城市道路隧道建设期安全保护机制及应用

陈方坤

[摘要]针对城市道路隧道建设期安全保护的关键技术问题，研究了建设期安全保护区定义与范围、安全保护参数与指标以及建设期安全保护管理流程，完善了城市道路隧道建设期安全保护机制，并通过上海市某轨道交通线路穿越大型地下通道的工程实践，分析了建设期安全保护机制应用的情况与效果，验证了该机制安全、适用、有效，相关结论可为类似工程提供技术参考与借鉴。

[关键词]城市道路隧道：建设期安全保护；参数与指标；机制

城市道路隧道施工过程中经常涉及与周边建(构)筑物交叉施工的情况，由于隧道结构具有一定特殊性，施工中易受交叉施工叠加影响，由此引发了城市道路隧道建设期安全保护的问题。Burford最早对基坑开挖引起下卧隧道变形问题进行了研究，发现伦敦某基坑开挖导致的隧道总隆起量达到50mm并仍在增大，即使施工已经结束27年，隆起速率也未呈现衰减态势。

1建设期安全保护对象

城市道路隧道包括地下通道、下凹式立交以及越江隧道等，其建造方式包括明挖法、暗挖法、盾构法、顶推法等施工工艺。以上海市最常见的越江隧道为例，城市道路隧道包括盾构段、暗埋段和接地段。盾构段为圆形结构，江边暗埋段采用箱形结构：明挖接地段为混凝土槽形结构，连接江边暗埋段与地面道路。由于隧道结构对变形极为敏感，城市道路隧道建设期保护对象应包括圆形盾构隧道、箱形暗埋隧道与混凝土槽形接地结构。

2建设期安全保护区定义与范围

2.1定义

关于建设期安全保护区，目前大部分定义为城市道路隧道周边一定范围内的水域或陆域。例如，南京、武汉等城市对运维阶段隧道设置了专门的控制与保护区，其规定对建设期隧道安全保护区设置具有重要参考价值。由于城市道路隧道为较重要的工程项目，对于建设期安全保护介入的时间，目前工程界较为认可的是项目立项后开始介入。综上，该研究将建设期保护区定义为：城市道路隧道在立项至移交期间，需要在一定范围内确定保护机制以确保在建工程与设施安全的区域。

2.2范围

由于岩土体具有区域性特点，不同地区有关隧道结构安全保护的规定也不尽相同。通过收集资料，整理得出典型地区城市道路隧道安全保护范围。隧道安全保护范围基本为隧道投影面或结构外边线向周边延伸一定范围，但均未考虑不同作业类型的影响。笔者通过调研，提出更合理的城市道路隧道建设期安全保护区范围。

3建设期安全保护参数与控制值

传统的钢筋混凝土结构，其变形参数与限值基本参照GB50010-2020《混凝土结构设计规范》执行，即主要考虑结构裂缝的开展宽度。但城市道路隧道涉及防水、地面沉降等问题，建设期城市道路隧道还与变形相对曲率、管片接缝张开量及径向收敛等参数密切有关。现参照城市轨道交通有关管理规定，提出城市道路隧道建设期安全保护参数与控制值如表1。

安全保护参数	控制值	安全保护参数	控制值
竖向移位/mm	≤15	变形相对曲率	≤1/2500
水平移位/mm	≤15	管片接缝张开量/mm	≤2
裂缝宽度/mm	≤0.2	外壁附加载荷/kpa	≤20
径向收敛/mm	≤15	变形曲率半径/m	＞15000

表1  城市道路隧道建设期安全保护参数与控制值

由于城市轨道交通建设管理已有较多成熟经验，同时轨道交通隧道结构对于不均匀沉降等更为敏感，故采用轨道交通相关规定对于城市道路隧道建设期更偏于安全。

4建设期安全保护管理流程

由于工程实施时涉及因素众多，城市道路隧道建设期安全保护首先要进行工程分级，然后开展有针对性的分级管理与控制。目前，主要依据住房和城乡建设部2018年第37号文《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》进行分级。城市道路隧道工程分级后，即可根据公司架构等形成建设期安全保护管理流程。建设期安全保护区管理流程如图1所示。

5主要技术措施

1)同步注浆及沉降控制。

盾构机设置3套注浆系统，包括盾尾单液注浆系统、双液注浆系统与盾体浆液注入系统。在盾构推进过程中，重点监控盾构壳体区域的沉降情况，视监测数据进行壳体注浆，确保穿越施工安全稳定。

2)设计泥水处理系统。

设计泥浆分离设备系统，该系统具有高度的灵活性和富余的储备量。泥水场地选址及布置要合理，方便现场施工。

3)开挖面稳定控制措施。

盾构密封系统应符合最大工作压力要求，采用大出口便于渣土流动，同时在入口处设置隔栅防止大块渣土进入泥浆管路。设置好气泡仓基础，通过液位控制稳定刀盘正面顶部土体压力，气泡仓调节功能可保证对开挖面的精准支撑。

4)地表沉降控制措施。

通过气压平衡减少盾构机对土体的扰动，降低地面沉降：运用盾构机自带的数据采集与监控系统，对施工数据实时分析，提高管理人员决策效率。盾构机配备同步注浆，及时充填掘进的建筑间隙，将地面沉降减小到最小，实现对地表沉降的精准控制。

6结论

该研究系统分析了城市道路隧道建设期安全保护机制，并以上海市某轨道交通线路穿越大型地下通道为例，验证了该安全保护机制，得出以下主要结论：

1）城市道路隧道建设期保护对象应包括圆形盾构隧道、箱形暗埋隧道与混凝土槽形接地结构。

2)城市道路隧道建设期保护时间范围为项目立项至移交期间。建设期保护区为需要在一定范围内确定保护机制以确保在建工程与设施安全的区域。

3)城市道路隧道建设期安全保护，应根据项目规模、地质条件等进行工程分级后再开展针对性的分级管理与控制。

4)工程实践表明，城市道路隧道安全保护机制安全、适用、有效，对确保城市道路隧道结构的安全具有积极意义。

城市道路隧道建设涉及众多因素，该研究尚属于初步探索，期待更多业界同仁开展深入研究，进一步完善建设期安全保护机制，为确保城市道路隧道结构安全提供技术支撑。

参考文献：

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