隧道下穿既有城市道路的近接影响对策研究

廖兴剑

中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300308

摘要：随着地铁、综合管廊、海绵城市等城市地下工程的建设，隧道、基坑、管线等邻近、

道路、建筑物、既有隧道、基础等修建，在修建隧道时无法避免的要在构筑物旁边或在下方紧邻穿过，产生了大量的近接施工问题。随着隧道工程不断增多，带来的近接问题使得工程具有多样性、复杂性、挑战性。隧道开挖使得其周边围岩进行了应力重分布，若相距较近，会与既有结构物的应力场进行叠加，对既有结构物产生不利的影响。若不采取相应对策，将给生产建设和人民生命财产安全带来严重危害。因此，实际工程中遇见近接问题，如何在保证隧道施工安全的同时减少其对既有工程的影响，成为了工程建设中一个热门。基于此，本文统计了隧道下穿既有城市道路的破坏模式，同时针对强影响区、弱影响区、无影响区给出了对应的对策，为以后类似工程提供参考。

关键词：隧道下穿；破坏模式；对策研究；

1引言

随着地铁、综合管廊、海绵城市等城市地下工程的建设，隧道、基坑、管线等邻近、道路、建筑物、既有隧道、基础等修建，在修建隧道时无法避免的要在构筑物旁边或在下方紧邻穿过，产生了大量的近接施工问题。如重庆市轨道交通九号线一期工程高滩岩站如图1 所示，修建该车站周时边现状为存在大片成熟居住区，附近有西南医院、第三军医大学、和覃家岗小学等，同时邻近既有轨道交通10号线的区间和车站，向上邻近曾家岩公路隧道；武汉街道口地下通道下穿洛狮路高架桥，同时地铁2 号线和8 号线在其下方通过；重庆轨道交通九号线一期工程天梨路～沙坪坝区间位于沙坪坝区，下穿成渝高铁路堑段等等，如图2所示，近接的案例不胜枚举。

图1 重庆轨道交通九号线近接示意图

（a） 近接建筑物 （b） 近接高架桥

（a） 近接地下立交 （b） 近接既有铁路

图2 近接工程示意图

开挖使得其周边围岩进行了应力重分布，若相距较近，会与既有结构物的应力场进行叠加，对既有结构物产生不利的影响。若不采取相应对策，将给生产建设和人民生命财产安全带来严重危害。因此，实际工程中遇见近接问题，如何在保证隧道施工安全的同时减少其对既有工程的影响，成为了工程建设中一个热门。虽然针对大量的近接工程问题，国内外众多学者专家进行了很多的研究，但是目前近接施工理论体系仍需要完善。缺少相应的规范和标准，设计和施工往往具有一定的盲目性和保守性，因此深入系统的开展隧道近接的研究是极其必要的。

2 隧道下穿既有城市道路的破坏模式

新建隧道在近接既有城市道路施工，开挖隧道导致周边土层应力重分布，当新建隧道和既有城市道路出现应力叠加区时，新建隧道开挖对既有城市道路产生有一定的影响，施工不当会导致周边地层出现过大的变形甚至失稳，继而连锁性地导致路基路面产生裂缝，甚至出现路面塌陷。隧道下穿对既有城市道路造成的病害的形式具有多样性，不同的路面形式对应的破坏形式也不尽相同。

隧道下穿既有城市道路施工引起的破坏主要包括路基路面结构性破坏和线路的功能性破坏两种，其中结构破坏主要是指由隧道开挖产生的水平应力、竖向应力或剪切应力引起的既有城市道路路基出现差异沉降，导致既有城市道路路面出现裂缝，断裂，错位等；功能性破坏主要指既有道路线路受隧道下穿施工的影响出现一定的破坏，但路基路面的整体结构并未破坏，仅无法保证既有道路车辆的正常行驶。

（1）纵向裂缝破坏

隧道正交下穿既有城市道路时，随着隧道掌子面的推进，既有城市道路横断面上形成了符合Peck公式沉降规律的沉降槽曲线，路基产生的不均匀沉降使得路堤边缘3m~5m处产生纵向裂缝。这种裂缝主要发生在两个地方，开挖完成段以及隧道的掌子面的前方。

（2）横向裂缝破坏

横向裂缝破坏主要分为基层反射裂缝和差异沉降引起的横向裂缝基层反射裂缝由于隧道的施工引起的地表位移，使得路基结构发生变形，当路基变形产生的拉应力大于沥青路面材料的抗拉强度时，此时既有城市道路的路面产生裂缝，而这种由于拉应力产生的裂缝即为反射裂缝。

差异沉降引起的横向裂缝，差异沉降即为不均匀沉降是反应道路路基的变形特征的重要指标。隧道正交下穿既有城市道路时，导致同一路基结构中，相邻的两个基础沉降量的差值过大，就会使相应的路基产生额外应力，主要以拉应力为主；当超过一定限度时，此时路面将会产生裂缝。

