岗头河综合整治一期工程坂雪岗大道箱涵涉铁段设计方案

戴 晶

（深圳市广汇源环境水务有限公司,广东 深圳 518000）

随着中国城市化的发展使得城市交通需求越来越大,地铁以其节省城市有限土地资源、载客量大、通勤时间短、污染小等优点,在一线和省会城市备受青睐,目前全国已有39 座城市拥有地铁。河流水系是城市重要的排水通道,为区域高程低点,导致部分地铁隧道穿越城市河流段,河道工程的施工,会对邻近地铁隧道结构造成一定程度上的扰动,从而影响邻近地铁隧道的受力状态。地铁作为城市人民群众重要的出行方式,社会影响极大,如果地铁隧道受力及变形状态变化较大,则极有可能引起隧道的坍塌,甚至危及人民群众的生命财产安全。本文以岗头河坂雪岗大道箱涵涉地铁10 号线为研究对象,探讨涉铁箱涵设计及施工方案。

1 工程概况

岗头河综合整治一期工程位于深圳市龙岗区坂田街道境内,河道按50 年一遇防洪标准进行整治,河道整治范围为岗头河五和大道箱涵出口至坂雪岗大道箱涵进口,整治长度1.785 km；黑臭水体治理范围为五和大道下游段水质净化厂二期工程至象角塘村,总长度为2.703 km。施工内容包括河道整治工程、水体消黑除臭、截污工程、补水工程、管线迁改工程、景观工程、交通疏解工程、水土保持工程[1]。

本次研究对象位于岗头河坂雪岗大道箱涵与地铁10 号线交叉段,该段箱涵原设计方案为拆除现状4.0 m宽×3.1 m高×2 孔箱涵,重建净空尺寸为4.5 m宽×4.5 m高×3 孔箱涵,地铁左线隧道顶部距箱涵底部最小距离3.82 m,地铁右线隧道顶部距箱涵底部最小距离3.85 m,计划于10 号地铁线通车运营前施工完毕,由于箱涵施工进度滞后,现地铁右线隧道上部箱涵已施工完毕,当施工地铁左线隧道上部箱涵时,基坑开挖至旧箱涵漏出地面时,地铁出现上浮现象,上浮约4.2 mm（根据深圳市地铁集团有限公司发布的《地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法》（2018 年版）检测数据5 mm预警,8 mm报警,10 mm上限允许值）,在得知地铁10 号线即将在下个月通车运营消息后,该施工段被深圳市质监站叫停,要求停止施工,并对现设计方案进行优化。涉地铁左线隧道段箱涵总长70 m。

根据工程勘察成果,坂雪岗大道箱涵涉铁段地层自上而下分别为为素填土层、冲填土层、砾砂层、砾质粘性土层等。其中：素填土层厚4.5 m,距离地面4.5 m；冲填土层厚1.1 m,距离地面5.6 m；砾砂层厚3.9 m,距离地面9.5 m；砾质粘性土层厚10.8 m,距离地面20.3 m。箱涵埋深约7.15 m,地铁隧道埋深约10.95 m,河道箱涵位于砾砂层,地铁隧洞位于砾质粘性土层。

2 河道箱涵与地铁左线隧道交叉段设计方案

现状箱涵尺寸为4 m宽×3.1 m高×2 孔,仅满足5 年一遇设计洪水标准过流要求,而河道防洪标准为50 年一遇。施工地铁左线隧道时因河道箱涵下部地铁即将通车,为保障地铁10 号线安全运营且河道过流断面能满足50年一遇防洪标准要求,通过技术手段优化地铁左线隧道上部箱涵设计方案[2]。

（1）为避免大开挖造成地铁隧道继续大幅上浮,箱涵与地铁10 号线左线隧道交叉段70 m范围内保留现状旧箱涵,待基坑开挖至旧箱涵顶部开始注浆,对箱涵基础进行加固,且加强对地铁隧道的保护措施。

