城市隧道總體設(shè)計(jì)的交通分析及影響因素

李翔

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東 廣州 510060）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平越來(lái)越高，城市的交通設(shè)施建設(shè)變得更為重要。與經(jīng)濟(jì)水平的提高相對(duì)應(yīng)，在城市道路工程建設(shè)中采用隧道的方式穿越山體、水體或相交道路的情況越來(lái)越多。

隧道基本建設(shè)條件有地形、地貌、氣象、水文、地質(zhì)、航道、周邊環(huán)境、現(xiàn)狀交通、建筑材料及運(yùn)輸條件等。在隧道總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，在以上建設(shè)條件的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)著重對(duì)交通需求、路網(wǎng)交通組織、前后交通節(jié)點(diǎn)相互影響等方面進(jìn)行分析，然后根據(jù)工程所遇到的各種影響因素進(jìn)行隧道工程的總體設(shè)計(jì)。

1 隧道建設(shè)的交通分析

隧道的服務(wù)對(duì)象以機(jī)動(dòng)車(chē)為主，部分過(guò)江隧道可以兼顧過(guò)境市政管線(xiàn)（如電力、通信、給水等）及軌道交通，少量短隧道可設(shè)置行人道、非機(jī)動(dòng)車(chē)道。隧道的功能以交通功能為主，兼顧城市的其他功能，主要有：

（1）穿越山體、水體等障礙，保證交通不中斷，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)規(guī)劃意圖。

（2）提高設(shè)置隧道方向的交通通行能力，減少道路交叉節(jié)點(diǎn)各方向交通的相互干擾，從而提高節(jié)點(diǎn)以及路網(wǎng)的通行能力。

（3）從景觀和環(huán)境方面考慮，隧道比橋梁有優(yōu)勢(shì)。

（4）節(jié)約土地資源，利用地下空間，增加城市空間使用效率。

城市路網(wǎng)是城市的骨架及城市運(yùn)行的動(dòng)脈。城市隧道設(shè)計(jì)的路網(wǎng)分析主要指根據(jù)項(xiàng)目周邊的路網(wǎng)規(guī)劃來(lái)確定隧道所在道路的等級(jí)、功能定位、與周邊路網(wǎng)的銜接、交通節(jié)點(diǎn)功能等。

隧道功能定位主要由所在道路在路網(wǎng)（現(xiàn)狀路網(wǎng)和規(guī)劃路網(wǎng)）、沿線(xiàn)環(huán)境（現(xiàn)狀環(huán)境及規(guī)劃環(huán)境）中的功能定位及其服務(wù)范圍所決定。

應(yīng)根據(jù)工程所在區(qū)域的相關(guān)規(guī)劃，進(jìn)行隧道以及兩端銜接路網(wǎng)的交通量預(yù)測(cè)，獲得其近期以及遠(yuǎn)期的交通流量、流向和交通組成數(shù)據(jù)，作為隧道設(shè)計(jì)規(guī)模的依據(jù)之一。

路網(wǎng)的交通分析會(huì)影響隧道起終點(diǎn)的選擇；交通的流量大小影響到隧道的車(chē)道數(shù)選擇；交通的流向影響到隧道銜接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，包括交叉口的型式、立交匝道布設(shè)等；交通組成則表示各種車(chē)型在交通流中所占的比例，大小和質(zhì)量不同的車(chē)輛具有不同的行駛特性，影響隧道幾何尺寸的設(shè)計(jì)（車(chē)道寬度、凈高）以及道路的通行能力。

1.1 下穿水體、山體的隧道

這類(lèi)隧道的交通為單點(diǎn)出入，隧道規(guī)模必須滿(mǎn)足交通的通行能力需求。此外，應(yīng)關(guān)注隧道與兩端路網(wǎng)的銜接，考慮以下因素：

