天津海河沉管隧道橫斷面方案選擇

袁有為，王艷寧，史慶春

（1.同濟大學，上海市200092；2.天津市市政工程設計研究院，天津市300051）

1 概述

中央大道海河隧道工程位于天津市濱海新區于家堡中心商務區和東西沽地區，是溝通濱海新區中心商業區海河南北兩岸的重要通道。

該工程北起中央大道勝利路與新港三號路交口，南至津濱大道立交，以隧道的形式穿越了新港路、規劃永太路、規劃友誼路、規劃于新道、規劃南大街、海河、規劃濱河南路、津沽公路等，在津沽公路南側升至地面，路線全長約4.132km。穿越海河采用沉管法施工工藝，沉管段總長255m，見圖1。

圖1 海河隧道平面圖

2 橫斷面設計原則

管段建筑橫斷面設計以充分利用空間為原則，滿足隧道正常運營、故障檢修、事故安全疏散等多種工況的功能要求,并能滿足管段浮運時所需干舷高度、運營階段抗浮安全等要求。橫斷面設計包括隧道建筑限界、設備設置空間、安全疏散設施設計，并考慮適當的施工誤差和不均勻沉降預留量。

2.1 建筑限界

本工程按雙向六車道城市主干路標準設計，設計車速60km/h。根據《城市道路設計規范》（CJJ37-90），車道寬度取3.75m+2×3.5m，通行凈高5.0m。車道兩側路緣帶寬0.50m，安全帶寬度0.25m，合計側向凈寬0.75m，結合《公路隧道設計規范》（JTGD70-2004），可考慮在車道兩側設0.75m寬檢修道。因此在本工程中管段橫斷面建筑限界考慮了如下三種形式，見圖2～圖4。

圖2 橫斷面限界圖（一）：外側設檢修通道（單位：mm）

圖3 橫斷面限界圖（二）：不設檢修通道（單位：mm）

圖4 橫斷面限界圖（三）：兩側設檢修通道（單位：mm）

推薦采用不設檢修道方案，理由如下：由于我國的城市隧道規范正在編制中，隧道設計亦可借鑒《城市道路設計規范》和已建成使用的隧道的設計情況，因海河隧道功能定位為城市主干道，不宜按照《公路隧道設計規范》設計。并根據已建成隧道的日常檢修情況來看，由于隧道頂部有大量設備，必須借助特殊車輛或設施登高維修。檢修時使用維護車輛進入隧道，采用全面或局部封閉一條車道的方法，維修場地大，人員更安全；在實際維修作業中，檢修道利用率是比較低的。故本次建筑限界只考慮車道寬和側向凈寬的要求，不考慮人行檢修道。

2.2 設備空間

根據工藝要求，綜合考慮安全和美觀等因素，在橫斷面中需要考慮各種設備所需的布置空間，并設定相應的設備限界。

管段橫斷面中的主要設備有以下幾種：車道信號燈、照明燈具、可變情報板、水噴霧器、揚聲器、監控攝像機、CO-Ⅵ檢測儀、各類設備箱、環形線圈、消防水管以及各種電纜。另外還需預留規劃部門提出的高壓電纜、Φ1000上水管和Φ1200供熱管等專用通道，并預留其它社會管線過海河的管位。

布置這些設備的原則是：

（1）不得侵入車輛通行限界。

（2）滿足各設備的工藝要求。

（3）維修保養方便。

3 國內外已建沉管隧道橫斷面形式

國內外沉管隧道橫斷面設計中多采用車道孔組合管廊的基本形式，見表1。對向行駛的車道宜分孔集中布置，不僅可減少因對向行駛引起的事故，保證行車安全，而且多車道可增加使用的靈活性；運營設備和安全通道宜結合管廊設置，可減少車輛行駛對其的干擾，確保安全，具體形式見圖5～圖7。

4 橫斷面設計方案

根據選取的建筑限界、不同的管廊布置方案，確定適合于本工程的管段斷面形式。

4.1 方案一：兩孔三管廊方案

根據本隧道為城市主干道的定位標準，按照《城市道路設計規范》，斷面設計中考慮在兩車道孔之間設中間管廊（縱向貫通），管廊內分為電纜通道、縱向安全通道兼電纜日常檢修通道；西側管廊作為Φ1200供熱管專用通道，東側管廊作為高壓電纜和Φ1000上水管專用通道，由于上水管和供熱管在隧道上岸后即通過豎井引出地面，因此上岸后該兩側管廊不再布置，見圖8。

