城市下穿長隧道工程設(shè)計(jì)

李松柏

1 概述

近年來，城市化進(jìn)程日益加快，靠近市區(qū)的公路兩邊的荒地很多都已經(jīng)慢慢城鎮(zhèn)化，人流、車行交通量不斷增加，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多地方需要對舊路進(jìn)行大修或改擴(kuò)建。對交通流量較大的路口平交改立交，由于修建高架橋會影響道路景觀、遮擋視線、有行車噪聲，從而影響周邊地塊的商業(yè)價(jià)值和居住環(huán)境，因此越來越多需要做立交的路口采用下穿隧道的形式，若連續(xù)幾個(gè)路口相距很近且周邊是重要的商業(yè)街或?qū)坝^要求高，則下穿隧道的長度會增加，達(dá)到規(guī)范中長隧道的標(biāo)準(zhǔn)。近4年來，本人在東莞地區(qū)設(shè)計(jì)改造的幾條公路中普遍采用下穿隧道的立交形式，其中長隧道4條，中、短隧道8條。

2 城市長隧道的特點(diǎn)

城市車行長隧道的建設(shè)與周邊自然環(huán)境、建設(shè)規(guī)劃條件等密切相關(guān)，在一些舊路改造項(xiàng)目當(dāng)中，場地周邊一般分布有較多的房屋、市政管網(wǎng)等，舊路的臨時(shí)交通也需要進(jìn)行疏導(dǎo)，因此隧道的施工對環(huán)境的控制要求較高。另外由于隧道長度的增加，城市長隧道較短隧道有一些自身的特點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

1 )隧道結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)分段。城市隧道一般分敞口段與閉口段，敞口段若地質(zhì)較好，巖層埋置較淺或在地下水位以上時(shí)，可采用路肩擋墻+普通路基的結(jié)構(gòu)形式，地質(zhì)條件較差或地下水位以下時(shí)一般采用U形槽結(jié)構(gòu)。為了減少行車墻壁效應(yīng)，敞口段也有采用側(cè)墻內(nèi)側(cè)外傾的U形槽結(jié)構(gòu)或者U形槽上部放坡綠化結(jié)合的斷面形式，提高景觀效果。閉口段一般采用封閉式矩形單孔或多孔框架結(jié)構(gòu)。珠三角地區(qū)由于地質(zhì)情況一般普遍較差，目前結(jié)構(gòu)分段一般有兩種方式，一種按20 m～25 m左右設(shè)置一道沉降縫，另外一種是按40 m～50 m左右設(shè)置一道沉降縫，前一種分段方式長度較短，結(jié)構(gòu)施工完后不容易產(chǎn)生混凝土收縮裂縫和沉降不均勻的裂縫，但是由于沉降縫數(shù)量多，雖然沉降縫處有防水設(shè)計(jì)，但是目前的施工工藝很難做到不漏水，因此很容易人為造成結(jié)構(gòu)漏水薄弱點(diǎn)。后一種分段方式由于長度較長，為防止混凝土的收縮裂縫產(chǎn)生，一般都要采取加強(qiáng)帶的做法，底板一般采用膨脹加強(qiáng)帶，側(cè)墻一般采用后澆加強(qiáng)帶，因此造成施工難度增加。兩種分段方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體采用哪種方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工技術(shù)水平的情況選擇。

2 )隧道建筑限界。城市隧道建筑限界主要依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行，但是由于城市隧道一般是矩形結(jié)構(gòu)，因此頂面要注意預(yù)留照明燈的安裝空間，一般是50 cm。側(cè)面要注意預(yù)留側(cè)壁裝飾的空間，一般取10 cm。

3 )隧道結(jié)構(gòu)抗浮。下穿隧道屬地下結(jié)構(gòu)物，結(jié)構(gòu)抗浮有兩個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是如何選取地下水位標(biāo)高;另一個(gè)是結(jié)構(gòu)采用何種方式抗浮。對全埋式的結(jié)構(gòu)物，根據(jù)規(guī)范，地下水位一般取至地面標(biāo)高。但有的情況須具體分析，比如隧道所處路基為路堤填土，則取原地面標(biāo)高比較合理。另外，隧道進(jìn)出口處的高程也是一個(gè)控制因素，地下水水位一般不會高于敞開段進(jìn)、出口處的標(biāo)高。若隧道頂覆土達(dá)到一定的厚度，隧道閉口段一般靠自重就可抗浮，也可在側(cè)墻外側(cè)添加墻趾，增加抗浮壓重。埋置深度超過3 m～4 m的敞開段是抗浮的重點(diǎn)，可利用側(cè)墻外側(cè)的支護(hù)樁作為抗浮措施，另外若抗浮力仍不足，可在底板下設(shè)計(jì)抗拔樁或者抗拔錨桿等，這樣既可以增加抗浮力，又能減少底板內(nèi)力，降低結(jié)構(gòu)配筋率。

4 )隧道防水。隧道防水以結(jié)構(gòu)以自防水為主，附加外防水為輔，其抗?jié)B等級可按P8級，為減少結(jié)構(gòu)收縮裂縫，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在結(jié)構(gòu)內(nèi)適當(dāng)摻入防水抗裂劑(低堿低摻量)。結(jié)構(gòu)外防水采用“外防外貼法”全外包防水。沉降縫處防水采用中埋式及背貼式止水帶，施工縫防水采用鋼板止水帶。

