武漢長(zhǎng)江公鐵隧道武昌岸設(shè)計(jì)方案

李 鵬 干學(xué)軍

(湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司軌道交通分院， 430051， 武漢∥第一作者， 高級(jí)工程師)

1 工程概況

武漢長(zhǎng)江公鐵隧道距離其下游的長(zhǎng)江二橋1.3 km，距離其上游的武漢長(zhǎng)江隧道1.9 km。該隧道被規(guī)劃定位為城市道路與武漢軌道交通7號(hào)線(以下簡(jiǎn)為“7號(hào)線”)共用的越江隧道，在漢口岸沿三陽(yáng)路敷設(shè)，在武昌岸沿秦園路敷設(shè)。其地理位置如圖1所示。

武漢長(zhǎng)江公鐵隧道采用雙向6車道公鐵合建雙管盾構(gòu)隧道穿越長(zhǎng)江，其越江段隧道橫斷面布置如圖2所示[1]。

武漢長(zhǎng)江公鐵隧道從漢口岸的三陽(yáng)路站出發(fā)，穿越長(zhǎng)江后到達(dá)武昌岸，通過(guò)武昌風(fēng)井(工作井)后，公路隧道與地鐵隧道豎向分離，為7號(hào)線徐家棚站的設(shè)置提供條件；在武昌岸通過(guò)徐家棚站后，公路隧道與地鐵隧道在平面上完全分離。武漢長(zhǎng)江公鐵隧道縱斷面如圖3所示[2]。

武漢長(zhǎng)江公鐵隧道在武昌岸形成三級(jí)交通疏解(見(jiàn)圖4)：通過(guò)武昌風(fēng)井后，主線雙向6車道隧道沿秦園路下方爬升，在團(tuán)結(jié)路、和平大道分別設(shè)置進(jìn)口E、出口F匝道，形成第一級(jí)交通疏解；經(jīng)過(guò)一級(jí)交通疏解，主線由雙向6車道調(diào)整為雙向4車道，下穿和平大道及沿和平大道敷設(shè)的規(guī)劃5號(hào)線后，繼續(xù)向南前行至7號(hào)線徐家棚站，上穿徐家棚站后在友誼大道設(shè)置進(jìn)口G、出口H匝道，形成第二級(jí)交通疏解；主線下穿友誼大道后爬坡出地面，形成第三級(jí)交通疏解。

地鐵線路在毗鄰武昌濱江商務(wù)區(qū)處設(shè)置徐家棚站，該車站為線網(wǎng)規(guī)劃5、7、8號(hào)線3線換乘車站。其中，5號(hào)線沿和平大道走行，7號(hào)線沿秦園路通道過(guò)江，8號(hào)線沿團(tuán)結(jié)路通道過(guò)江。公路隧道與地鐵5、7、8號(hào)線徐家棚站位置關(guān)系如圖5所示[3]。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

工程場(chǎng)地地貌單元為河流堆積平原，屬長(zhǎng)江I級(jí)階地。場(chǎng)地表層為松散人工填土層(Qml)，局部分布淤泥質(zhì)土，厚2～4 m；上部為第四系全新統(tǒng)沖積相(Qal4)軟-可塑狀態(tài)黏性土，軟-流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土互層，厚13～15 m；中部為稍密-中密粉細(xì)砂、中密-密實(shí)狀態(tài)細(xì)砂，約厚40 m；下伏基巖為白堊-下第三系東湖群(K-E)泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖。

2.2 水文地質(zhì)

工程場(chǎng)地地下水分為上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水?？紫冻袎核饕x存于砂性土中，上覆黏性土及下伏基巖為相對(duì)隔水層。含水層約厚40 m，主要接受側(cè)向地下水補(bǔ)給，與長(zhǎng)江水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，且水量豐富。

3 公路隧道與地鐵隧道疊交段設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 公路隧道與7號(hào)線隧道平行疊交段設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1 公路隧道與7號(hào)線區(qū)間平行疊交段設(shè)計(jì)要點(diǎn)

公路隧道主線里程LK4+119.001—LK4+287.985段為公路隧道與7號(hào)線區(qū)間隧道平行疊交段。公路隧道結(jié)構(gòu)總寬度為24.077～52.854 m，底板頂部埋深為17.718～28.419 m；其正下方地鐵區(qū)間隧道頂部埋深為26.615～30.263 m，盾構(gòu)管片外徑為6.2 m。公路隧道與地鐵區(qū)間隧道在豎向逐漸分離，公路隧道明挖主體結(jié)構(gòu)與地鐵盾構(gòu)隧道的豎向凈距：左線由0.809 m逐漸增大至7.129 m，右線由0.874 m逐漸增大至7.133 m。公路隧道左、右線中心線與地鐵盾構(gòu)隧道左、右線中心線基本重合。根據(jù)施工籌劃，公路隧道先行施工完成后，地鐵盾構(gòu)區(qū)間從武昌工作井始發(fā)掘進(jìn)，在徐家棚站調(diào)頭，最終在武昌工作井接收。該工程設(shè)計(jì)與施工中存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

