第1章绪论
1.1概述
随着城市经济发展，用于人们出行和货物运输的汽车数量呈现指数级增长，交通拥堵成为当今大城市发展所面临的普遍难题。为了缓解地面道路交通压力，提高交通输送能力和出行效率，城市交通工程（市政道路、轨道交通、高速公路）建设快速发展。建设城市地下道路，构建立体化交通体系，是缓解交通拥堵和提高出行效率的重要手段之一，因此地下道路越来越受到各大城市欢迎。而城市隧道是地下道路的主要表现形式，其建设规模迎来了前所未有的发展阶段。由于城市隧道所处的地理位置、周边复杂环境和施工影响要求等具有特殊性［1］，故与常规山岭隧道相比，城市隧道选址、设计、施工及运营管理等方面均有更高的要求，尤其在山地城市进行城市隧道工程施工，其施工复杂程度更加突出。
重庆作为典型的特大山地城市，位于中国西南部、长江上游，地跨东经105°11′～110°11′，北纬28°10′～32°13′，东西长为470km，南北宽为450km，总面积为8.2万km2。重庆东临湖北、湖南，南接贵州，西靠四川，北连陕西。重庆地域辽阔，域内江河纵横，峰峦叠翠，属于典型的大型山地城市，地处四川盆地东南部的丘陵和山地地带，市域内存在各个构造体系：新华夏构造体系的渝东南川鄂湘黔隆褶带，渝西川中褶带、渝中川东褶带，径向构造的渝南川黔南北构造带和渝东北大巴山弧形褶皱断裂带等。各构造体系由不同的岩层组成，差异性很大的构造特征和发生、发育规律，塑造了复杂多样的地貌形态。其特征为：一是地势起伏大，层次地貌不明。东部、东南部和南部地势高，*高的大巴山的川鄂岭海拔2796.8m，其余大多在1500m以下；西部地势低，大多为300～400m的丘陵。二是地貌造型各异，以山地、丘陵为主。全市地貌类型分中山、低山、高丘陵、中丘陵、低丘陵、缓丘陵、台地、平坝等八大类，其中以山地面积*大，占全市面积的72.85%。三是地貌形态组合的地区分异明显。华蓥山—巴岳山以西为丘陵地貌；华蓥山至方斗山之间为平行岭谷区；北部为大巴山中山山地；东部、东南部和南部属巫山大娄山山区。四是喀斯特地貌分布广泛。在东部和东南部地区，喀斯特地貌大量集中分布，地下和地表喀斯特形态发育均佳。在背斜条形山地中发育了渝东地区特有的喀斯特槽谷奇观。在东部和东南部的喀斯特山区分布着典型的石林、峰林、洼地、浅丘、落水洞、溶洞、暗河、峡谷等喀斯特景观。
在过去的隧道工程建设过程中，重庆主城区以公路隧道为主，隧道作为穿山越岭的重要通道得到广泛应用。随着城市化进程的加速和经济实力的提升，人们对便捷出行、舒适交通的要求不断提高，隧道工程成为城市交通基础设施建设的理想选择。城市隧道的发展不仅节约了宝贵的土地资源，也提供了更加便捷顺畅、高效的交通通道，尤其在山地城市，隧道建设的需求日益迫切，城市隧道在国家交通系统以及城市的发展中发挥着越来越重要的作用。
由于重庆市区被“四山两江”所分割，地表土地资源紧缺。随着城镇化进程的快速发展，山地城市人口数量急剧膨胀，城市土地资源紧缺。与其他大城市一样，重庆存在严重的“城市病”，突出表现为各大主城区人口密集、高层建筑林立、地面道路网相互交错、空间拥挤、交通拥堵等。为了解决城市交通拥堵问题，优化交通干线，提高结构的抗震能力和国防防御能力，大量的隧道工程建设势在必行。
1.2山地城市隧道的特征
山地城市隧道所处的特殊地理位置、地层介质和环境因素决定了隧道的修建，具有比山岭隧道及平原城市隧道更大的风险、更复杂。山地城市隧道工程具有以下典型特征：
（1）山地城市隧道隧址区地形地貌复杂、地质条件多变。隧道洞口坡度较陡，沿隧道走向埋深变化大，穿越地层复杂多变。地表大部分被第四纪的沉积层或堆积层所覆盖，下部基岩以沉积岩为主，围岩的工程地质和水文地质条件较差，围岩性质软弱，自稳能力较差。