（2）在旧箱涵两侧各新建3 m宽×4.5 m高×1 孔箱涵,待新建箱涵完成后,将旧箱涵顶部拆除加高至与新建箱涵同高。

设计方案见图1。

图1 箱涵优化设计方案

3 河道箱涵与地铁左线隧道交叉段施工方案

3.1 基坑支护

为避免地铁隧道继续大幅上浮,引发安全事故,新建箱涵采用分期分段开挖施工,地铁左线隧道上部段采用U型井支护、衔接段采用微型桩支护,U型井支护段分段长度为4.7 m一段。

3.2 分层开挖、等效配重

a.为避免基坑开挖导致地铁左线隧道继续大幅上浮,基坑开挖采用分层开挖,等效配重的方式施工,根据开挖土层重量计算,基坑开挖至A模时,在旧箱涵内等效配重36.28 t,基坑开挖B1~B7 模时,每开挖一模在旧箱涵上方等效每次增加配重30.70 t,且当基坑开挖至B5 时,采用φ325 mm×12 mm厚钢管对撑并增设钢板支座,横撑间距2 m设置一段,钢管与钢板采用焊接连接[3]。

b.配重采用预制混凝土块(推荐尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m）。

c.基坑开挖与配重施工同步实施,且配重重量≥基坑开挖土层重量,每次开挖前应根据前一日变形数据调整等效压重重量,控制隧道每日变形量不超出正负0.3 mm。

d.涉地铁左线隧道段箱涵范围为距地铁隧道边线地铁隧道净空两倍范围,应分段进行施工,分段长度为4.7 m,施工顺序应从两侧开始向地铁隧道中间方向施工,施工时采用竖井进行支护,建议左岸按照1/2/3/4/5/6/7顺序施工,右岸按照14/13/12/11/10/9/8 顺序施工。

e.施工前应做好施工方案及施工工序安排,并严格按照相应工序施工,禁止超挖、超载,箱涵施工完成后依次有序回填、卸载,待整模箱涵完成后再进行下一段箱涵施工[4]。

混凝土块配重计算：

式中：m为土层或混凝土块的质量；ρ为土或混凝土块的密度；v为土层或混凝土块的体积。

配重混凝土块块数：

式中：N为混凝土块块数（取整数,不足整数时向前进一位取整）；m土为土层的质量；m砼为单个混凝土块的质量。

U型井支护分段施工平面图见图2, 分层开挖、等效配重见图3。

图2 U型井支护分段施工平面图

图3 分层开挖、等效配重示意图

4 地铁隧道整体抗浮验算

选取地铁标准断面按每延米对地铁隧道进行整体抗浮计算,基础抗浮稳定性应符合下式要求:

式中：G为建筑物自重及压重之和（G=G1+G2+G3）,5832.90 kN；F为浮力作用值,1699.42 kN；K为抗浮安全系数,取值1.1。

经计算,G/F=5832.90/1699.42=3.43≥1.1,故箱涵建成后地铁隧道整体抗浮满足规范要求。

5 结语

综上所述,根据地铁隧道设计资料,结合在建岗头河综合整治一期工程设计、施工资料,分析研究岗头河坂雪岗大道箱涵与地铁10 号线左线隧道交叉段设计、施工方案。岗头河坂雪岗大道箱涵与地铁10 号线交叉段施工对地铁隧道结构的变形会产生一定影响,但在严格按照设计要求进行施工的条件下,不危及地铁的结构安全。根据分析计算及工程实践,本文得出以下结论：

（1）该工程的开挖过程对下部地铁盾构隧道的结构有一定影响,但其变形和位移量均在安全可控的范围内。因此,河道综合整治工程不会危及地铁的结构安全。

（2）箱涵建成后地铁隧道整体抗浮验算满足规范要求。

（3）坂雪岗大道箱涵重建后,将该河段过流能力由5 年一遇防洪标准提高到50年一遇防洪标准,满足规划河道防洪要求。