（1）根據(jù)下一個(gè)交叉口的交通量預(yù)測(cè)，判定該交叉口是否需設(shè)置立交。

（2）不需要設(shè)置立交時(shí)，隧道洞口與交叉口的距離是否滿(mǎn)足交通轉(zhuǎn)向變換車(chē)道的要求。

（3）設(shè)置立交時(shí)，隧道洞口與立交的距離是否滿(mǎn)足匝道設(shè)置的平縱線(xiàn)形要求，并且滿(mǎn)足出口交通指引預(yù)告標(biāo)志設(shè)置的要求。如果立交的轉(zhuǎn)向交通功能重要，而隧道方案不能滿(mǎn)足交通需求，則越江通道需考慮橋梁方案并進(jìn)行比選，穿山隧道應(yīng)考慮線(xiàn)位以及路網(wǎng)銜接點(diǎn)的調(diào)整。

除此之外，前方主線(xiàn)出、入口與隧道之間的凈距（見(jiàn)圖1）問(wèn)題也不容忽視。

圖1 主線(xiàn)出、入口與隧道之間的凈距示意圖[1]

1.2 下穿相交道路的隧道

這類(lèi)隧道的交通為單點(diǎn)出入，應(yīng)結(jié)合路網(wǎng)與立交的設(shè)置，滿(mǎn)足交通系統(tǒng)要求。隧道規(guī)模必須滿(mǎn)足交通的通行能力需求，并且考慮以下因素：

（1）根據(jù)交通預(yù)測(cè)的結(jié)果，確定隧道只需下穿一條相交道路或是需連續(xù)下穿多條相交道路。

（2）隧道出口接地后與交叉口距離需滿(mǎn)足隧道交通根據(jù)目的地選擇左轉(zhuǎn)、直行或右轉(zhuǎn)車(chē)道的變換距離；如果有地面道路（輔道）與隧道出口匯流后進(jìn)入下一個(gè)交叉口，應(yīng)考慮隧道交通與地面交通間由于選擇左轉(zhuǎn)、直行或右轉(zhuǎn)車(chē)道產(chǎn)生的交織，距離交叉口的長(zhǎng)度應(yīng)大于交織長(zhǎng)度。

1.3 系統(tǒng)性的多點(diǎn)進(jìn)出隧道

系統(tǒng)性的多點(diǎn)進(jìn)出隧道[2]可以減少其對(duì)景觀和環(huán)境的影響，但是如果存在大量出入口需要與地面道路相聯(lián)系，其多點(diǎn)進(jìn)、多點(diǎn)出的特征將造成交通組織復(fù)雜，特別是在隧道視野受到局限的情況下，這個(gè)問(wèn)題更加突出。應(yīng)考慮以下因素：

（1）交通需求按一個(gè)連續(xù)交通系統(tǒng)進(jìn)行分析。

（2）交通組成分析。由于這種類(lèi)型的隧道一般較長(zhǎng)，隧道的斷面對(duì)工程造價(jià)影響很大。隧道內(nèi)的行駛車(chē)型是僅限于小客車(chē)還是混行車(chē)輛，直接影響到隧道的斷面尺寸。

（3）根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，確定匝道出入口設(shè)置的必要性，以及匝道出入口位置的選擇。隧道匝道出入口應(yīng)與地面的規(guī)劃路網(wǎng)相適應(yīng)，并考慮地面銜接道路的交通容量和集散能力。

（4）隧道匝道出入口間距應(yīng)使分合流交通對(duì)主線(xiàn)交通的干擾控制在較小程度，保證主線(xiàn)車(chē)流穩(wěn)定。

在建的廣州金融城地下隧道是網(wǎng)狀的地下道路，交通組織為右進(jìn)右出（見(jiàn)圖2）。廣州金融城地下隧道在翠島設(shè)置單向逆時(shí)針循環(huán)的地下主環(huán)路，單向2車(chē)道，設(shè)有4組出入口；在方城設(shè)置單向逆時(shí)針循環(huán)的地下主環(huán)路，單向3車(chē)道，通過(guò)公共循環(huán)通道與周邊地塊地下車(chē)庫(kù)連接。

圖2 廣州金融城地下道路交通組織圖

1.4 建設(shè)規(guī)模對(duì)將來(lái)的適應(yīng)性

在隧道建設(shè)過(guò)程中，隧道規(guī)模的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮對(duì)將來(lái)的環(huán)境適應(yīng)性：

