文/李 春

1.工程概況

220千伏磨碟洲-柳園電力隧道位于海珠區(qū)雙塔路、藝景路、廣州大道南，是連接220千伏磨碟洲變電站與220千伏柳園變電站的重要電力走廊，是保障琶洲西區(qū)電力供應(yīng)的重要通道。隧道全長(zhǎng)約4.7公里，共設(shè)置8個(gè)工作井，隧道施工以盾構(gòu)工法為主，線路三次上跨運(yùn)營(yíng)地鐵3號(hào)線，一次下穿運(yùn)營(yíng)地鐵8號(hào)線（見(jiàn)圖一）。

圖1 磨碟洲～柳園電力隧道線路示意圖

2.地質(zhì)情況

隧道所處區(qū)域位于珠江三角洲沖積平原區(qū)的中部區(qū)域，處于沖積平原向丘陵區(qū)的過(guò)渡地帶。區(qū)域微地貌以沖積平原為主，局部為剝蝕殘丘。受人為工業(yè)活動(dòng)影響，原始地貌經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的破壞。總體上雙塔路～藝景路區(qū)段地勢(shì)較為平坦，高差較小，廣州大道南周邊區(qū)段地勢(shì)較高。區(qū)域內(nèi)工商業(yè)繁榮，交通繁忙，陸路交通方便但較擁堵。區(qū)域內(nèi)的不良地質(zhì)作用主要有砂土液化、軟土震陷。地層由上至下主要有：雜填土層、粉質(zhì)粘土層、淤泥層、粉細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土層、全風(fēng)化粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖、微風(fēng)化粉砂巖。

電力隧道下穿地鐵8號(hào)線位置，地鐵盾構(gòu)區(qū)間主要位于全風(fēng)化粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，電力隧道位于中風(fēng)化粉砂巖。

3.電力隧道與地鐵相互關(guān)系

廣州地鐵8號(hào)線鷺江～客村段屬于原廣州地鐵2號(hào)線，2010年拆分改為地鐵8號(hào)線。該段地鐵線路開(kāi)通于2005年，區(qū)間采用6m盾構(gòu)，上部覆土僅有約6m，屬于淺埋線路。由于地鐵占用了淺層地下空間，導(dǎo)致后續(xù)建設(shè)的電力隧道無(wú)法從地鐵上部通過(guò)，因此220千伏磨碟洲-柳園電力隧道在客村立交位置采用垂直下穿運(yùn)營(yíng)地鐵8號(hào)線，電力隧道采用外徑4.1m圓形盾構(gòu)。

為減小電力隧道施工對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的影響，電力隧道與地鐵區(qū)間豎向凈距采用1倍隧道凈距處理，兩者凈距為4m。

根據(jù)《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T15-120-2017），從接近程度判斷，電力隧道與地鐵結(jié)構(gòu)的相對(duì)凈距4.01m≤1D（D為盾構(gòu)法的隧道外徑，圓形頂管法的隧道外徑），屬于“非常接近”；從外部作業(yè)的工程影響分區(qū)判斷，電力隧道位于地鐵八號(hào)線下方0.7h范圍內(nèi)（h為礦山法和盾構(gòu)法外部作業(yè)的隧道底板深度），屬于“強(qiáng)烈影響區(qū)（A）”，故判定磨碟洲～柳園電力隧道項(xiàng)目對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)屬于“特級(jí)”[1]（見(jiàn)圖二）。

綜合緊鄰地鐵八號(hào)線盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合磨碟洲～柳園電力隧道項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn)，認(rèn)為：磨碟洲～柳園電力隧道建設(shè)對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道造成的不利影響，主要體現(xiàn)在：（1）在地鐵結(jié)構(gòu)上方穿越、側(cè)上方開(kāi)挖卸荷對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的影響；（2）在地鐵結(jié)構(gòu)下方穿越對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道的影響。

4.電力隧道下穿地鐵影響分析

電力隧道盾構(gòu)段施工將可能對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)造成不利影響。為此，結(jié)合地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電力隧道盾構(gòu)段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)，采用三維有限元軟件Midas GTS，模擬電力隧道盾構(gòu)段施工對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，重點(diǎn)分析地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的變形情況，進(jìn)而判斷電力隧道盾構(gòu)段施工對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道可能產(chǎn)生的不利影響。

