鄭州市京廣北路隧道設(shè)計(jì)綜述

李選棟，申國朝

（鄭州市市政工程勘測設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州 450046）

1 概述

1.1 概況

鄭州市京廣快速路是市區(qū)南北向第一條快速通道，規(guī)劃南起西南繞城高速，北至連霍高速，項(xiàng)目一期（南三環(huán)～北三環(huán)）已建成通車，二期南北延長線部分正在建設(shè)。

京廣北路隧道是京廣快速路系統(tǒng)的一部分，處于快速路南段，距火車站西廣場約300 m（見圖1）。該隧道作為城市南北快速路，可解決火車站地區(qū)過往旅客快速集散疏解問題。

圖1 工程地理位置圖

京廣北路隧道主線全長1835 m，暗埋段（隴海路～中原路）長度1360 m，敞開段長度475 m，設(shè)四個(gè)平行式進(jìn)出口匝道。工程造價(jià)約5億。工程2009年12月17日開工，2012年4月28日竣工通車。

1.2 地質(zhì)水文條件

場地位于鄭州市西南部，地貌單元為山前沖積鄭州西部傾斜平原，地貌單一，地形較平坦。場地范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)主要為粉土、粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

場地地下水穩(wěn)定水位埋深11.8～15.7 m，歷史最高水位埋深約10.0m。

2 設(shè)計(jì)原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 設(shè)計(jì)原則

（1）滿足城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、施工工藝、運(yùn)營管理、防水、防腐蝕等耐久性要求，符合技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理與確保質(zhì)量的要求。

（2）結(jié)合場地周圍建筑物、管線分布狀況，基坑支護(hù)要求作到安全、快捷和便于結(jié)構(gòu)施工。同時(shí)，充分論證施工期間道路保通方案，合理選擇保通措施。

（3）與地鐵一號(hào)線交叉處，兩結(jié)構(gòu)之間距離符合安全凈距要求。

（4）重視隧道運(yùn)營、安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，便于后期運(yùn)營管理。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）規(guī)劃道路等級：城市快速路；

（2）結(jié)構(gòu)使用年限：100 a；

（3）結(jié)構(gòu)安全等級：一級；

（4）結(jié)構(gòu)防水等級：二級；

（5）基坑側(cè)壁安全等級：二級；

（6）設(shè)計(jì)活載：公路—I級，地面堆載：20 kPa；

（7）結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度：7度，地震動(dòng)峰值加速度：0.15g；

（8）設(shè)計(jì)車速：60 km/h；

（9）設(shè)計(jì)凈空：4.5 m。

3 工程總體布置

3.1 平面布置

京廣北路隧道沿現(xiàn)狀道路布置，于隴海路南側(cè)入地，向北過中原路后出地面，在隴海路～中原路之間為全暗埋段，在近兩交叉路口處分別設(shè)置一對進(jìn)出口匝道，實(shí)現(xiàn)和隴海路、中原路地面交通之間的聯(lián)絡(luò)和轉(zhuǎn)換（見圖2）。

圖2 總平面布置圖

3.2 縱斷面布置

隧道結(jié)構(gòu)與地鐵一號(hào)線間安全凈距和地面道路管線敷設(shè)為埋深的主要控制要素。在此基礎(chǔ)上，盡量減少埋深，降低投資。縱斷面布置整體呈北高南低趨勢，縱坡要求不大于4.0%，覆土厚度控制不小于1.8 m，結(jié)構(gòu)底板底距離地鐵結(jié)構(gòu)頂約3.7 m，符合地鐵建設(shè)部門不小于3.0 m的要求。

3.3 橫斷面布置

橫斷面為雙向六車道布置，標(biāo)準(zhǔn)段單孔凈寬13.1 m，匝道孔凈寬7.0 m，主線接匝道處單孔寬度增至21.1 m。

隧道凈空限界4.5 m，頂部預(yù)留1.5 m拱形空間布置燈具、射流風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備（見圖3）。

圖3 斷面布置圖（尺寸單位：cm）

4 保通方案和基坑支護(hù)

