湖底隧道與人行景觀橋結合方案設計

吳太廣

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510220）

湖底隧道與人行景觀橋結合方案設計

吳太廣

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510220）

結合工程實際需求，提出在湖底隧道頂設人行景觀橋的橋隧結合方案，并通過分別建立平面框架模型和三維板單元模型，進行內力分析和比較，結果表明采用平面框架模型計算結果更為保守，可確保工程安全。另外還提出了橋墩處隧道頂防水解決方案，可為類似工程提供參考。

橋隧結合；跨湖隧道；人行景觀橋；隧道防水

1　概述

隨著城市道路的擁堵程度加劇，城市道路建設進入攻堅階段。工程實際中時常遇到車流量較大的道路需跨越景區或公園湖面，為了減少車行對景區環境的影響，采取隧道下穿湖底的形式通過較為合適，然而往往人行交通也存在過湖需求，人行若通過湖底隧道過湖，舒適性較差。通常做法是在湖面另一處再建一座人行橋。如果將人行橋橋墩立于隧道頂部，利用隧道作為人行橋的基礎，這樣既省去了人行橋的基礎費用（水上基礎價格不菲），又不會明顯增加隧道的造價，還節省了原本人行橋需要的建設用地。

在新規劃的梧州市蒼海片區中，位于古鳳東二路上的望江隧道是蒼海片區連接兩岸及溝通片區內外的重要交通節點，既要滿足兩岸大量車行交通需求，又要滿足游客或居民過湖需求，通過多種方案比選，最終確定采用人行橋立于車行隧道頂的結合方案（見圖1）。

圖1　方案效果圖

2　橋隧結合方案布置

2.1隧道布置

隧道全長740 m，全線位于道路直線段。其中，東岸開口段150 m，西岸開口段145 m，閉口段445 m，全線采用明挖法施工。

隧道按城市主干道設計，設計時速40 km/h，雙向四車道，設計荷載等級為城-A級。隧道內不設人行道，行人過江需求通過架設在隧道正上方的行人專用景觀橋滿足。

車行隧道閉口段采用現澆鋼筋混凝土單箱雙室閉合框架結構，總寬21.4 m，箱室結構凈高5.29 m，頂、底板凈跨9.4 m。頂板、底板、側墻厚度均為1.0 m，中墻厚0.6 m。閉口段頂板、底板均設2%雙向橫坡，側墻及中墻均鉛垂設置。

2.2橋型布置

人行橋由多聯多跨連續板梁橋和1座單跨半圓板拱橋組成，總長382.6 m，其中，連續板梁橋平面線形采用折線型布置。人行橋凈寬4.0 m，兩側各設25 cm寬欄桿，連續板橋欄桿外側再各設0.5 m綠化花槽（見圖2）。

連續板梁橋單跨最大跨度不超過10 m，采用C30鋼筋混凝土空心板，板厚0.5 m，寬4.5 m。橋墩采用0.3 m×0.8 m鋼筋混凝土板式墩，混凝土等級C30，墩頂與連續板梁固結，墩底與隧道主體結構固結。板梁橋縱向分聯與隧道分段保持一致，在隧道變形縫處，板梁也對應設置伸縮縫，橋墩盡量布置在隧道中墻和側墻頂部。

單跨板拱橋矢跨20.8 m，矢高10.4 m，矢跨比1∶2，主拱圈采用C40鋼筋混凝土實心板，板厚0.8 m，板寬2.5 m，拱座與隧道頂板澆筑成整體，拱上橋面結構形式與連續板梁橋一致（見圖3和圖4）。

圖2　板梁段橫斷面（單位：cm）

圖3　拱橋段橫斷面（單位：cm）

圖4　拱橋段縱斷面圖

3　拱橋與隧道結合段內力分析

3.1計算模型

拱橋與隧道結合段為本方案難點，拱橋跨度較大，拱腳傳遞到隧道頂部反力較大，為了減小拱腳水平推力，本方案拱橋采用半圓拱。通過有限元軟件，建立平面框架模型（見圖5）和三維板單元模型（見圖6），模擬拱橋反力對隧道結構的影響。

