李健明
身份证：44078119901003xxxx
摘要：当今城市的快速发展，交通拥堵现象日益严重，给市民出行带来极大的不便。在城市中建立下穿隧道无疑是为缓解交通压力做出了极大的贡献，下沉式隧道大多处于城市重点交通位置，起着交通枢纽的作用，也体现了城市文明风貌。本文主要围绕隧道建设技术控制要点展开讨论，分析在下沉式隧道的建设设计中有何特点难点，以及下沉式隧道的施工工艺及质量控制的实施。
关键词：下沉式隧道；施工技术；质量控制
前言：随着城市化发展壮大，交通拥堵是城市近年来社会大众关注的热门问题，城市规划不应该只是单纯利用城市地面空间，更应该充分利用地下空间进行建设。下沉式隧道采用浅挖暗埋独特方式减少红绿灯设置，节约候车时间，渠化车流有效缓解交通压力，被越来越多城市建设应用。
一、下沉式隧道设计要点
根据项目功能和发展的要求，以“安全、经济、环保、美观”为基本设计原则，结合隧道所处地区的地形、地质、施工、运营、管理等条件进行综合设计。
(1)隧道轴线走向在现状道路基础上，还要综合考虑路网条件、交通功能、周边环境景观与环境保护、管网和工程可实施性等因素。
(2)隧道路线纵断面设计要减少结构埋深、节省造价和确保结构安全。
(3)隧道结构设计应满足施工、运营、规划、防火、防水等要求；保证结构有足够的强度和耐久性要求。隧道主体结构设计使用年限为100年，安全等级为一级。
(4)充分考虑施工过程中尽可能减少对周边环境的负面影响，根据隧道所处的地理位置及基坑开挖深度，合理选择基坑开挖方式，并确定相应的开挖变形控制保护等级（基坑等级为一级）。
(5)隧道机电设施可靠、实用、先进，各系统具有可扩充性和可升级性，并与主体工程设计、区域相关设施相配套、相协调，为隧道使用者提供安全、快捷、舒适、经济的行车环境。
(6)设计中应注重新技术、新材料、新工艺及新设备的运用，设计方案要符合技术先进、经济合理、安全实用、确保质量的要求，满足对功能、人文及环境的要求。
二、下沉式隧道建设过程中技术难点
（一） 隧道基坑围护结构
基坑施工原则
（1）隧道基坑围护结构施工应遵循“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则，确保基坑工程及周边环境的安全稳定，便于主体结构顺利施工。
（2）隧道基坑围护结构施工应满足总体设计、道路设计、管线临时迁移及施工操作、区域规划、防排水等具体要求。
（3）隧道基坑围护结构施工应对施工阶段可能出现的施工荷载、周边环境超载按最不利荷载效应组合进行计算，对支护结构体系进行强度、稳定性及变形的验算。
（4）隧道基坑围护结构应符合国家、地方设计规范、规程及有关强制性设计标准；所建立结构力学模型和采用计算方法应对施工过程中可能出现的各种工况进行结构和稳定性分析，使设计尽可能准确地反映实际工况下支护结构的受力状态，获得正确的支护结构计算结果。
（5）隧道基坑支护结构应保证其净空尺寸满足建筑限界、设备限界、施工工艺及使用等要求，并考虑施工误差、结构变形、位移测量误差等影响而留有一定的富裕量。
（6）隧道基坑支护结构选择应考虑场地狭窄施工条件及局部区段施工设备空间使用的限制，选用合理的支护结构形式。
（二） 内支撑形式：可采用钢管支撑或砼支撑两种支撑体系
（1）钢管支撑体系：其优点是安装、拆除较快，支撑本身造价相对较低；其缺点是因刚度限制造成支撑间距不宜过大。因此，挖土空间相对较小而造成工期较长，围护体变形增大。同时，钢支撑节点施工要求较高，难度大，施工时稍有疏忽，就造成受力不均，变形过大。
