黄文非
（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510000）
南大干线是广州番禺区重要的东西走向骨架道路，其中在南大干线与汉溪大道交叉处设置东往南左转隧道A，南往西左转隧道B。A、B隧道正下方存在一条500kV穗西电力隧道（南大干线共建段）与广州地铁7号线员岗站~南村万博站区间隧道（原官堂站~鹤庄站区间隧道），空间位置关系如图1所示。其中电力隧道（南大干线共建段）路线全长12.84km，电力隧道结构尺寸为1-2.6×3.46m，结构顶底板、侧墙厚度均为0.4m。地铁7号线员岗站~南村万博站区间隧道全长1958.5m，隧道左右线中心线间距约14m，隧道外径6m，隧道结构底板埋深约15m~27m，全线采用盾构法施工，主要埋置于强风化、中风化泥质粉砂岩中。
图1 汉溪大道立交隧道、电力隧道、地铁7号线整体三维效果图
2.1 立交隧道结构设计
汉溪大道立交东往南左转隧道A总长230m，其中闭口段长度为95m，共分4个节段，两端开口段长度分别为80m和55m，共分为4节段，隧道最大纵坡为6.0%，竖曲线最大半径为750m；
汉溪大道立交隧道B总长350m，其中闭口段长度为180m，共分6个节段，两端开口段长度分别为80m和90m，共分为5节段，隧道最大纵坡为5.8%，竖曲线最大半径为750m[1-2]。
隧道开口段结构宽B=t（隧道结构侧墙厚）+0.35m（侧石含装饰层）+a（车行道）+0.35m（侧石含装饰层）+t（隧道结构侧墙厚）。隧道开口段采用带中央分隔带的U型开口框架结构，隧道前后两段开口U型框架结构隧道标准段净宽7.7m，侧墙宽度60cm，底板厚度随墙高的增加从60cm增加到80cm。隧道开口段标准节段长为40m，节段间设置30mm变形缝。
隧道闭口段结构宽B=0.8m（隧道结构侧墙厚）＋0.35m（侧石含装饰层）＋a（车行道）＋0.35m（侧石含装饰层）＋0.8m（隧道结构侧墙厚）。车行隧道闭口段采用钢筋砼单箱双室框架结构，隧道闭口段隧道内净高为4.8m，其中隧道净空界限尺寸为4.5m，照明、装饰等预留尺寸为0.3m；
侧墙厚80cm，顶板厚80cm，底板厚100cm。底板下设20cm C15砼垫层。闭口段采用钢筋砼结构，防水砼强度等级C40，抗渗等级为P8。
隧道立交平面交叉，结构分两层布置，隧道结构底板埋深较深，且隧道底存在地铁7号线，为保证地铁结构与隧道结构净距大于6m，该次立交隧道结构部分采用共板设计。
2.2 立交隧道基坑设计
根据基坑的规模和地质水文情况，隧道基坑侧壁安全等级及重要性系数划分均为一级，重要性系数为1.1。结合现场地质条件及工程周边构筑物情况，合理选择施工方法和支护结构形式，确保隧道施工对周边环境无危害或将影响减至最小，该次隧道主体结构采用明挖法施工，基坑设计使用年限为一年。
根据交通疏解及总体设计要求，隧道分两个阶段施工。第一阶段施工南大干线两侧立交隧道，以保持既有南大干线主路畅通；
第二阶段待南大干线两侧隧道施工完成后，再施工南大干线下方隧道。
A线隧道基坑埋深为1.8m~7.6m，泵房处基坑深度为9.9m；
B线隧道基坑埋深为2.0m~10.8m，泵房处基坑深度为12.7m。立交隧道均采用明挖法施工。
根据计算，当基坑深度H＜5m时，隧道基坑支护设计采用拉森Ⅳ型钢板桩悬臂支护、拉森Ⅳ型钢板桩+钢管支撑支护、钻孔灌注桩悬臂支护（地铁影响范围内）。当基坑深度H≥5m时，隧道基坑支护设计采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土横撑的支护方式。钻孔灌注桩直径1.2m，间距1.4m。钻孔桩之间采用直径0.8m双管旋喷桩止水，旋喷桩与钻孔灌注桩搭接为0.2m。钻孔桩顶设置1.2m×1m冠梁。当基坑采用2道支撑时，在排桩内侧设一道腰梁，腰梁与冠梁的竖向间距为3m，在两侧冠梁、腰梁之间各设置一道钢筋混凝土米字型横撑，横撑沿隧道纵向布置，标准间距为10m。直撑断面尺寸为0.8m×0.8m，斜撑断面尺寸为0.6m×0.6m。
由于A、B线隧道在局部地方结构相距较近，考虑施工可行性与经济性，此区间范围内的基坑支护采用整体式基坑支护方案，即A、B线隧道共用一基坑。在区间隧道结构相距较远时，隧道基坑支护采用分离式基坑支护方案，即A、B线隧道基坑分开支护施工。
为减少隧道施工过程中围护结构对运营地铁的影响，该次隧道基坑设计需要保证钻孔灌注桩桩底与地铁结构顶净距大于5m，其横断面如图2所示。钻孔灌注桩须采用旋挖钻施工，施工过程应严格放样、控制桩长和桩底标高，并采取针对性措施防止塌孔。
图2 隧道交叉段结构及基坑支护横断面示意图