5 )隧道排水。隧道起點(diǎn)處道路縱斷面設(shè)反坡(凸曲線)，可防止隧道范圍以外周邊雨水的進(jìn)入，隧道內(nèi)設(shè)置縱向排水邊溝，閉口段縱坡最低點(diǎn)處設(shè)橫截式排水溝，將所有雨水匯集在路面最低點(diǎn)處，再導(dǎo)至泵房，經(jīng)泵房導(dǎo)至地面，經(jīng)卸壓井、檢查井與周邊管網(wǎng)或河涌銜接。由于隧道內(nèi)雨水主要是由敞開段匯集，若閉口段較長，為減少雨水在長而緩的隧道閉口段內(nèi)的距離，一般宜設(shè)置兩個(gè)泵房，在隧道閉口段中部設(shè)置凸曲線變坡點(diǎn)，將隧道最低點(diǎn)置于閉口段進(jìn)、出口附近。

6 )隧道通風(fēng)。由于閉口段長度較長，通風(fēng)方式有自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)兩種方式，考慮到設(shè)置射流風(fēng)機(jī)后期維護(hù)費(fèi)用及增加了隧道埋置深度，從運(yùn)營和建設(shè)成本考慮，隧道盡量采用自然通風(fēng)，由于城市明挖隧道埋深較淺，因此也有條件在頂板上設(shè)置通風(fēng)天窗，國內(nèi)有相關(guān)的工程實(shí)例［3］。但是，關(guān)于天窗的設(shè)置形式有以下幾種:a.在能設(shè)置天窗的地段均連續(xù)設(shè)置;b.在滿足通風(fēng)要求的前提下局部合理地設(shè)置天窗。這兩種天窗設(shè)置的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。結(jié)合廣州市內(nèi)的黃埔大道隧道(天窗連續(xù)設(shè)置)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，天窗連續(xù)設(shè)置無太多優(yōu)點(diǎn)，因此目前采用自然通風(fēng)的長隧道盡量采用局部合理地設(shè)置天窗的方案。

7 )隧道防災(zāi)、減災(zāi)。在敞開段與閉口段相接處中央分隔帶斷開一段，采用水馬分隔，具體長度根據(jù)隧道行車道數(shù)量來定，當(dāng)閉口段出現(xiàn)災(zāi)情時(shí)敞開段的車流可調(diào)頭避險(xiǎn)。隧道進(jìn)行室內(nèi)、室外消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，隧道內(nèi)放置消防栓、滅火器、消防聲光自動報(bào)警等安全設(shè)施。隧道中隔墻每隔100 m左右設(shè)置一處人行安全門洞，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求在閉口段設(shè)置車行橫通道，提高防災(zāi)能力。目前尚無對隧道進(jìn)行專門的消防通道設(shè)計(jì)實(shí)例。

表1 不同形式天窗的優(yōu)缺點(diǎn)比較

8 )隧道施工。城市明挖法長隧道基坑支護(hù)方式、施工工法與短隧道無太大區(qū)別，支護(hù)方式主要可采用放坡、鋼板樁、鉆孔灌注樁、重力式格柵擋墻、地下連續(xù)墻等，止水帷幕可采用水泥攪拌樁或旋噴樁等方式。兩者施工不同的地方是長隧道由于長度較長，對過街影響較大，因此一般采取縱向分段進(jìn)行施工，過街交通可利用已施工好的節(jié)段解決。公路大范圍的臨時(shí)交通可利用周邊路網(wǎng)合理疏導(dǎo)，公路隧道附近的局部小范圍臨時(shí)交通可在基坑兩側(cè)修建臨時(shí)通車便道疏導(dǎo)。

9 )隧道埋深。隧道閉口段的埋深影響到基坑的深度以及隧道敞開段的長度，直接影響整個(gè)工程的建設(shè)投資，合理的設(shè)計(jì)隧道的埋深至關(guān)重要。影響隧道埋深的因素主要有:a.隧道閉口段上部是否必須有管線橫過;b.隧道頂路面結(jié)構(gòu)的要求;c.結(jié)構(gòu)抗浮的需要;d.明挖施工在地質(zhì)較差時(shí)，基坑深度較深時(shí)一般設(shè)置兩道支撐，為方便施工，隧道閉口段埋深最好大于1 m，以保證第一道支撐與隧道頂板位置不會沖突;e.閉口段采用機(jī)械通風(fēng)時(shí)，須預(yù)留射流風(fēng)機(jī)的凈高。由于隧道埋深影響施工難度以及工程造價(jià)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該進(jìn)行綜合考慮。

3 結(jié)語

城市長隧道有其自身的特點(diǎn)，各個(gè)不同的項(xiàng)目也有其自身的實(shí)際情況，工程師應(yīng)在遵循安全、美觀、經(jīng)濟(jì)、合理的條件下靈活進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文介紹的一些城市長隧道的設(shè)計(jì)特征是基于廣東東莞地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行的，設(shè)計(jì)方案經(jīng)過多次評審，希望能供相關(guān)工程作為借鑒。

［1］ 魏立新，劉 芳.廣州市城市車行隧道建設(shè)技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.隧道建設(shè)，2007，27(2)：4-8.

［2］ 邢 錦，張貴生.天津津?yàn)硰V場張自忠路下沉隧道工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［J］.中國市政工程，2010(5)：32-33.

［3］ 劉愛榮，王定文.廣州黃埔大道隧道土建工程設(shè)計(jì)［J］.公路交通科技，2003(4)：52-56.