软土地层中市政下穿隧道与城际车站合建方案设计研究

文／李哲旭 广州地铁设计研究院股份有限公司 广东广州 510000

引言：

近年来，在国家政策和经济发展的推动下，我国轨道交通建设和城市市政建设发展突飞猛进。为更好地满足通行需求，城轨（城际轨道交通和城市轨道交通）在市区内基本沿主干道敷设，这导致部分市政下穿隧道不可避免地与城轨车站产生关联。目前国内的关联工程案例主要以平面避让为主，部分案例采用预留条件[1]、同期合建[2-3]、拆除后合建恢复既有隧道[4]等方式。

对于市政下穿隧道与车站位于同一路由的情况，相比平面避让方案，下穿隧道和车站上下重叠、同步合建方案不仅节约地下空间资源，而且具备加快整体实施进度，减小工程风险，降低对周边环境干扰，节约投资等优点，具有良好的经济和社会价值。采用该合建方案需特别处理好车站合建段和下穿隧道独建段的结构衔接、支护方案及轨道交通盾构隧道下穿市政隧道等问题的处理，尤其在软土地层，轨道交通车站、隧道和市政下穿隧道三者的建设相互影响程度更高。

本文以某城际车站和市政下穿隧道为例，对软土地层中合建方案关键技术要点进行研究分析，提出可供参考的设计方案,以期为类似项目提供借鉴。

1.工程概况

某城际车站呈东西走向敷设于两个十字交叉路口之间的主干道下方，为地下两层岛式车站，长272m，宽29.5m。城际区间采用盾构隧道，管片外径8.5m，壁厚0.4m。市政下穿隧道采用干线型城市主干道标准设计，隧道内为双向6 车道主线+南侧单向2 车道匝道，地面设置双向四车道辅道，主线设计速度60km/h，地下匝道和地面辅道设计速度40km/h。市政下穿隧道和城际区间、车站共路由，隧道总长830m，由位于车站两侧的独建段和与车站合建的合建段组成，其中西侧独建段和东侧独建段长度分别为338.5m 和219.5m，合建段长度为272m，纵断面布置如图1 所示。

图1 市政下穿隧道和城际纵断面

市政隧道独建段包括U 型槽区间和明挖暗埋区间（标准断面如图2 和图3 所示），合建段负一层为隧道空间，负二层为站厅层，负三层为站台层（标准断面如图4所示）。该项目施工工序为市政下穿隧道和城际车站同步实施，城际隧道待市政下穿隧道独建段土建工程施工完毕后再通过其下方。两者合建并同步实施，不但有利于集约利用土地和后续周边地块开发，还可共享管线迁改、交通疏解、基坑支护等措施，降低总投资和总工期，且同步实施可以避免先城际后市政带来的城际工程保护问题。

图2 独建段U 型槽区间标准断面图

图3 独建段明挖暗埋区间标准断面图

图4 合建段标准断面图

2.工程地质

根据地质钻孔揭露，场地内地层从上至下依次为人工填土层Q4ml、海陆交互相层Q4mc、冲洪积层Q3+4al+pl和花岗岩风化层K1、J3 等，各主要土层地质参数见表1。场地范围内淤泥层厚度较大，最大厚度达到14m。

表1 主要土层地质参数表

独建段基坑最大深度为11.7m，基坑底主要为淤泥层。合建段标准段基坑深度为27.2m，基坑底主要为全风化花岗岩。盾构隧道顶板主要为粉质黏土层，隧道洞身和底板主要为粉质黏土层和中粗砂层。

3.主要设计技术指标

（1）设计荷载：城—A 级。（2）净空高度：机动车道≥4.5m，非机动车、行人≥2.5m。（3）设计基准期：设计基准期100 年，设计使用年限100 年，安全等级为一级，结构重要性系数不小于1.1。（4）环境类别：环境类别为I-C，混凝土取C40。（5）结构抗浮水位：和地面平齐，抗浮安全系数不小于1.1。（6）抗震设防烈度：7 度。

4.隧道结构设计

4.1 独建段U 型槽区间

独建段U 型槽区间基坑深度为2～9.3m，基坑深度不大于3m 的隧道支护采用钢板桩支护，基坑深度大于3m 采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系。以基坑深度最大处的U 型槽典型断面为例（如图5 所示），该断面基坑宽度为40m，基坑深度为9.3m，基坑底为<2-1A>淤泥土，盾构隧道距离基坑顶竖向净距为9m，其中左线盾构隧道距离基坑边缘较近。

图5 独建段U 型槽区间基坑支护和地基加固示意

结合该处地层条件，该断面基坑采用D1m@1.2m钻孔灌注桩+一道0.8m×1m@9m 钢筋混凝土支撑+一道D0.8m@3m 钢支撑（t=16mm），灌注桩后采用D0.85m@0.6m 三轴搅拌桩止水帷幕，止水帷幕深入基坑底以下5m。围护桩距离左线盾构隧道最小距离按1m控制，避免围护桩影响后期盾构施工。基坑内侧被动区采用三轴搅拌桩裙边加固，加固宽度为6.6m，深度为5m。

