市地下通道工程因其条件、周边环境等因素的影响，具有自身的鲜明特点。因此，在地下通道的设计与施工过程中，应着重关注以下几点：

1 收集地下资料和进行既有结构的检测，通过计算结构形式以及受力特点之后，并在施工过程中不断验证。

2通道工程周边复杂，场地狭窄，需根据承载、变形控制、周边管线及构筑物的实际情况等要求选择适宜的施工方法，支护形式。

3立柱与楼板结合部等结合部位的设计与施工需足够重视。可根据计算分析结果，通过植筋并设置施工缝或变形缝来完成连接，并做好防水构造。

参考文献：

[1] JTGD70-2004,公路隧道设计规范[S].

[2] 建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社。

[3] 陈有亮、杨洪杰，徐前卫.地下结构稳定性分析[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[4] 麻永华，贺善宁，建筑物浅埋暗挖隧道施工技术研究[J].铁道标准设计，2004，2004.

作者简介：曹峰（1982.8- ），男，湖南益阳人，湖南省地质矿产勘查开发局四一四队，工程师，2009年硕士研究生毕业于中国地质大学。