1) 受武漢長(zhǎng)江公鐵隧道縱斷面線形約束，盾構(gòu)機(jī)出武昌工作井后公路隧道底板頂埋深最大值為28.419 m，為超厚覆土。

2) 受線位限制及盾構(gòu)始發(fā)空間要求約束，明挖矩形隧道底板尺寸不能設(shè)置過(guò)大。

3) 地鐵區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，隧道軌面距明挖公路隧道路面最小值為7.102 m，且兩者之間為超薄夾土。公路隧道先行施工完成后，地鐵盾構(gòu)始發(fā)引起的地層位移對(duì)明挖隧道結(jié)構(gòu)的安全影響較大。

4) 公路隧道基坑開(kāi)挖寬度為24.077～52.854 m，開(kāi)挖深度為19.119～29.820 m，屬超深基坑；且周邊建(構(gòu))筑物及地下管線密集，開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)大，地表變形控制及環(huán)境保護(hù)要求高。

針對(duì)上述工程難點(diǎn)，采取以下應(yīng)對(duì)措施：

1) 超厚覆土段明挖隧道設(shè)置架空層，以控制底板結(jié)構(gòu)厚度。隧道結(jié)構(gòu)上方設(shè)置3層架空層，其中，地下一、二層凈高為4.5 m；地下三層凈高隨下方公路隧道縱坡變化，由8.4 m過(guò)渡至2.1 m。地下一、二層采用梁-柱框架結(jié)構(gòu)，并且預(yù)留架空層與遠(yuǎn)期周邊地塊地下開(kāi)發(fā)空間銜接條件。其中，框架邊柱外側(cè)設(shè)置臨時(shí)封堵墻，并在遠(yuǎn)期周邊地塊地下空間與架空層銜接時(shí)將其拆除；沿隧道縱向地下一層結(jié)構(gòu)空間與5、7號(hào)線徐家棚站站廳層連通。將底板結(jié)構(gòu)厚度控制在1.20 m，公路隧道與盾構(gòu)隧道豎向最小凈距為0.637 m，滿足盾構(gòu)始發(fā)空間要求。設(shè)置架空層后的公路隧道橫斷面如圖6所示。

2) 超深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。超厚覆土段基坑最大深度達(dá)30 m，為超深基坑。該段處于長(zhǎng)江I級(jí)階地，砂土層埋藏相對(duì)較淺，厚度達(dá)40 m；賦存于該層中的承壓水水量豐富，與長(zhǎng)江水力聯(lián)系緊密。根據(jù)武漢市深基坑施工經(jīng)驗(yàn)[4]，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2 m地連墻落底方案：地連墻長(zhǎng)55.0 m，伸入15b-1弱膠結(jié)礫巖的深度不小于1.5 m，以隔斷基坑內(nèi)、外地下水力聯(lián)系；同時(shí)設(shè)置疏干降水井和降壓降水井進(jìn)行降水，并設(shè)置一定數(shù)量的坑外觀測(cè)井，兼作應(yīng)急降壓降水井；采用工字鋼接頭作為地連墻接頭，地連墻接縫外側(cè)設(shè)置2根φ1 000 mm @6 00 mm“雙高壓”三管旋噴樁，旋噴樁伸至基坑底部下方10 m。

3) 地鐵盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)時(shí)對(duì)公路隧道的影響控制。地鐵盾構(gòu)隧道底部與公路隧道底板結(jié)構(gòu)的豎向凈距：左線為0.637～7.695 m，右線為0.703～7.747 m，屬“超近接”施工。綜合類似工程經(jīng)驗(yàn)[5-6]及計(jì)算分析結(jié)果，在公路隧道中隔墻下方底板的底部布置鉆孔灌注樁(支撐兼抗拔樁)，在橫向共布置3根，縱向間距為6 m；考慮后續(xù)地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)引起的樁基側(cè)摩阻力損失，計(jì)算公路隧道樁基承載力時(shí)，樁側(cè)摩阻力須進(jìn)行折減取值，折減系數(shù)為0.5。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻和主體側(cè)墻構(gòu)成的“疊合墻”結(jié)構(gòu)，兩墻合一，以增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度，充分發(fā)揮地連墻的抗浮作用。為盡可能減小下方盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)已建公路隧道結(jié)構(gòu)的影響，盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)前對(duì)公路隧道底板下方土體進(jìn)行預(yù)加固(見(jiàn)圖7)；并在其底板下部預(yù)埋注漿管，在盾構(gòu)下穿后進(jìn)行補(bǔ)充注漿(見(jiàn)圖8)。

3.1.2 公路隧道與7號(hào)線車站平行疊交段設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主線里程為L(zhǎng)K4+326.485—LK4+543.882段公路隧道與7號(hào)線徐家棚站合建，公路路面以4.5%的坡度沿車站縱向爬升。為充分利用建筑空間，起始里程段公路隧道上方設(shè)置物業(yè)開(kāi)發(fā)層，車站與5、8號(hào)線通道換乘。武漢長(zhǎng)江公鐵隧道主體結(jié)構(gòu)為地下4層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)[7]。該隧道縱段面如圖9所示，在其中心里程處基坑深38.36 m。采用蓋挖逆作法施工[8]，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.5 m地連墻和主體側(cè)墻構(gòu)成的“疊合墻”結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)梁-板系統(tǒng)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平支撐，主體結(jié)構(gòu)永久柱兼作水平支撐的臨時(shí)支承柱，柱基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

