某地铁区间隧道下穿高速公路路基专项设计研究

李军

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

【摘要】地铁盾构隧道下穿既有高速公路路基施工时，可能导致高速公路路面出现不均匀沉降，甚至塌陷等安全风险。本文以某地铁区间隧道盾构下穿高速公路路基为实例，通过数值分析，并结合本工程地质条件，对下穿高速公路提出相应的保护措施，确保盾构穿越高速公路路基施工的安全。

【关键词】盾构隧道；高速公路；数值分析；保护措施

1 工程概况

某区间盾构隧道下穿高速公路，隧道与高速斜交角约73.46°，交叉处为高速公路路基段。穿越段高速公路宽度为38m，双向六车道（远期预留双向十车道建设条件）。

根据高速公路竣工图资料，区间隧道下穿高速段，高速公路路基为路堑，两边无边坡支护，下穿段路基地层较好，无软基处理措施。

图1 区间隧道与高速公路平面位置关系图

2 工程地质与水文地质

根据详勘地质报告揭露，下穿高速公路路基段自上而下地层依次为：<1>人工填土层、<3-2>冲积-洪积中粗砂层、<4n-2>粉质粘土层、<5h-2>硬塑残积土、<6h>燕山期全风化花岗岩层、<7h>燕山期强风化花岗岩层、<8h>燕山期中风化花岗岩层、<9h>燕山期微风化花岗岩层。下穿高速公路段区间隧道埋深21m，隧道拱顶所处地层为<5h-2>硬塑残积土、<6h>燕山期全风化花岗岩层。地下水类型主要为：第四系孔隙水和基岩风化裂隙水，地下水动态变化具季节性，主要受降雨季节支配。

3 区间隧道结构设计

盾构隧道的结构设计应综合考虑地铁建筑限界、施工误差和测量误差、周边环境和地质条件、施工工艺和施工安全等因素，经工程类比确定；同时也要根据结构分析的结果，满足地铁运营期间结构受力、变形、裂缝控制等结构验算的要求。

本区间隧道下穿高速路基段处所处围岩等级为Ⅴ级围岩，位于残积土和全风化花岗岩层中，隧道拱顶埋深约21m。采用装配式钢筋混凝土单层衬砌，盾构隧道采用高精度钢筋混凝土管片，管片混凝土强度等级为C50，抗渗等级P12，管片外径6m，环宽1.5m，管片厚度0.3m。

管片衬砌环采用错缝拼装，每环管片由3个标准块、2个邻接块和1个封顶块组成；管片之间的环向接缝和纵向接缝均采用弯螺栓连接。盾构隧道结构计算应考虑衬砌与围岩的共同作用以及错缝拼装管片接头处弯矩和剪力传递的影响，盾构隧道断面型式。

4 数值分析

采用MIDAS GTS NX有限元计算软件进行计算模拟，选取地勘钻孔，地质参数参照详勘报告取值。以高速路基宽度2倍范围进行建模计算，高速公路路面加行车荷载，区间隧道盾构采用分步掘进，计算结果如下图所示：

图2 盾构穿越施工后，高速公路路基竖向沉降图

隧道施工时，根据《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911要求，高速公路控制地表沉降值不应超过30mm，地表隆起值不超过10mm，并以最大值的80%作为安全警戒值。通过MIDAS GTS NX 建模并计算分析，高速公路路基在地铁区间盾构掘进施工过程中，最大沉降为8mm，满足规范要求。

5 下穿高速公路保护措施

地铁隧道下穿高速路基段，隧道拱顶埋深约21m，埋深较深，对高速公路的路面沉降影响很小，可以保证高速公路的运营安全。盾构下穿广深高速公路时，应控制盾构掘进参数，及时同步注浆和洞内跟踪注浆，注浆时，应严格控制注浆压力。盾构通过时，应加强对高速公路路面沉降的监测，盾构通过后待监测数据稳定后方可停止监测。

应急措施：盾构掘进过程中，应对高速公路沉降变形进行严密监控，并及时分析反馈。同时，利用实测数据进一步修正完善地表沉降变形的预测结果，做出早期预警并制订应急措施。当高速公路路基沉降变形达到允许值的60%时，应在高速公路两侧斜向路基下方预埋袖阀管；当变形达到警戒值（即允许值的80%）时，进行袖阀管注浆加固。

6 结论

本文以某地铁盾构区间隧道下穿高速公路路基为工程实例，利用有限元软件建立实体模型，对隧道下穿高速公路路基进行数值分析。通过分析结果，为下穿高速公路路基采取相应保护措施提供参考。盾构下穿高速公路路基前，应选取相似地层50m区段作为盾构下穿施工试验段，为下穿施工提供经验参数。盾构下穿高速公路路基施工过程中，应确保盾构连续掘进，控制盾构掘进参数，及时同步注浆和二次注浆。盾构通过时，应加强对高速公路路面沉降的监测，盾构通过后待监测数据稳定后方可停止监测。

参考文献

[1]赵明. 某区间隧道下穿高速公路影响分析[J].华东科技：学术版，2015

[2]刘俊. 某地铁盾构隧道下穿绕城高速公路安全影响分析[J].城市建设理论研究，2015

[3]刘庭金.下穿隧道施工对高速公路影响的三维数值分析[J].广州建筑，2009

作者简介：李军（1987-），男，湖北武汉人，硕士研究生，从事轨道交通工程及隧道工程结构设计工作。