（3）路面沉陷或塌陷破坏

隧道下穿既有城市道路施工过程中，由于开挖工法、辅助加固措施、以及支护参数的不合理，使隧道掌子面出现过大变形甚至拱顶土体塌方，此时对上覆土层产生很大扰动，甚至造成失稳，反射到既有道路的路面造成路面沉陷、坑槽和塌陷等严重的破坏现象。

（4）拱起破坏

当隧道处于浅埋或者超浅埋，此时正交下穿既有城市道路，采用注浆对围岩进行预加固，由于施工中围岩的注浆量再一个动态范围内跳动，无法准确控制，当围岩的注浆压力大于地应力引起的围岩压力时，此时会造成隧道掌子面一定范围内的上覆土层隆起，当隆起过大时造成既有城市道路路面拱起，发生拱起破坏。

（5）面板的断裂破坏

当隧道施工导致路基土层产生过量的不均匀沉降时，混凝土路面结构将出现空洞现象，路面将失去或产生不均匀的支撑。上部车辆载荷和混凝土自重造成道路路面弯曲，同时在其混凝土路面结构内部产生一定的弯拉应力。弯拉应力随着空洞进一步增大和车辆数量增加，继续增加，并且当超过水泥混凝土材料的极限抗弯强度时，此时面板发生断裂破坏。

（6）错台破坏

产生的主要原因隧道在近接既有城市道路施工的时候，由于差异沉降导致在横向接缝处、横向断裂处土层出现竖向的相对位移。

3. 隧道下穿既有城市道路的对策研究

进行隧道穿越既有城市道路时，隧道的开挖产生的应力重分布会破坏地层原有的应力平衡，同时与既有城市道路的应力场进行叠加，产生应力叠加区，对既有城市道路产生影响。为了减小开挖对既有城市道路的影响，在开挖隧道时需要对掌子面前方采取预加固措施，包括打超前锚杆、管棚、预注浆等。在隧道施作过程中，应对既有城市道路进行实时动态的监测，通过反馈的监测结果，采取相应的后期加固措施。

分别对隧道正交下穿和平行下穿既有城市道路的影响分区进行了研究，均分为强影响区、弱影响区、无影响区，基于各影响区的对策分级如表1所示

表1 隧道下穿既有城市道路的对策分级

（1）预注浆加固

超前小导管注浆是一种常见的超前预加固措施，，其施工方法是将直径较小的带孔钢管打入待开挖隧道拱顶土体，根据不同的围岩条件，动态选择注浆范围进行注浆，从而使小导管与周边围岩形成整体共同承载。

超前小导管注浆中的难点在于对注浆量以及注浆范围、注浆部位的控制，不同的注浆量、注浆范围、以及注浆部位对应的力学效果是不同的。在实际工程中要合理的选择注浆参数使得其达到既有城市道路路面沉降控制的要求，在此同时还要防止路面隆起。

（1）超前管棚注浆支护

超前管棚支护在隧道下穿既有城市道路时的对地层控制效果非常显著。采用管棚注浆法进行超前预加固时，管棚起着梁拱效应，即管棚在隧道与周边围岩之间形成以一层 “承载拱”，承载拱承载上覆土层的荷载，起到一个隔断的作用，使内部围岩与支护系统与上覆土层隔断起来，避免隧道的支护结构直接承载上覆荷载，造成支护破坏产生过大的变形甚至塌方，此时承载拱内部围岩与支护结构仅受到净空侧产生的形变压力。对管棚进行注浆，注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体被加固，提高了围岩的物理力学指标，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。

（1）应力补偿技术（主动托换）

采用囊袋式注浆（主动托换）方案，其原理主要是在围岩和初期支护之间施设一层囊袋结构，通过向囊袋内注浆的方式主动施加托举力，有效控制地表的沉降。可通过调整注浆压力、注浆范围，以及注浆方式（均匀还是非均匀），能够动态的控制地表的变形要求和隧道本身支护结构的安全性要求的目标。基于应力补偿技术的囊袋注浆示意如图3所示。

图3 基于应力补偿技术的囊袋注浆示意图

4. 结束语

随着隧道工程不断增多，带来的近接问题使得工程具有多样性、复杂性、挑战性。隧道开挖使得其周边围岩进行了应力重分布，若相距较近，会与既有结构物的应力场进行叠加，对既有结构物产生不利的影响。若不采取相应对策，将给生产建设和人民生命财产安全带来严重危害。因此，实际工程中遇见近接问题，如何在保证隧道施工安全的同时减少其对既有工程的影响，成为了工程建设中一个热门。本文根据不同影响分区给出了不同施工对策措施，应结合近接工程实际验证对策实施效果，并分析各对策的适用性、合理性。

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