砼支撑体系：其优点是刚度较大，布置形式较灵活，能较好的控制变形，且可预留较大挖土空间，方便施工，缩短工期；其缺点是支撑本身造价相对较高，且混凝土支撑施工时间较长。
由于隧道基坑支护的钢支撑和混凝土支撑长度且自重较大，必须设置临时支撑立柱以减少支撑的跨度，改善支撑的受力情况，同时提高支撑的竖向稳定性。
临时支撑立柱建议采用2[40b槽钢格构柱，型钢立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。为节约工程造价，适当调节抗拔桩间距，用立柱桩兼做抗拔桩。
（2）斜拉锚形式：斜拉锚施工工艺简单，工程造价低，由于没有内支撑，极大的方便了挖土施工。但由于本基坑深度较深，环境复杂，拉锚支撑控制变形较差。隧址区含有淤泥质土，锚杆在这些土质中成孔难度较大，且软土地层中锚杆的抗拔承载力不足，对周边地块影响较大，后期拆除也较为困难。因此，拉锚不适合用于本基坑的支撑体系。
因此，根据计算分析及参照地区类似工程经验，下沉隧道基坑围护结构拟采用的内支撑形式 宜根据地质情况、投资规模、施工技术、机械材料等因素综合选用。
（三） 隧道基坑监测
为了控制围护结构、周围构筑物及地下管线的变位、沉降和预报施工中出现的异常情况，并正确指导施工，在施工过程中应建立严格的监测网络，实现信息化施工。其主要监测内容有：
施工期：土体分层沉降、深层沉降、土体水平位移、支护结构变形位移监测、地下水位监测、支护构件内力监测、地下管线沉降位移监测、重要保护建筑物监测、地面沉降与监测等，施工中根据设计内容预先埋设相应的监控量测设备。
营运期：隧道的沉降、变形、渗漏等。
表1-1基坑监测项目表
三、主体结构施工，下沉式隧道主体结构一般来说主要分为敞开段和暗埋段
首先要进行结构荷载计算
（1）永久荷载
1、结构自重按实际重量计。
2、上覆土重：按顶板承受计算截面以上全部土柱重量考虑。
3、侧土压力：施工阶段按主动侧土压力计算，使用阶段按静止侧土压力计算。加权平均水平侧压力系数为0.33~0.36。
4、水压力：侧水压力与底板水浮力。
5、设备荷载：设备房屋部分的荷载一般按不小于8KPa计进行设计。
（2）可变荷载
1、施工荷载：施工荷载按实际可能发生的荷载计。
2、人群荷载：人群荷载按4KPa计。
3、地面超载：地面超载按20KPa计。
4、汽车荷载:10.5KN/m。
（3）特殊荷载
1、混凝土收缩作用。
2、温度作用力。
（4）荷载组合
根据《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》的规定，按结构在使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合。各种荷载组合及分项系数见表1：
表1-2荷载组合与分项系数
注：本计算不考虑偶然荷载和特殊荷载的计算，基本组合考虑结构重要性系数1.1。
（5）隧道敞开段、暗埋段主体结构计算及尺寸拟定
主体结构按作用在弹性地基上的等代闭合框架结构进行计算，其地层的作用模拟为一系列弹簧，采用SAP2000软件进行计算分析，结构计算按永久荷载、可变荷载各种组合工况进行。设计采用“荷载-结构”模型，按平面杆系有限元法进行计算，计算图式见图1。地下水位取至地面，计算单位取KN、m。
隧道敞开段计算模型如下图所示：
图5-1计算模型
选取最大覆土处截面计算，覆土厚度为1.1m，弯矩图如图5-2所示：
主体结构尺寸根据隧道埋深、地质及水文等条件确定
四、隧道结构接缝防水
1、施工缝
