城际铁路隧道平行下穿既有河道方案设计

张竹清

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

1 工程概况

广佛环线佛山西站至广州南站段全长36.174 km，西连佛肇城际，东接佛莞城际，同时与广佛江珠城际换乘，是整个珠三角城际轨道交通网中东西向交通干线的重要组成部分，也是广佛交通走廊内重要的城际客运线路。其中沙堤隧道位于佛山市南海区及禅城区内，隧道在穿越汾江后，走向基本与南北大涌平行，平行段隧道长度2.7 km。

南北大涌北接汾江，南与东平水道相连，长度为5.3 km，河道宽度45 m，目前改造工程正在进行中，河道主要作用是防洪、排涝及担负两岸工业、生活排污工作。大涌东侧多为居民小区、工业区厂房等建筑，西侧与新建禅西大道平行。由于多条道路均需跨越南北大涌，因此涌上桥梁较多，根据调查结果，隧道范围内共有高速公路桥梁1座，市政道路桥梁及箱涵6座，泵站1座，分别归属于高速公路公司、市政、交通、水务等部门管理。

2 工程及水文地质概况

沙堤隧道下穿南北大涌段河涌内第四系地层厚度10～22 m，主要为淤泥质土、粉质黏土和细砂。下伏基岩以砂岩为主，普遍夹有泥岩，局部夹砾岩。基岩面顶板高程-9～-20 m，弱风化层顶面高程-17～-37 m。隧道范围内地下水类型主要有2种:一种为第四系孔隙水，另一种为基岩风化裂隙水。第四系孔隙水，主要赋存于海陆交互沉积层中的粉砂＜3-1＞、细砂＜3-2＞、中砂＜3-3＞、粗砂＜3-4＞及砾砂＜3-5＞中。基岩风化裂隙水主要赋存于下第三系始新统强、弱风化的砂岩夹泥岩风化节理裂隙中，含水层埋深和厚度差异较大，砂岩节理裂隙较发育。由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同，其渗透性受基岩裂隙发育程度影响，具有一定的随机性，局部裂隙发育，裂隙连通性较好，渗透性较强，致使地下水的渗透性在空间分布上的差异较大。基岩风化层渗透系数一般小于 1.3×10-5m/s。

3 线位方案比较

南北大涌两侧是禅城区主要的工业园区，受控于张槎站站位及佛山军用机场的下穿条件，线路只能敷设于南北大涌下方(以下简称下方方案)或东侧(以下简称东侧方案)。线位需从与地方城市规划的关系、地面控制点、拆迁占地及改涌投资、隧道造价等方面进行综合比较。如图1、图2所示。

图1 下穿南北大涌方案布置

3.1 与城市规划的结合

根据与地方规划部门的多次结合，调查到南北大涌东侧已建、在建或规划的项目较多，具体见表1。

由于东侧方案要全部下穿地方已建、在建或规划项目，隧道浅埋段950 m范围内建筑物桩基已经侵入隧道结构，需要对既有建筑进行大量拆迁，对规划建筑的布局影响也非常大。同时由于轨道交通保护条例的规定，隧道结构两侧50 m范围内的土地均处于保护区内［6］，因此一旦修建轨道交通后，对地块侵占较多，所以规划部门对东侧方案提出较大异议。下方方案虽然在隧道明挖段及敞开段需要对南北大涌局部进行改移，但考虑到本段正在进行的大涌改造工程可结合城际铁路一起实施，同时对规划地块影响较小，因此地方规划部门同意采用下方方案。

图2 南北大涌现状

表1 沙堤隧道下穿南北大涌段与地方城市规划关系概况

3.2 平行下穿南北大涌方案控制点及隧道工法的选择

南北大涌东侧主要分布着工业园区及居民小区建筑，大涌上方建有多座桥梁及水利设施。根据调查，各控制点概况如表2所示。

表2 沙堤隧道下穿南北大涌段主要控制点统计

从表2可知，隧道下穿南北大涌方案主要的受控点是涌上方及东侧分布的桥梁等建筑物的基础。

本段线路有条件下压坡度，增加线路埋深，埋深加大后下方方案可以避让佛开高速、朗沙二路、工业大道、兴业路、张槎路跨南北大涌之桥梁桩基，从其下方通过。在建轻工路主桥跨南北大涌主跨为37 m，线路有条件从主跨下穿通过，但副桥由于跨度较小，桥桩基长度26 m，而隧道在轻工路立交桥范围埋深已经减小到15 m，因此副桥需拆除还建或进行桩基托换。同样，桥苑街人行桥范围隧道埋深只有10 m，而桩基长度达22 m，且线路无法避让桩基，因此桥苑街人行桥需拆除还建或进行桩基托换。

由于本段隧道范围内建筑物密集，路网发达，采用明挖法实施十分困难;同时为控制地表沉降，减少开挖矿山法放炮开挖对周围居民的影响，加快施工进度，减少浅埋段软弱地层的加固费用，因此隧道施工推荐采用盾构法施工。

3.3 拆迁、占地及改涌方案投资比较

东侧方案与下方方案拆迁及占地统计见表3，由表可知，拆迁及占地下方方案投资节省约7 600万元，下方方案改涌投资约8 901万元，本部分比较下方方案较东侧方案投资增加1 301万元。