隧道基坑支护主要采用拉森Ⅳ型钢板桩悬臂支护、钻孔灌注桩悬臂支护和钻孔灌注桩+钢筋混凝土横撑的支护方式。汉溪大道立交A、B线隧道开挖最大深度为10.8m。地铁7号线盾构隧道结构外边线与其正上方的隧道A基坑围护桩、基坑底部的最小竖向净距分别为3.3m、12m，与隧道B基坑围护桩、基坑底部之间的最小竖向净距分别为3.7m、7.6m。平面位置关系如图3所示。
图3 汉溪大道节点平面示意图
500kV穗西电力隧道（南大干线共建段）邻近汉溪大道立交A、B线隧道基坑的电力隧道基坑区段开挖最大深度为14.9m。电力隧道上跨地铁7号线，地铁隧道结构外边线与其正上方的围护桩、基坑底部之间的竖向净距分别为5.2m、8.1m。
4.1 计算软件及理论
该次分析采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件MIDAS GTS NX进行计算。MIDAS GTS NX的施工阶段分析采用了累加模型，分析土体材料本构模型取用修正莫尔－库伦模型（ModifiedMohr-Coulomb）。地铁衬砌结构材料按线弹性考虑。
4.2 建模分析
根据地铁（员岗站~南村万博站区间）隧道结构与汉溪大道立交A、B线隧道基坑和电力隧道基坑的空间关系以及基坑工程支护结构设计、基坑工程施工、主体结构设计和施工特点，建立三维有限元计算模型。
地铁盾构隧道周边地层的力学性质对约束汉溪大道立交A、B线隧道建设过程地铁盾构隧道的受力和变形具有关键作用，为此，进行三维模拟分析计算时须充分考虑该工程的地层分布特点，并合理选取计算参数。模型中的地层主要根据下方地铁区间隧道、地铁相关结构附近的工程地质资料以及基坑靠近地铁区间隧道结构附近的工程地质资料进行了适当简化，地层自上往下依次为素填土、粉质黏土、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂。三维有限元计算模型的边界条件为模型底部Z方向位移约束、模型前后面Y方向约束、模型左右面X方向约束。
汉溪大道立交A、B线隧道建设对下方地铁区间隧道结构影响的三维模拟动态施工主要流程见表1。方案采用结构自重抗浮、抗拔桩与抗浮锚块结合的方式。汉溪大道立交隧道开口段采用抗拔桩的方式，通过抗拔桩与结构底板固结提高隧道抗浮能力，闭口段采用自重抗浮的方式。
表1 汉溪大道立交A、B线隧道建设的三维动态施工过程
地铁结构抗浮验算：假设在极端条件下，浮力过大导致地铁隧道上方汉溪大道立交隧道主体结构及抗拔桩范围内土体悬空，隧道上方仅剩5.8m覆土，覆土主要为全风化泥质粉砂岩（1.95g/cm3）。同时，根据《地铁设计规范》（GB 50157—2013），对不考虑侧摩阻力的结构进行抗浮验算时其抗浮安全系数不得小于1.05。地铁7号盾构隧道结构管片自重155kN，覆土重为（19.5-9.8）×5.8×6=330.6kN，盾构隧道顶部水压力为9.8×18.8×6=1105.4kN，盾构隧道底部水浮力为9.8×24.8×6=1458.2kN。汉溪大道立交A、B线隧道下方的地铁盾构隧道抗浮稳定安全系数为（155+330.6+1105.4）÷1458.2=1.09＞1.05。因此，在极端条件下，既有地铁隧道的抗浮验算满足要求。
4.3 计算结果
汉溪大道立交A、B线隧道建设诱发地铁隧道结构的水平、竖向位移量以及位移汇总图如图4所示。汉溪大道立交A、B线隧道建设对下方地铁盾构隧道影响的三维模拟分析结果表明：汉溪大道立交A、B线隧道建设诱发地铁隧道的最大水平位移为0.7mm，最大隆起量为2.6mm，最大总位移为2.6mm[2-3]。
图4 汉溪大道立交及电力隧道建设过程中的地铁位移图
鉴于汉溪大道立交A、B线隧道建设诱发下方地铁隧道结构的位移量较小，地铁隧道的受力处于较低水平，均小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》相关限值，因此可认为汉溪大道立交A、B线隧道的建设不危及下方地铁隧道的结构安全和地铁的运营安全[4]。
4.4 汉溪大道立交隧道抗浮设计及地铁极端条件下的抗浮验算
隧道抗浮：隧道施工阶段采取降水措施，施工阶段基本不存在抗浮问题，使用阶段的自重抗浮设计根据实际可能出现的最高水位验算。该工程隧道抗浮设计根据计算及地铁保护
经过分析，在满足自身结构安全的前提下，该次地下立交隧道设计和施工对地铁结构的安全影响较小，能够满足控制标准的要求，但隧道基坑开挖面积较大，深基坑施工过程应遵循分区、分块、分层、限时的原则，避免出现基坑大面积开挖、长时间暴露和基坑超挖现象。
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