電力隧道盾構(gòu)段施工時(shí)，地鐵隧道周邊地層的力學(xué)性質(zhì)對(duì)地鐵隧道的受力和變形起到關(guān)鍵約束作用，為此，進(jìn)行三維模擬分析計(jì)算時(shí)充分考慮本項(xiàng)目的地層分布特點(diǎn)并合理選取計(jì)算參數(shù)。模型中的地層主要根據(jù)緊鄰地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)附近的工程地質(zhì)資料進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，地層自上往下依次為人工填土、粉土、強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖、中風(fēng)化細(xì)砂巖和微風(fēng)化細(xì)砂巖。各地層的計(jì)算參數(shù)取值主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程地質(zhì)勘察報(bào)告綜合分析確定，地鐵盾構(gòu)隧道以及電力隧道盾構(gòu)段結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)計(jì)算參數(shù)經(jīng)綜合考慮相關(guān)因素后確定。三維有限元計(jì)算模型的邊界條件為：模型底部Z方向位移約束，模型前后面Y方向約束，模型左右面X方向約束。

圖2 磨碟洲～柳園電力隧道與地鐵8號(hào)線位置關(guān)系示意圖

電力隧道盾構(gòu)段施工對(duì)緊鄰地鐵隧道影響的三維動(dòng)態(tài)施工模擬的主要流程為：場(chǎng)地初始應(yīng)力分析；施工地鐵三號(hào)線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)；盾構(gòu)掘進(jìn)至地鐵3倍洞徑的影響范圍；盾構(gòu)向前掘進(jìn)58m、以后每次向前掘進(jìn)6m，直至離開(kāi)地鐵3倍洞徑的影響范圍外，分析過(guò)程共掘進(jìn)15次。模擬主要分析盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中掌子面壓力和注漿作用對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。

為了模擬土體損失與注漿，在襯砌外部加一個(gè)等代層，采用殼單元來(lái)模擬，等代層的彈性模量根據(jù)水泥土的壓縮模量來(lái)選擇，分析中不考慮漿體硬化過(guò)程，認(rèn)為注漿完成后漿體立即硬化為強(qiáng)度很大的固體，結(jié)合相關(guān)工程中同步注漿漿液彈性模量的實(shí)測(cè)值，將等代層的彈性模量取為10GPa。在進(jìn)行數(shù)值模擬過(guò)程中，考慮到盾構(gòu)開(kāi)挖和注漿對(duì)土體的擾動(dòng)引起土體的剛度變化，將等代層取為20cm。

圖3 地鐵八號(hào)線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的位移匯總

圖4 地鐵隧道沿線水平側(cè)向位移和豎向位移曲線

磨碟洲～柳園電力隧道盾構(gòu)段施工過(guò)程對(duì)緊鄰地鐵盾構(gòu)隧道影響的三維模擬分析結(jié)果表明：磨碟洲～柳園電力隧道施工誘發(fā)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的最大水平位移為0.9mm，最大豎向位移為-2.1mm，最大總位移為2.1mm（見(jiàn)圖3、圖4）。

5.電力隧道下穿地鐵保護(hù)措施

根據(jù)計(jì)算分析，電力隧道下穿地鐵建設(shè)不危及地鐵盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)安全，不影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。為在實(shí)際施工過(guò)程中保證地鐵運(yùn)營(yíng)安全，尚需采取以下措施。

（1）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能及時(shí)并準(zhǔn)確地反映電力隧道施工對(duì)地鐵影響，為不影響既有地鐵的運(yùn)營(yíng)，一般要求采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)需準(zhǔn)確獲得初設(shè)值，電力隧道距離監(jiān)測(cè)斷面50m時(shí)，應(yīng)開(kāi)始自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。當(dāng)電力隧道開(kāi)挖面距離監(jiān)測(cè)斷面超過(guò)50m且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可以結(jié)束。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)能反映既有線路兩根鋼軌的沉降差，和既有車(chē)站和區(qū)間的整體沉降及傾斜。監(jiān)測(cè)橫斷面間距一般為5m，影響較小的地段可放寬至10m。測(cè)站的布置應(yīng)能滿足可視要求。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)一般情況1次/4小時(shí)，在電力隧道小于一倍洞徑通過(guò)期間或出現(xiàn)變形征兆時(shí)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)（1次/2小時(shí)）。

變形控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)安全的要求確定，一般情況下，車(chē)站和隧道絕對(duì)沉降量和水平位移量限值：+20mm；運(yùn)營(yíng)線路軌道靜態(tài)尺寸容許偏差值：兩軌道軌距變形及橫向高差小于（4mm/10m）。警戒值可取限制的80%。

（2）盾構(gòu)施工保護(hù)措施

在前期施工掘進(jìn)中，不斷優(yōu)化調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，確保以最好的盾構(gòu)參數(shù)通過(guò)地鐵運(yùn)營(yíng)區(qū)間。施工過(guò)程中保持盾構(gòu)開(kāi)挖面的穩(wěn)定，嚴(yán)格控制出土量，通過(guò)設(shè)定推進(jìn)速度、調(diào)整排土量或設(shè)定排土量調(diào)整推進(jìn)速度，以求得艙壓力與地層壓力的平衡，不得超挖或欠挖。出土量一般控制在理論出土量的98%～100%。