U 型槽采用D0.85m@0.6m 三轴搅拌桩复合地基，复合地基的承载力特征值要求不小于110kPa（修正前），搅拌桩处理深度需穿过淤泥土和淤泥质土等软弱土，深入持力层不少于1m。被动区三轴搅拌桩加固大样如图6 所示，长短搅拌桩间隔布置，其余区域三轴搅拌桩加固大样如图7 所示。

图6 三轴搅拌桩被动区加固大样和复合地基加固大样

图7 独建段明挖暗埋区间基坑支护和地基加固示意

围护桩冠梁尺寸为1.3m×1m，冠梁和U 型槽相互咬合0.3m。U 型槽抗浮采用结构自重+铺装压重+围护桩抗浮+临时立柱桩兼做抗拔桩+抗拔桩抗浮体系，为保证抗拔桩抗拔能力的发挥，立柱桩和抗拔桩距离盾构隧道外皮的水平净距应大于等于3m。

4.2 独建段明挖暗埋区间

独建段明挖暗埋区间基坑深度为9.3～11.7m，采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系。以基坑深度最大处的明挖暗埋区间典型断面为例（如图7 所示），该断面基坑宽度为40m，基坑深度为11.7m，基坑底为<2-1A>淤泥土，盾构隧道距离基坑顶竖向净距为8m，其中左线盾构隧道距离基坑边缘较近。

结合该处地层条件，该断面基坑采用D1m@1.2m 钻孔灌注桩+一道0.8m×1m@9m 钢筋混凝土支撑+两道D0.8m@3m 钢支撑（t=16mm），止水帷幕、被动区加固和复合地基加固方案与U 型槽区间相同，明挖暗埋区间复合地基的承载力特征值要求不小于130kPa（修正前），搅拌桩处理深度需穿过淤泥土和淤泥质土等软弱土，深入持力层不少于1m。

明挖暗埋区间抗浮采用结构自重+铺装压重+覆土压重抗浮体系。

4.3 合建段

合建段市政隧道和车站共建，标准段基坑深度27.2m，主线隧道和车站同宽，南侧地下匝道布置在主线隧道外侧。合建段分两期施工，如图8 所示，第一期基坑宽度29.5m，支护结构采用1.2m 地连墙，嵌固深度17m，内支撑采用3 道混凝土支撑+4 道钢支撑+1道换撑；第二期基坑宽度10m，一侧依托主体的地连墙，另外侧设置SMW 工法桩，嵌固深度17m，内支撑采用1 道混凝土支撑+2 道钢支撑。地连墙两侧均采用D0.85m@0.6m 三轴搅拌桩槽壁加固，加固至淤泥或粉细砂土层以下1m。主线基坑底主要为全风化花岗岩，无需进行地基加固；南侧地下匝道地基加固处理方式同独建段明挖暗埋区间。主线采用结构自重+铺装压重+覆土压重+围护桩兼做抗拔桩+临时立柱桩兼做抗拔桩+抗拔桩抗浮体系，南侧地下匝道采用结构自重+铺装压重+覆土压重抗浮体系。

图8 合建段一期和二期基坑横断面示意

5.盾构隧道施工防护措施

由于市政隧道先于下方盾构隧道施工，且下方盾构隧道和市政隧道同路由，盾构隧道施工引起的地层损失将对上方先期实施完成的市政隧道产生竖向不均匀沉降。根据《城市桥梁隧道结构安全保护技术规范》[5]，市政隧道竖向位移的安全保护控制值为20mm，本工程借鉴该控制值，并采用Midas GTS/NX 对建设过程进行二维数值分析。

土体采用修正摩尔库伦模型，采用盾构隧道梁收缩功能模拟地层损失，地层损失率为0.5%，数值分析结果如图9 所示，可见在不考虑其他保护措施的情况下，市政隧道最大的竖向沉降为15.3mm，满足规范的要求。

图9 市政隧道竖向位移分析结果

为进一步降低盾构隧道对市政隧道的影响，盾构施工还需采取以下防护措施：

（1）加强对上方市政隧道变形的监测，并做好施工应急预案。（2）通过对盾构掘进时地面变形曲线进行实测反馈，不断调整、优化掘进参数，以验证选择施工参数的合理性，做到信息化施工，将地层损失率控制在0.5%及以下。（3）加强同步注浆及二次补充注浆。在衬砌环脱出盾尾的同时，进行及时注浆，填充隧道和地层间的建筑空隙，减小上方市政隧道变形，如变形较大，还需对穿越段的管片背后进行二次补充注浆。

结语：

本文详细介绍了软土地层中某城际车站和市政下穿隧道同路由合建工程的设计方案和技术要点，并分析了后实施盾构隧道对上方先实施市政下穿隧道的影响，对盾构隧道采取合理的防护措施。设计方案可满足基坑支护、抗浮、基础承载等方面要求，且市政下穿隧道、城际车站、区间盾构隧道之间相互影响在可控范围内，为以后类似工程提供借鉴。