4.1 保通方案

隧道處于火車站附近，為解決開挖施工期間周邊居民及過往旅客通行問題，在基坑?xùn)|側(cè)留10 m寬施工便道，保證南北向雙向兩車道通行。

隴海路、中原路是西區(qū)通往火車站的必行之道，車流量大，隧道與兩條主干路交叉處，開挖期間不能斷行，且路口覆土厚度僅有1m左右，不具備暗挖條件。

隴海路交叉口，拆遷較順利，采用倒邊開挖施工，解決了交叉口正常通行。

中原路交叉口，東側(cè)緊臨既有下穿鐵路地道，北側(cè)距離現(xiàn)狀小區(qū)建筑物近，無法倒邊，采用蓋挖順作法施工。開挖時(shí)在路口架設(shè)了一跨39 m鋼便橋，雙向八車道，采用“321”貝雷片拼裝而成，安拆容易，可回收利用，在隧道開挖施工的兩個(gè)月時(shí)間內(nèi)，較好地保障了路口的通行（見圖4）。

圖4 中原路口保通便橋

4.2 支護(hù)方案比選

本基坑為帶狀，標(biāo)準(zhǔn)寬度31 m，匝道段最大寬度約52 m，坑深約9.7 m（泵房處深13 m）。基坑兩側(cè)主要分布著鐵路系統(tǒng)家屬院、招待所、加工廠等建筑，周邊建筑物分布密集，拆遷量大，工期緊張。

基坑開挖深度范圍內(nèi)分布土層為粉土、粉質(zhì)黏土，且地下水位較深，因此，基坑支護(hù)方案主要從鄭州地區(qū)常用的樁撐方案和樁錨方案進(jìn)行對比（見表1）。

表1 基坑支護(hù)方案對比

由表1對比，樁錨支護(hù)在工期、造價(jià)方面優(yōu)勢明顯，但其對周邊環(huán)境要求較高。經(jīng)調(diào)查，基坑兩側(cè)建筑物建筑年代較早，基本無地下室，基本不影響錨索布置。同時(shí)，距離基坑兩側(cè)較近的雨水管線埋深約2 m，可通過調(diào)整上層錨索布置來合理避開。

經(jīng)分析，場地環(huán)境條件基本不影響樁錨方案實(shí)施，且樁錨支護(hù)體系在工期、造價(jià)等方面優(yōu)勢較明顯，故基坑支護(hù)選用了樁錨支護(hù)方案。

4.3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)排樁選用d700 mm混凝土灌注樁，樁中心間距1100 mm（見圖5），樁頂設(shè)900 mm×600 mm混凝土冠梁。

圖5 支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置（單位：mm）

錨索選用了4φs15.2鋼絞線，采用“錨二跳一”方式布置，平均間距1.65 m，夾片錨具，注漿體采用Po42.5號(hào)純水泥漿，二次劈裂注漿。

樁間土采用外掛鋼絲網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)（見圖6），然后砌襯墻保護(hù)，防止錨頭刺穿防水材料。隧道結(jié)構(gòu)施工時(shí)，襯墻表面砂漿找平作為結(jié)構(gòu)外墻外模使用。

圖6 基坑支護(hù)

5 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 主體結(jié)構(gòu)

隧道結(jié)構(gòu)采用雙折板拱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級C40（摻抗裂劑，抗?jié)B等級P8），頂板、側(cè)墻厚度0.8 m，底板厚度1.0 m。敞開段采用U型槽結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)縱向節(jié)段長度按30 m控制，地下水位處于結(jié)構(gòu)底板以下，無需考慮抗浮安全。

5.2 結(jié)構(gòu)防水

防水設(shè)計(jì)遵循“以自防水為根本，接縫防水為重點(diǎn)，多道防線，綜合治理”的原則，外防水采用外包自粘防水卷材，接縫處設(shè)中埋式、背貼式止水帶防水，變形縫內(nèi)嵌填PE發(fā)泡板，聚硫密封膠密封。洞內(nèi)在側(cè)墻、頂板變形縫處安裝不銹鋼接水盒，對可能發(fā)生的少許滲漏進(jìn)行截排。