隧道横向垂直施工缝在顶板、底板及侧墙设置一道中埋式钢边橡胶止水带及聚氨酯密封胶，兜绕成环。侧墙纵向水平施工缝设置一道中埋式钢板止水带及聚氨酯密封胶组合成双道防水措施。止水带中心线应与接缝重合，误差不得超过10mm。施工缝浇筑混凝土前，应将其表面凿毛并清理干净，再涂刷混凝土界面处理剂或1.5kg/m2水泥基渗透结晶型防水涂料，并应及时浇筑混凝土。
墙体水平施工缝不应留在剪力最大处或底板与侧墙的交接处，应留在高出底板表面不小于300mm的墙体上。墙体有预留孔洞时，施工缝距孔洞边缘不应小于300mm。
图5-2基本组合弯矩图
2、防水施工要求
（1）施工缝及变形缝
①环向施工缝间距≤15m。
②施工缝应避开地下水和裂隙水较多的区段。
③水平施工缝不宜留在剪力与弯矩最大处或板与侧墙的交接处，墙体有预留空洞时，施工缝距孔洞边缘不应小于300mm。
④环向（垂直）施工缝浇筑混凝土前，应将其表面凿毛、清理干净，并涂刷混凝土界面处理剂或1.5kg/m2水泥基渗透结晶型防水涂料，并应及时浇注混凝土。
⑤水平施工缝浇筑混凝土前，应将其表面浮浆和杂物清除，然后铺设净浆或涂刷混凝土界面处理剂、1.5kg/m2水泥基渗透结晶型防水涂料等材料，再铺30～50mm厚的1：1水泥砂浆，并应及时浇筑混凝土。
⑥底板和侧墙变形缝两侧的结构厚度不同时，需要将变形缝两侧的结构做等厚度处理，在距变形缝1.0m处进行变断面处理，这样利于柔性防水层及防水附加层的铺设，确保了接缝部位的防水效果。所有橡胶止水带的转角件应在生产厂家预制，所有橡胶止水带的接搓不可采用冷接法，而应用特定的设备做热接处理，且接搓部位不得设在转角处。接头部的抗拉强度不得小于母材强度的80%。
（2）防水混凝土结构内部设置的各种钢筋和绑架铁丝，不得触及模板。固定模板时，尽量避免使用对穿螺栓，必须采用对穿螺栓穿过混凝土结构时，应采用下列措施：
②螺栓套管上兜绕裹紧水膨胀橡胶止水圈或水膨胀腻子止水条一圈。
③螺栓应加堵头。
④侧墙内侧混凝土拆模后（采用外掺剂时拆模日期按规定执行）应采用保温保湿方法养护。
（3）考虑到地下工程防水施工作业的特点，必须由经资格审查合格的专业防水施工队和经防水要求培训后持有上岗证的施工人员带队施工。
（4）所用各种防水材料质量必须符合产品的各项性能指标。在检测中应实行鉴证制，包括：
①对样品鉴证应由建设方或监理方有关技术人员在试验委托单上签名。
②鉴证人须持证上岗。
③检测单位不得对无鉴证样品进行试验。
结束语
地下空间在21世纪的时候得到迅猛的发展和进步，在这个阶段，隧道的发展和建设逐渐成为重头戏。在地下工程中，隧道建设所占有的地位是尤为重要的，同时也要响应环保的号召。施工单位应该在根本上转变野外隧道施工的方法，与国家相关环境保护的法律规定相结合，对其施工工艺进行相应的健全和完善，采取相应的环境保护措施，从而使环境达到一定的标准，在此基础上，使城市隧道施工对环境和民生生活的影响和损害降到最低。
参考文献
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[2]何平.论城市隧道施工环境影响的防治.公路交通科技.2016.06
[3]赵勇.隧道隧洞施工地质技术.中国铁道出版社，2013.12
论文作者:李健明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/21
标签：隧道论文; 荷载论文; 结构论文; 基坑论文; 混凝土论文; 组合论文; 底板论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;