电力隧道浅埋暗挖下穿城市道路的可行性研究

喻 海

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京市 100022）

1 工程概况

某新建电力管道项目建设位于通州区北关大道至通州区玉带河大街，西起北关大道，向东南和东关北街、东关中街、东关南街、东关一街、新华东街、西上园一路、上园路、上园北二街、上园北一街、上园中街、上园南街、东上园一路依次相交，终止于玉带河大街西北侧。某标段涵盖从1+315～2+158与其支线，新建2.0 m×2.3 m+2.6 m×2.9 m暗挖电力隧道，总长187 m。

2 工程难点及应对措施

2.1 工程难点

暗挖隧道覆土范围控制在2.8～7.5 m，纵坡≤6.4%，穿越地点包括粉砂、粘质粉土、细砂层。因为隧道与北运河的距离相对较小，并且具备非常丰富的含水量，因此在实际挖掘的过程中，涌水涌沙的几率相对较大，并且会被潜水严重干扰[1]。

在该项目中，暗挖竖井共2座，规格是12.3 m×5.9 m。井口配置现浇钢筋混凝土锁口圈梁，在锁口圈梁的下部区域使用“喷射商品混凝土+网构架构+钢筋网支护+防水模板+现浇钢筋混凝土”的形式，支护最开始的衬厚度为0.30 m，钢架数值方向的间隔控制在0.6 m左右。二衬之后的厚度大致控制在0.3 m左右，所使用的是钢筋混凝土架构。竖井底部的初衬所使用的是喷射混凝土的形式进行施工，其整体厚度控制在0.3 m左右。在施工作业时，将其自身的厚度控制在0.5 m左右，钢筋与其二衬侧墙钢筋连结起来。初衬钢架使用的是Φ22 mm的受力钢筋，之后将Φ12 mm钢筋冷压构成“8”字筋并与受力筋焊在一起，连接钢筋使用的是Φ20 mm的钢筋，环向当中间隔1m之内使用外双层排布，拱架内外两边配设Φ6 mm钢筋网线。因为竖井挖掘的深度相对较低，并且其竖井挖掘穿过地质架构的稳定系数相对较低，其自身还会受到地下潜水的影响，因此其挖掘的风险系数相对较大。

在暗挖区段（1+875～2+062），因为暗挖18#竖井区域属于某公司项目临时通道，因此不能临时占地。此处堆积有该公司相对较多的材质、器械，要求展开对应的协调工作。

2.2 应对措施

（1）隧道展开台阶作业，实时地架设格栅封闭成为一个环形。

（2）格栅自身的间隔控制在0.5 m左右，由对应的工程师全程监控，确保各个过程安装的整体安全质量。

（3）暗挖隧道所使用的是超前注浆稳固手段，注浆材质所使用的是Φ32 mm的普通钢管展开稳固作业，加固区间是挖掘的顶层，注浆闭水材质属于水泥水玻璃浆体。

（4）拱提顶层及其变现以10 m配置沉降点与收敛点为一组，强化检测的频度，出现问题时及时地矫正并修改方案，确保挖掘作业的稳定性。

（5）竖井挖掘所使用的预留核心土，对称挖掘，实时配设格栅，并展开对应的密闭作业；由施工员全程监控，严格管理竖井整体架构，以及其安全质量。

（6）竖井环向配置侧面的锚管，垂直方向两榀配置一打，上下分开，其角度控制在15°～20°左右，锚管的半径为16 mm，整体长度为2.5 m，水平间隔控制在1 m的水平。借助锚管向地基灌注改良的水玻璃浆液来实现，依照挖掘的切实土体性质及其地下潜水的状况，调节锚管间隔及其注浆材质，假若潜水相对富余，应把压注浆液换为水泥-水玻璃浆液，确保竖井是在无水的情况之下完成的作业，减少竖井挖掘整体，以及其自身的作业风险。

3 有限元计算

3.1 计算模型

为了探讨车辆载荷效益下隧道整体的形变状况，就该隧道和路面间的位置关联展开研究分析，通过FLAC3D构作有限元计算整体模型。模型建立时参照了超前管棚的预注浆效益，以及锚杆整体的稳固作用。