5.3 路面結(jié)構(gòu)

采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，首先在結(jié)構(gòu)底板上鋪設(shè)C30混凝土調(diào)坡層，然后鋪5 c m AC-16C中粒式瀝青混凝土（摻0.4%抗車轍劑）+4 cmAC-13C細(xì)粒式瀝青混凝土。

6 地下防空洞處理

經(jīng)調(diào)查勘測，隧道西側(cè)分布有7501地下人防通道，洞頂距離隧道底板2～5 m，報(bào)主管部門批準(zhǔn)后，采取廢棄填埋處理。處理措施采用鉆孔向洞內(nèi)灌注砂石填料，然后進(jìn)行高壓注漿，確保不影響結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)安全。

7 運(yùn)營系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.1 排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)主要考慮排除雨季敞口段匯水、汽車帶入隧道內(nèi)的地面積水、日常沖洗廢水、消防廢水和少許滲漏水。

（1）遵循“高水高排、低水低排”的原則，優(yōu)化路線設(shè)計(jì)，縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)在洞口設(shè)阻水反坡，最大程度地阻止雨季地面積水倒灌入隧道內(nèi)。

（2）實(shí)施截排結(jié)合，行車道右側(cè)設(shè)置矩形排水邊溝，積水沿路面橫坡流入邊溝后，隨縱坡度通過橫向截水溝匯入泵站積水池內(nèi)，通過水泵提升，最終進(jìn)入地面排水管網(wǎng)排出。

（3）全線設(shè)兩座排水泵站，泵站采用地下附建式，布置在隧道西側(cè)，每座泵站設(shè)3臺(tái)水泵，兩用一備，泵站具備自動(dòng)控制功能，積水池內(nèi)積水達(dá)到一定深度，泵站可自動(dòng)啟動(dòng)，及時(shí)排除積水。

7.2 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)含固定水成膜泡沫滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)和滅火器。消防水源通過市政給水管網(wǎng)引入，在隧道中部東側(cè)設(shè)置地下附建式消防泵站一座，消防水池容積50 m3，設(shè)立式恒壓切線消防泵兩臺(tái)，一用一備。

固定水成膜泡沫滅火裝置水壓要求高，通過消防泵房二次加壓后供給。消火栓系統(tǒng)直接通過給水管網(wǎng)供水，固定滅火器采用便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器，每組滅火器箱設(shè)4具。

7.3 通風(fēng)系統(tǒng)

本隧道受地面道路斷面布置限制，無法采用豎向通風(fēng)，采用全射流縱向通風(fēng)。每個(gè)斷面單孔3臺(tái)風(fēng)機(jī)為一組，風(fēng)機(jī)選用φ1100雙向可逆射流風(fēng)機(jī)，葉輪直徑900 mm。

7.4 供電系統(tǒng)

本工程緊鄰火車站西廣場，電源由廣場地下車庫內(nèi)10 kV專用配電所引入。考慮隧道長度及供電半徑，設(shè)變電所一座，與中央控制室合建。

7.5 照明系統(tǒng)

隧道照明分為基本照明、加強(qiáng)照明和應(yīng)急照明。為節(jié)約用電，選用LED燈具作為標(biāo)準(zhǔn)段基本照明，由于入口加強(qiáng)段亮度要求高，同時(shí)為保證霧天洞口的通透性，設(shè)計(jì)采用高壓鈉燈作為出入口加強(qiáng)照明，洞市內(nèi)應(yīng)急疏散、交通誘導(dǎo)及消防、緊急電話等各類電光指示標(biāo)志照明屬應(yīng)急照明，以LED作為內(nèi)置光源。

隧道洞口各設(shè)一組亮度檢測儀作為傳感器，對照明亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)，以節(jié)約能耗。

7.6 監(jiān)控系統(tǒng)

隧道中央控制室設(shè)在火車站西廣場地下空間內(nèi)。

監(jiān)控系統(tǒng)包含交通、排水、供電照明、閉路電視、有線廣播、緊急電話、通風(fēng)排煙、火災(zāi)檢測與報(bào)警等各個(gè)子系統(tǒng)，所有子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息通過光纜傳輸至中央控制室中顯示（見圖7），并統(tǒng)一進(jìn)行管理與控制。