3.2 公路隧道與5號(hào)線盾構(gòu)隧道垂直疊交段設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 主體結(jié)構(gòu)方案比選

公路隧道主線從武昌工作井出發(fā)后，沿秦園路繼續(xù)向南穿越前行，在LK4+287.985—LK4+319.285段秦園路與和平大道交叉路口遠(yuǎn)期規(guī)劃有5號(hào)線徐家棚站。該車站設(shè)置為地下二層，采用矩形框架結(jié)構(gòu)，埋深較淺，在公路隧道竣工通車后實(shí)施。根據(jù)公路隧道與5號(hào)線的線位關(guān)系，兩者結(jié)構(gòu)設(shè)置形式有以下3種方案可供選擇：

1) 方案1：地鐵車站與公路隧道共板合建(見(jiàn)圖10)。規(guī)劃5號(hào)線與公路隧道交叉節(jié)點(diǎn)處設(shè)置地下二層徐家棚站。地鐵車站提前與公路隧道同步實(shí)施，形成地下三層結(jié)構(gòu)。其中，地下一、二層分別為車站站廳、站臺(tái)層，地下三層為公路隧道，均采用明挖法施工。車站與公路隧道共板合建可避免二次開(kāi)挖，但合建后車站頂板覆土僅厚1.3 m，無(wú)法滿足市政管線的埋設(shè)要求。

2) 方案2：地鐵盾構(gòu)區(qū)間上跨公路隧道(見(jiàn)圖11)。遠(yuǎn)期5號(hào)線在公路隧道上方以盾構(gòu)隧道區(qū)間穿越。由于公路隧道采用明挖法先行施工，基坑深度約22.5 m，需采用地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為滿足地鐵盾構(gòu)穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)穿越區(qū)域地連墻采用C15混凝土及玻璃纖維筋。后期盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)可直接切割纖維筋混凝土，但基坑開(kāi)挖時(shí)存在安全隱患，且盾構(gòu)穿越地連墻時(shí)存在刀盤(pán)磨損嚴(yán)重甚至無(wú)法切削地連墻的隱患。

3) 方案3：地鐵區(qū)間隧道與公路隧道共板合建(見(jiàn)圖12)。5號(hào)線徐家棚站—楊園站區(qū)間部分節(jié)點(diǎn)提前與公路隧道同步實(shí)施，地鐵區(qū)間隧道與公路隧道合建形成地下3層結(jié)構(gòu)。其中，地下一層為過(guò)街通道；地下二層為5號(hào)線軌行區(qū)，地下三層為公路隧道，采用明挖法施工。本方案可避免二次開(kāi)挖，且區(qū)間頂板覆土達(dá)到3.3 m，可滿足各類市政管線埋設(shè)要求。

綜上所述，從施工難度、施工風(fēng)險(xiǎn)及市政管線敷設(shè)等因素綜合比較，該工程采用方案3，即明挖區(qū)間與公路隧道共板合建。

3.2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2 m地連墻方案。同時(shí)考慮到本段公路隧道下穿和平大道路口，為維持明挖基坑開(kāi)挖時(shí)和平大道交通及地下市政管線敷設(shè)現(xiàn)狀，在橫跨和平大道路口段采用頂板蓋挖逆作法施工?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)橫斷面及主體結(jié)構(gòu)防水關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做法如圖13所示。

4 結(jié)語(yǔ)

1) 城市公路隧道與地鐵隧道在越江段合建時(shí)，兩岸接線工程由于道路與地鐵的線位條件及技術(shù)要求的不同，存在較多疊交節(jié)點(diǎn)。疊交節(jié)點(diǎn)處采用結(jié)構(gòu)合建技術(shù)，可有效減小主體結(jié)構(gòu)尺寸及基坑規(guī)模，從而避免近接施工，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

2) 受越江段線位的約束，兩岸工作井后續(xù)明挖段埋深較大，可考慮結(jié)合周邊地塊地下空間開(kāi)發(fā)，合理設(shè)置架空層并預(yù)留銜接條件，以充分利用地下空間。

3) 采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的疊合墻支護(hù)方案，結(jié)合鉆孔灌注樁的設(shè)置，形成門架式支撐體系，盡可能減小公路隧道明挖施工完成后，其下方地鐵區(qū)間盾構(gòu)近接掘進(jìn)時(shí)對(duì)公路隧道結(jié)構(gòu)的影響。

4) 深基坑采用落底式止水帷幕，合理選擇地連墻墻縫接頭形式，以及在接縫處采用高壓旋噴樁止水防滲等措施，成功治理了地下水，有效控制了施工風(fēng)險(xiǎn)。