表3 东侧方案与下方方案拆迁占地及改涌投资统计

3.4 隧道总投资比较

东侧方案与下方方案拆隧道投资统计见表4，由表可知，隧道投资下方方案较东侧方案投资增加1 593.4万元。

表4 东侧方案与下方方案隧道投资统计

3.5 方案优缺点比较及结论

综上所述，本段隧道平行南北大涌下方及东侧方案优缺点如表5所示，综合比较后，推荐采用下方方案。

表5 东侧方案与下方方案优缺点比较

4 下方方案隧道工程难点及解决措施

4.1 隧道下穿建筑物相关措施

本隧道盾构管片外径9.8 m，线路压破后，除轻工路立交副桥及桥苑街人行桥外，其他桥梁及泵站桩基础均有条件下穿。隧道结构顶与建筑物桩基础最小距离为9 m，并且盾构隧道穿行在弱风化砂岩中，从以往设计及施工经验来看，施工中加强监控，及时跟进二次注浆，能够保证隧道上方结构的安全，相关处理措施见表6。

轻工路立交副桥及桥苑街人行桥由于隧道埋深已经小于15 m，并且线路无法避让桩基。轻工路立交副桥及桥苑街人行桥均为跨河桥梁，桩基托换施工风险大，难度高，加之两座桥梁跨度较小，交通量不大，相比拆除还建桩基托换费用上并没有太大优势，因此上述两桥推荐采用拆除后进行还建的方案，还建方案详见图3、图4。

表6 下方方案隧道控制点措施

图3 轻工路立交副桥还建方案(单位:cm)

图4 桥苑街人行桥还建方案(单位:cm)

4.2 隧道结构防水措施

下方方案建成后，本段隧道有2.65 km将长期处于水下运营的状态，其中盾构段长度2.35 km，明挖暗埋段长度0.3 km，对隧道结构的防水提出了较高的要求。

为此隧道采用全封闭防水型结构，结构防水遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，隧道防水设计满足现行国家标准《地下工程防水技术规范》的一级标准，即不允许渗水，结构表面无湿渍。

明挖法隧道主体结构采用抗渗等级为P10的C35防水钢筋混凝土，结构外侧采用高分子复合单面自粘型防水卷材全包防水。防水卷材胎基厚1.5 mm，其背水侧为复合粘结层，迎水侧为复合土工布。边墙及底板采用预铺法施工，顶板采用后铺法施工。明挖段纵向施工缝中部设置3 mm厚镀锌钢板及遇水膨胀橡胶止水条;环向施工缝中部设置中埋式钢边橡胶止水带以及遇水膨胀橡胶止水条，并在环向预埋可重复注浆的注浆管。明挖段变形缝外侧设置外贴式止水带，中部设置中埋式钢边橡胶止水带，变形缝处轨面以上拱墙范围内设置φ20 mm的PVC圆管(外包土工布)，将少量渗水引入道床排水沟并排入区间废水泵房，圆管外侧采用双组份聚硫密封胶填充密实。

盾构法隧道衬砌自身须具有良好的防水能力，混凝土应连续浇筑。管片采用C50钢筋混凝土，抗渗等级为P12，管片密封垫槽间嵌入三元乙丙橡胶进行防水。在管片背面及密封垫外侧的管片表面涂刷渗透性环氧型防水防腐蚀涂料，涂层应能在盾尾密封用钢丝刷与钢板挤压条件下不损伤。

另外，为降低河水下渗量，隧道浅埋地段河道底部应进行相应的处理，河道断面采用钢筋混凝土U形槽结构，并在外侧设置全包防水层。

5 结论

(1)城际铁路隧道工程由于线路平面半径的限制，往往很难适应城市现有或规划的路网形式，从而会导致线位选择时要下穿大量的建(构)筑物。这就要求在线路选线时要与地方规划部门进行充分沟通，并取得规划部门的同意。

(2)鉴于城际铁路隧道周边环境复杂，边界条件控制要素多的特点，需要展开大量的地面、地下建(构)筑物调查工作，因此要加强此工作的人员配备。

(3)隧道下穿河道既有建(构)物基础时，线路宜首先从平面位置进行避让，其次应考虑压低纵断面高程，使隧道结构从桩基下方通过，最后在无法避让的情况下，需对拆除还建及桩基托换进行综合对比后确定经济合理的方案。

(4)平行下穿现有河道的隧道工程线路宜尽量降低高程，以增大隧道结构埋深，同时河道底面宜采用钢筋混凝土结构，以减小河水下渗，保证运营期间隧道结构的防水效果。

(5)城际铁路平行下穿现有河道的隧道工程，一般情况下宜尽量采用盾构法施工，减少临时改涌长度。

［1］苗锐，马玉莹.吉林省城际客运铁路建设融资模式研究［J］.企业研究，2011(10):95.

［2］中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］140号 新建时速200～250 km客运专线铁路设计暂行规定(上下)［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部，广东省人民政府.关于广佛环线佛山西站至广州南站段项目建议书的批复［Z］.北京:中华人民共和国铁道部，2011.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部.GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［5］中铁第一勘察设计院集团有限公司.广佛环线佛山西站至广州南站段初步设计总说明［R］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2012

［6］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部.GB 50108—2001 地下工程防水技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2001.

［7］中华人民共和国铁道部.TB10119—2000 铁路隧道防排水技术规范［S］.北京:中国铁道出版社，2001.

［8］中华人民共和国铁道部.TB10005—2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2011.

［9］徐慧宇.东莞至惠州城际轨道交通东江隧道下穿东江段技术方案研究［J］.铁道标准设计，2011(8):85-88.

［10］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50446—2008 盾构法隧道施工与验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.