圖5　平面框架計算模型

圖6　三維板單元計算模型

平面框架模型中，截取拱腳對隧道的影響范圍2.8 m作為計算寬度，隧道結構均采用梁單元模擬，拱腳位置施加外力模擬拱橋傳遞反力，隧道底板與地基之間的作用，采用只考慮受壓，不受拉的土彈簧模擬。土彈簧的剛度根據勘察資料和經驗數據綜合確定。

三維板單元模型中，選取拱橋位置處整個隧道階段80 m長度建立計算模型，隧道底板、頂板、中墻、側墻、拱圈及橋面均采用板單元模擬，橋墩采用梁單元模擬。隧道底板采用僅受壓面彈性支撐。

3.2計算結果分析

平面框架計算結果如圖7所示，結果顯示，隧道中墻處頂底板彎矩最大，跨中和側墻彎矩稍小，與一般下沉式隧道內力分布基本無異。只是中墻處頂底板彎矩因為橋墩反力影響，彎矩有所增加，因此需要局部加厚此處頂板，以提高截面承載力。

三維板單元模型計算彎矩值為每延米截面彎矩值（見圖8），將最大彎矩值乘以平面框架模型計算時取的計算寬度2.8m，得到彎矩與平面框架模型結果比較，見表1。板對模型的貢獻，由此可見采用平面桿系單元計算的結果偏保守?？紤]到本結構的復雜性，需提高安全系數，配筋設計采用平面框架單元計算的結果。

圖7　平面框架模型承載能力極限狀態彎矩包絡圖（單位：kN·m）

圖8　三維板單元模型墩底頂板處極限狀態彎矩值（單位：kN·m/延米）

表1　平面框架模型和三維板單元模型計算結果比較表（kN·m）

4　隧道防水處理

防水問題是湖底隧道設計的重點，由于湖底水壓較大，隧道防水難度也隨之增大。為保證隧道后期運營過程中不出現滲水漏水情況，本方案采用了多重有效的防水措施。

（1）主體結構防水

結構自防水采用抗滲等級為P8的C35防水混凝土，內摻適量防滲抗裂微膨脹劑，主體結構采用全外包柔性防水卷材。

（2）變形逢和施工縫防水

變形縫防水由中埋式鋼邊橡膠止水帶+Ω止水帶+迎水面外貼式復合型橡膠止水帶+3 mm厚自黏式橡膠瀝青防水卷材+聚氨酯防水涂料2 mm。

施工縫防水除全外包防水卷材外，迎水面一側增加一層防水卷材，并結合采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶防水。

（3）橋墩處隧道頂板防水處理

隧道頂由于橋墩的存在，柔性防水卷材較難閉合，因此此處需要特別處理。在橋墩外100 mm處設置一圈預埋鋼板，防水卷材繞過預埋鋼板，通過橋墩外環箍固定在橋墩上一定高度，鋼板與橋墩之間填充防水砂漿，并在防錨層與橋墩之間設置遇水膨脹止水條，如圖9所示。

圖9　橋墩處隧道頂板防水示意圖（單位：mm）

5　結語

本文結合工程實際需求，將人行橋橋墩立于湖底隧道頂部，形成了人行橋與車行隧道相結合的跨湖解決方案，并通過平面框架模型內力分析和三維板單元模型內力分析對比，驗證了采用平面框架模型計算內力作為設計依據結果更安全。并提出了橋墩處隧道頂板防水解決方案。本文提出的橋隧組合方案，可為有類似需求工程提供經驗參考。目前本方案已基本施工完成。

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1009-7716（2016）06-0094-04

2016-03-18

吳太廣（1984-），男，湖南岳陽人，碩士，工程師，從事橋梁隧道設計工作。