圖7 中央控制室監(jiān)控中心

7.7 防災(zāi)系統(tǒng)

防災(zāi)系統(tǒng)以“預(yù)防為主，防消結(jié)合”為基本方針，系統(tǒng)考慮在災(zāi)害發(fā)生情況下的快速疏散、緊急救援需求，力爭將損失降到最低。

（1）頂板防火內(nèi)襯為隧道專用防火板，要求采用RABT標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線測試，耐火極限不小于2 h。

（2）隧道雙孔作為兩個(gè)獨(dú)立的防火分區(qū)，在中墻處共設(shè)置3處車行（兼人行）橫通道，2處人行專用橫通道，便于通過相鄰孔救援、逃生和疏散。車行橫通道（兼人行）尺寸4.0 m×4.5 m，洞門設(shè)防火卷簾；人行專用橫通道尺寸2.0 m×2.5 m，洞門設(shè)甲級鋼質(zhì)防火門。

（3）消防、排水、通風(fēng)排煙等子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效聯(lián)動(dòng)控制，一旦隧道內(nèi)有災(zāi)情發(fā)生，可迅速實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)機(jī)、水泵、應(yīng)急照明、報(bào)警、防火門（卷簾）、交通誘導(dǎo)等設(shè)備的自動(dòng)啟停操作，便于災(zāi)情發(fā)生時(shí)的營救組織。

8 建筑裝飾

本隧道擯棄常規(guī)的掛板圍蔽裝飾作法，結(jié)構(gòu)要求按清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)澆注實(shí)施。最后，在墻面涂刷清水氟碳保護(hù)涂料（見圖8），并增加分格、色帶處理，實(shí)現(xiàn)色彩變化，克服駕乘人員在長隧道內(nèi)通行時(shí)的恐懼感、枯燥感和壓抑感。

圖8 建成后隧道內(nèi)實(shí)景

清水混凝土裝飾作法即改善了通行環(huán)境，又落實(shí)了低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，也保護(hù)了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

9 總結(jié)

京廣北路隧道作為河南省第一條城市長隧道，隨著歷時(shí)兩年的建設(shè)實(shí)踐和通車以來良好的運(yùn)營效果，感觸頗多，簡要總結(jié)如下：

（1）城市隧道在綠色環(huán)保、環(huán)境和諧和節(jié)約道路資源等方面優(yōu)勢明顯，可作為解決城市快速交通時(shí)有力的競爭方案，供政府決策選用。

（2）選擇合適的施工工藝、基坑支護(hù)形式和保通方案是城市隧道建設(shè)應(yīng)充分論證和解決的首要問題。本隧道選用的支護(hù)形式和保通方案高效快捷，可供今后類似項(xiàng)目借鑒。

（3）長隧道設(shè)計(jì)是龐大的系統(tǒng)工程，各專業(yè)工種間的銜接和配合應(yīng)引起設(shè)計(jì)者高度重視。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能完善，各接口銜接順暢，自動(dòng)化程度高，為后期日常維護(hù)、應(yīng)急救援等管理工作創(chuàng)造了便利條件。

（4）本次設(shè)計(jì)首次在城市長隧道中應(yīng)用清水混凝土裝飾，低碳環(huán)保，取得了有益的探索和嘗試。

（5）本隧道雖已竣工通車，但尚未經(jīng)歷惡劣天氣、災(zāi)情等極端條件的考驗(yàn)，所以，具體效果還需一定的運(yùn)營周期才能得到進(jìn)一步檢驗(yàn)。

[1]申國朝.鄭州京廣北路隧道深基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].公路,2012(10).

[2]錢邵彥.蘇州市北環(huán)路隧道工程體系設(shè)計(jì)綜述[J].城市道橋與防洪,2010(3):63-68.

[3]施政,張毅,顧聞.沈陽市五愛隧道工程設(shè)計(jì)綜述[J].地下工程與隧道,2008(3).