（1）車道孔設計

一個車道孔建筑限界寬度為:3.75m+3.5m×2+0.5m×2+0.25m×2=12.25m，再考慮側墻每側設備安裝寬度、建筑裝飾層厚度、水平施工誤差0.1m和0.15m后，車道孔凈寬：12.25m+0.10m+0.15m=12.50m；通行孔建筑限界高度5.0m，設備安裝高度0.65m，壓艙、路面厚度1.3m（包括豎向施工誤差）后，車道孔凈高：0.65m+5.0m+1.3m=6.95m。

（2）管廊設計

圖5 兩孔兩管廊方案

圖6 兩孔三管廊方案

圖7 兩孔一管廊方案

表1 國內外沉管隧道斷面

中間管廊2.0m凈寬；東西兩側管廊1.8m凈寬，其中西側管廊上部作為其它社會管線的預留空間、下部布置Φ1200供熱管專用通道，管廊中部可敷設通訊電纜并作為檢修通道；東側管廊下部布置Φ1000上水管專用通道兼檢修通道，管廊中部可敷設通訊電纜并作為檢修通道，管廊上部布置高壓電纜；中間管廊下部設集水溝，消防水管和排水管布置在集水溝上，中部作為縱向安全通道和檢修通道，管廊上部作為電纜通道，布置隧道內各種電纜。

管段孔頂、底板厚度分別為1.35m和1.40m，中隔墻厚度為0.6m，外側墻厚度為1.0m。管段外包寬度35m，外包高度9.7m。

4.2 方案二：兩孔兩管廊方案

兩孔兩管方案見圖9。

（1）車道孔設計

同方案一，此處不再贅述。

（2）管廊設計

中間管廊凈寬2.0m，管廊下部設集水溝，消防水管和排水管布置在集水溝上，中部作為縱向安全通道和檢修通道，管廊上部作為電纜通道，布置隧道內各種電纜；西側管廊凈寬3.5m，下部布置Φ1000上水管和Φ1200供熱管專用通道，管廊中部作為縱向安全通道兼上水管和供熱管檢修通道，管廊上部為220kV超高壓電纜專用通道。

管段孔頂、底板厚度分別為1.35m和1.4m，中隔墻厚度為0.6m，外側墻厚度為1.0和1.2m。管段外包寬度34.5m，外包高度9.7m。

5 方案比選

兩種斷面布置形式均能隧道滿足交通功能的要求，根據管廊布置方式的不同，分為三管廊對稱布置、兩管廊不對稱布置兩種形式，在管段既定長度下，由表2中比較可明顯看出：

（1）方案一和方案二均能較好的協調隧道內管線、社會管線和隧道功能之間的關系。

（2）方案一管段干舷高度適中，方案二管段干舷高度略偏大，抗浮安全系數尚顯不足，且由于管廊呈不對稱布置，斷面重心與浮力中心未完全重合，需通過管頂混凝土保護層厚度或者壓艙水箱水位調整來控制管段姿態，確保管段起浮、拖運的安全。

（3）從兩個方案斷面形式綜合比較看，方案一管段體積略大，混凝土用量129.08m3/m，為方案二的1.035倍，而管段基槽浚挖量在57.8～58.1萬m3之間，基本相當，因此從工程量角度而言兩個方案沒有很大的差異。

圖8 兩孔三管廊橫斷面圖（單位：mm）

圖9 兩孔兩管廊方案橫斷面（單位：mm）

表2 橫斷面設計方案綜合比選表

6 結論

（1）沉管隧道的橫斷面設計應以充分利用空間為基本原則，滿足隧道正常運營、故障檢修、事故安全疏散等多種工況的功能要求。

（2）在凈空一定的情況下，為了保證管段浮運時的干舷高度、運營階段抗浮安全等要求，頂底板及側墻的厚度需要通過計算進行優化。

（3）一個適宜的橫斷面必須能夠很好的協調隧道內管線、社會管線和隧道功能三者之間的關系。

[1]王艷寧，熊剛.沉管隧道技術的應用與現狀分析[J].現代隧道技術,2007(4):1-4.

[2]陳韶章,陳越,張彌.沉管隧道設計與施工[M].北京:科學出版社,2002.

[3]管敏鑫,嚴金秀,唐英.沉管隧道技術在我國的應用[J].巖石力學與工程學報,1999,18(增):1000-1004.