3.2 材料物理力学参数

材料物理力学数据依照《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），《混凝土设计规范》（GB 50010—2010），以及其现场的地址诊断结果来确立，如表1所列。

表1 计算模型材料力学数据一览表

3.3 汽车荷载施加

在都市中的隧道作业环节中，必定会出现绕行的情况。所以在模型建立时，要考虑到车辆自身的载荷作用。依照《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011），将其所受到的最不利的载荷考虑到其中，汽车荷载分别按“车道荷载”与“车辆荷载”考虑，所以模型同样依照两种形式来进行计算分析，如图1和图2所示。

图1 “车辆荷载”加载受力图

图2 “车道荷载”加载受力图

3.4 施工步序

电力隧道模型区段的整体宽度控制在11 m左右，借助边挖掘边支护形式展开。每以此挖掘的整体长度控制在1 m左右，挖掘6 m(也就是1/2时)。针对已经挖掘的区段展开二次衬砌，并要求一次浇筑完成。首个区段二次衬砌成型后，再展开区域的挖掘，并且要求挖掘及其支护形式都是每挖掘1 m再支护1 m，挖掘作业完成之后总体展开支护[2]。

4 计算结果

4.1 “车辆荷载”模式加载计算结果

因为车辆荷载效益在左车道，隧道挖掘完成之后，在模型上出现有编排部分区域的沉降总量＞右半部分的情况；行车时，后轮集中荷载效益区域竖直方向位的位移极限是2.4 mm，车辆中车轮效益区域极限竖向的位移是5 mm；隧道底层的极限抬升总量为1.73 mm。

各区段曲线的整体走向大致相同，隧道的作用区间大致为7 m；右车道区域并没有受到行车载荷的作用，因此沉降总量相对较低；隧道轴线处的沉降总量相对较大，3 m、4 m、7 m、8 m断面受到的车辆荷载效益及其沉降总量最大；1m、10 m处断面都处在人行道之上，因此其沉降量最低。

路表面沉降量在车辆荷载作用区域是最大的，而人行道则最低；隧道顶层的沉降在6 m区域达到极限数值，并且其隧道入口以及其出口断面竖直沉降的数量都相对较大。所以，在作业环节中要求开展好隧道出入口区域的安全防护工作。

4.2 “车道荷载”模式加载计算结果

计算后得到：在均布荷载的前提下，隧道挖掘结束的时候，模型两侧竖向变形具备显著的对称性；相较于人行道沉降量来说，路面沉降量显著要大，而隧道出洞段路面沉降量又比这两者均大；隧道拱顶与路面沉降量的极限值分别是1.23 mm、0.9 mm，隧道拱底隆起的极限值是1.83 mm。

沉降槽的分布具备显著的对称性；隧道会对周围7 m内的环境造成影响，隧道中心线路面沉降存在非常明显的区别，其余点位路面沉降量几乎没有差异；沉降量最低与最高的分别是1 m、2 m断面路面、隧道中心线，10 m位置断面出洞口周围的沉降量同样偏大。鉴于此，在实际作业时，一定要重视这一点。在车道都具备荷载的条件下，路面沉降量与隧道沉降量都相对平缓；路面沉降的极限值在隧道出洞口上方，进出洞口位置的隧道拱顶沉降都相对较大。鉴于此，在实际作业时务必注重[3]。

5 价值分析

（1）以往已经有类似工程在沉降变形敏感的地方运用浅埋暗挖法。隧道挖掘之后结构的稳定性相对较好，并且围岩变形量也相对理想，结构受力与位移变形值能很好地控制，所以倘若交通没有中断，依然能进行暗挖施工。

（2）选择暗挖法下穿公路具备技术可靠性，可是因为实际作业中挂车通行要被限制，要防止隧道出现严重变形问题，避免出现坍塌问题。

（3）隧道进出洞口位置是作业中的难点与危险点，因此进洞前应运用切实有效的加固手段，还应在隧道进出口第一时间完成锁口操作。

6 结 语

综上所述，通过应用这种施工方法，电力隧道选择浅埋暗挖法下穿道路具备较好的可靠性与可行性，不但能使道路的畅通性得到保障，还能使作业中电力隧道稳定性与安全性得到保障，保证了工程的顺利施工，值得推广应用。