加強(qiáng)同步注漿與二次注漿。在盾構(gòu)掘進(jìn)中，盡快在脫出盾構(gòu)后的襯砌背面環(huán)形建筑空隙中充填足量的漿液材料。根據(jù)地質(zhì)條件，確定漿液配比，注漿壓力及注漿量。采用二次（或多次）壓漿彌補(bǔ)同步注漿不足，減少盾構(gòu)施工對(duì)周邊地表沉降的影響。

根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成果，及時(shí)反饋信息，做到信息化施工。

（3）設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)措施

針對(duì)盾構(gòu)通過(guò)后的工后沉降問(wèn)題，除嚴(yán)格執(zhí)行二次壁后注漿外，還考慮了補(bǔ)償注漿。補(bǔ)償注漿分為內(nèi)部與外部?jī)蓚€(gè)方面。內(nèi)部主要通過(guò)盾構(gòu)管片預(yù)留注漿孔，待盾構(gòu)二次壁后注漿固結(jié)后對(duì)管片外地層再一次進(jìn)行補(bǔ)償注漿。外部主要通過(guò)在地面設(shè)置跟蹤注漿孔，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行地面注漿。通過(guò)內(nèi)外部注漿結(jié)合，確保地鐵隧道的運(yùn)營(yíng)安全。

（4）編制應(yīng)急預(yù)案

為確保工程安全，施工前應(yīng)編制專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)做到貼合實(shí)際、有針對(duì)性、有實(shí)施性，不能流于形式。內(nèi)容上不但要包括應(yīng)急措施，還要包括預(yù)防報(bào)警、組織體系、響應(yīng)機(jī)制和保障手段等。

6.結(jié)論及建議

根據(jù)磨碟洲～柳園電力隧道項(xiàng)目場(chǎng)地工程地質(zhì)資料，結(jié)合電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工特點(diǎn)，以及地鐵八號(hào)線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)三維數(shù)值模擬計(jì)算分析，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)類(lèi)似隧道建設(shè)對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道影響的案例調(diào)研，可以認(rèn)為220kV磨碟洲～柳園電力隧道下穿既有地鐵運(yùn)營(yíng)線路安全可控，項(xiàng)目建設(shè)不危及地鐵盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)安全，不影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。

結(jié)合本項(xiàng)目的開(kāi)展，有以下幾點(diǎn)建議：

（1）規(guī)劃先行、統(tǒng)籌考慮

地下空間是稀缺寶貴資源，需容納市政管線、地下交通、地下商業(yè)、公共空間等設(shè)施。由于其開(kāi)發(fā)的不可逆性，在規(guī)劃階段就應(yīng)該對(duì)區(qū)域地下空間進(jìn)行綜合規(guī)劃考慮。現(xiàn)有的地下空間規(guī)劃往往是各自為政，地鐵、城際、綜合管廊、電力隧道等由于權(quán)屬單位不同，其規(guī)劃也只停留于各自權(quán)屬層面，缺乏整個(gè)城市層面的統(tǒng)籌規(guī)劃。這往往導(dǎo)致先行者不顧后來(lái)者需求，導(dǎo)致后續(xù)地下空間開(kāi)發(fā)矛盾重重。建議從政府層面對(duì)地下空間做深化統(tǒng)籌規(guī)劃，預(yù)留好后續(xù)地下空間實(shí)施條件。

（2）提前對(duì)接、預(yù)留條件

在統(tǒng)籌規(guī)劃的前提下，針對(duì)工程交叉節(jié)點(diǎn)采取提前對(duì)接，預(yù)留穿越條件。本工程與規(guī)劃地鐵19號(hào)、28號(hào)線均有交叉，在工程實(shí)施時(shí)采取提前與地鐵對(duì)接，在交叉穿越位置進(jìn)行地層加固和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等處理措施，減小了后續(xù)工程的實(shí)施難度。

（3）保證安全、經(jīng)濟(jì)合理

安全是工程實(shí)施的前提，尤其是地下穿越工程更是安全管控的重點(diǎn)。為達(dá)到安全這一目標(biāo)，目前存在人為拔高控制參數(shù)、安全保護(hù)措施一窩蜂上的情況，造成了一些不必要的浪費(fèi)。建議實(shí)事求是，根據(jù)工程實(shí)際情況，制定切實(shí)可行經(jīng)濟(jì)合理的方案。