（2）山地城市隧道周边环境复杂。山地城市隧道或地下工程大都位于主城区，隧道周边建（构）筑物密度大、地下管线布设复杂、人口众多、交通繁忙、施工场地有限，不可避免地要邻近或穿越地表既有建（构）筑物、地上或地下市政道路、地下防空洞室或地下轨道交通、桥梁桩基等。隧道的设计及施工受周边环境的影响较大，尤其是穿越重要建（构）筑物或人员密集区时，必须设置较为严格的设计和施工控制措施。
（3）山地城市隧道埋深较浅，地表变形控制严格。山地城市隧道全长基本在浅埋范围内，隧道施工引起的地表沉降和变形对周边建（构）筑物或地下管线的影响较大，因此，在隧道施工前就必须对邻近建（构）筑物或地下管线的布设情况及相关特性进行详细的调查研究，且需要针对围岩性质进行施工方案比选，尽量选择那些对地层扰动较小的施工方案，并根据工程进度及实际的围岩情况及时进行调整。隧道设计与施工不仅要确保隧道工程本身结构的稳定性和强度要求，还要确保周围的既有建（构）筑物、地下管线或其他市政设施不会因为隧道施工产生的过大变形而发生破坏。
（4）山地城市隧道施工风险高。由于隧址区地质条件和周边环境均比山岭隧道复杂，隐藏工程风险高，其后果会造成经济损失大且社会影响显著。因此，在隧道施工全过程中都需要做好风险的跟踪及安全控制。
1.3山地城市隧道施工技术发展趋势
随着新材料、新工艺、新设备等的研发及推广，以及对环境保护意识的增强，山地城市隧道施工呈现出如下发展趋势：
（1）隧道断面逐渐扩大，由双车道向三车道、四车道迈进，以缓解日益增加的交通压力。城市隧道的施工复杂程度及技术要求越来越高。
（2）随着隧道机械开挖设备的不断研发，以及掘进效率的不断提高，山地城市隧道开挖逐渐从传统的矿山法开挖过渡到机械法开挖，实现对隧道围岩承载性能的保护，以及对地表的沉降变形与洞周收敛变形的控制，降低爆破振动对周边环境的影响。
（3）在城市地区浅埋段进行隧道施工时，地表沉降控制及对周围建（构）筑物的振动、噪声等环境影响要求更加严格。隧道施工方法将由传统粗放的矿山法转为精细化控制爆破施工方法（光面爆破法、静态爆破施工法）。
（4）随着对隧址区人文环境保护意识的提高，隧道施工理念逐渐从原先的地下水粗放排放转变为控制排放，并加强了对地下水环境的保护，以实现地表生态的可持续发展。
第2章下穿建（构）筑物密集区市政隧道施工技术
2.1概述
随着城市化进程加速和城市人口数量的剧增，城市交通基础设施容量逐渐趋于满负荷或超负荷运转，城市道路交通拥堵。为了缓解道路交通压力，需在城市人口密集区对道路系统进行升级改造。但由于历史原因，道路无法向两侧扩宽，只能通过地下交通方式解决交通拥堵问题，这必然会导致城市交通隧道下穿大量的建（构）筑物密集区。本章以渝碚路至汉渝路下穿道工程为例（图2.1），对其施工技术进行分析。
图2.1渝碚路至汉渝路下穿道工程平面图和纵断面图
渝碚路至汉渝路下穿道工程是疏导三峡广场东西向车辆、缓解商圈交通压力的重点工程。项目起于渝碚路重庆大学C区东门路口，自西向东采用隧道形式上跨轨道环线、下穿整个三峡广场地下商场，止于汉渝路重庆一中大门路口，全长2km。项目总投资5.7亿元，其中建安费用2.73亿元，工期30个月。
渝碚路至汉渝路下穿道工程为集合道路、结构、交通、建筑、给排水、电气、暖通等众多专业为一体的综合性工程，且位于城市核心区，地上地下建（构）筑物均比较密集。为了保证工程的可实施性，在设计过程中，设计单位及业主单位做了众多专项论证以保证工程在各个方面的可行性，*后通过各个专项的可行性来保证整个工程的可行性。
渝碚路至汉渝路下穿道为城市次干道，设计车速为40km/h，西起渝碚路东至汉渝路，全长约2km，路幅按双向二车道设置，隧道内单洞宽7.25m，近期采用划线为双向二车道，远期可直接调整标线为双向四车道。根据道路总体设计及隧道自身功能需要，本工程沿线隧道布置见表2.1。
隧道衬砌结构按新奥法原理设计，采用复合式衬砌结构，主要工程内容为隧道平面设计、隧道纵断面设计、隧道剖面设计、进出口（含基坑开挖及支护）设计、洞身结构等主体结构设计、隧道交叉口设计、防水与排水设计、路面设计等［2］。
2.2隧道施工对密集区建（构）筑物的影响
2.2.1隧址区既有建（构）筑物的调查
（1）调查的范围与重点：对施工影响范围内的所有地面建（构）筑物进行调查，并对已有资料进一步核实，没有资料的要做全面调查。
（2）调查内容：调查建（构）筑物的名称、位置、所属业主，建（构）筑物的用途，建（构）筑物的层数（高度），有无地下室，建造时间，结构类型，内外构件有无损伤，建（构）筑物的基础类型、基础深度、尺寸及其与本工程的相对位置关系，建（构）筑物的垂直度等，其中基础调查是重点。
（3）调查方法：在施工前，成立专门的建（构）筑物调查组，配备专业摄影师、工程师、土地测量员、建筑工程师、结构工程师等，配备照相机、摄影机、全站仪、光学裂缝测量仪等。在调查前制定详细的调查计划和调查图表，通过走访建（构）筑物业主等有关单位，收集受调查建（构）筑物（特别是深基础）的有关设计和交工资料，以实地观测、测绘等方法来完成调查工作，*后进行资料整理分析。
2.2.2施工对既有建（构）筑物的变形影响
在隧道施工过程中，由于开挖破坏了地层的原始应力状态，故地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层移动，而地层移动又必将导致不同程度的地面沉降。当建（构）筑物和设施的基础底部（天然地基、桩基等）地基土扩散附加应力的有效范围处于施工区域周围和上方土体受扰动后的塑性区时，塑性区地层的施工沉降和后期固结沉降将引起建（构）筑物的差异沉降。若差异沉降过大，建（构）筑物就会受到损坏。对于地下建（构）筑物，其受施工影响的程度主要取决于地表沉陷槽的特征，特别是沉陷*线斜率较大时沉陷引起的建（构）筑物的差异沉降就较大，建（构）筑物破坏的可能性就增大。因此，在施工前详细查清施工影响范围内的建（构）筑物及其基础状况，在施工中加强监测，对其安全性作出判断，有针对性地采取主动措施加以必要的保护，以确保工程安全顺利施工［3］。
2.2.3隧道周边既有建（构）筑物保护措施
渝碚路至汉渝路下穿道工程沿线及周边为繁华商业区时，应根据建（构）筑物的特点制定相应的保护措施。
（1）制定既有地表建（构）筑物的沉降控制值，以保证房屋结构安全。
（2）减少隧道施工对居民生活的影响，采用控制爆破施工，设计采用超前管棚作为超前预支护。为控制沉降，施工应采用侧导坑小断面开挖，初期支护必须采用强支护、快封闭，二次衬砌应立即施作。
（3）强施工监测。设定变形及沉降预警，若施工过程中发现支护变形或地面沉降超过预警值，应立即停止施工，及时上报各相关单位，调整隧道支护形式，达到动态设计、信息化施工的目的。
2.3下穿建（构）筑物密集区市政隧道结构设计
2.3.1隧道结构总体设计
本着经济合理的原则，进行隧道净空断面的设计。在隧道的断面设计中考虑洞内路面、排水、检修道、通风、消防、内装、监控等建筑设计设施所需的空间，同时考虑结构受力、断面利用率、施工方法、施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响，以确定断面尺寸和形式。根据本工程总体设计要求，主要设计参数取值如下：
（1）*小检修宽度（设置在隧道右侧）依据规范CJJ221—2015《城市地下道路工程设计规范》［4］中表3.5.1取值，为0.75m。
（2）车行道宽度根据道路设计宽度取值，为7.25m。
（3）建筑净高依据规范CJJ221—2015《城市地下道路工程设计规范》中［4］表3.5.2取值，为4.5m，考虑到后期消防车进入等综合因素，未按*小值3.5m取值。
（4）车行横通道、人行横通道依据GB50016—2014《建筑设计防火规范》［5］中
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