（1）隧道規(guī)模對(duì)交通需求發(fā)展的適應(yīng)性；

（2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)服務(wù)車(chē)型的適應(yīng)性。

國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市規(guī)劃（用地規(guī)劃、交通規(guī)劃等）往往會(huì)隨之不斷進(jìn)行調(diào)整、修正。當(dāng)重要的外部環(huán)境邊界條件發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致交通量的預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率下降，甚至嚴(yán)重失真。

隧道建成后改擴(kuò)建非常困難，建議隧道規(guī)模應(yīng)適當(dāng)寬裕，以應(yīng)對(duì)不確定的交通環(huán)境變化，避免將來(lái)出現(xiàn)交通瓶頸，成為交通擁堵黑點(diǎn)。

1.5 與通風(fēng)、消防設(shè)計(jì)相關(guān)的交通分析

同一車(chē)型，汽油車(chē)、柴油車(chē)的有害氣體排放量不同。柴油車(chē)產(chǎn)生的煙塵會(huì)對(duì)隧道洞內(nèi)通風(fēng)造成很大影響，而汽油車(chē)排放的煙塵相對(duì)較少，且排放成分也與柴油車(chē)不同。發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型相同的汽車(chē)，重型車(chē)、大型車(chē)和小型車(chē)的有害氣體排放量也不一樣。車(chē)型組成和發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型會(huì)影響隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)[3]。

當(dāng)隧道主線(xiàn)或匝道出口與地面交叉口距離較短時(shí)，排隊(duì)車(chē)輛在隧道中的阻塞或停滯狀態(tài)，對(duì)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)影響較大，因此在交通量預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)提供排隊(duì)長(zhǎng)度。例如，某隧道匝道出口建成后處于擁堵常態(tài)，在設(shè)計(jì)階段如果通過(guò)交通預(yù)測(cè)、分析獲知這種可能性，在通風(fēng)設(shè)計(jì)中考慮這種工況，就能改善隧道出口的空氣條件。

另外，各種車(chē)型的最大火災(zāi)釋放功率不同，車(chē)型比例將影響隧道的防災(zāi)設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)是否通行危險(xiǎn)化學(xué)品車(chē)輛，也影響著隧道的防火設(shè)計(jì)分類(lèi)。

2 隧道總體設(shè)計(jì)的影響因素

2.1 車(chē)行凈高及通航條件

2.1.1 城市道路的車(chē)行凈高

在城市道路的工程設(shè)計(jì)中，混行車(chē)隧道的凈高可取4.5～5.0m，小客車(chē)專(zhuān)用隧道的最小凈高可取 3.2～3.5m[4]。

上海市外灘通道服務(wù)對(duì)象為小型客車(chē)，設(shè)計(jì)速度為40km/h,采用3.0m寬的車(chē)道，凈高3.2m（見(jiàn)圖 3）。

圖3 上海市外灘通道盾構(gòu)段橫斷面(單位：mm)

廣州市如意坊放射線(xiàn)隧道連接內(nèi)環(huán)路和外環(huán)高速公路、廣珠西線(xiàn)高速公路，是區(qū)域的骨架道路，采用3.5m寬的車(chē)道，凈高5.0m（見(jiàn)圖4）。

2.1.2 越江隧道的通航條件

航道尺寸及通航水深影響著越江隧道與兩端道路的銜接。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，不同的航道等級(jí)航道尺寸的最小水深為0.7～4.0m。與越江隧道銜接的兩端臨江路網(wǎng)可分為兩種情況：高架橋系統(tǒng)和地面道路系統(tǒng)。沉管隧道和盾構(gòu)隧道的選擇需考慮與兩端銜接路網(wǎng)的高差。沉管隧道由于埋設(shè)較淺，比盾構(gòu)隧道更容易與臨江路網(wǎng)銜接。

圖4 廣州市如意坊放射線(xiàn)珠江隧道沉管段橫斷面(單位：m)

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮越江隧道與兩端銜接路網(wǎng)的距離能否滿(mǎn)足縱斷面銜接高差的需求。如果高差過(guò)大而越江隧道與路網(wǎng)間的距離不足，就需要采用環(huán)形方式來(lái)克服高差，從而造成立交設(shè)計(jì)困難，或立交功能存在缺失，如廣州市的洲頭咀隧道、如意坊隧道[5]。

2.2 隧道施工工法的影響

修建隧道有礦山法、明挖法、沉管法、盾構(gòu)法等，各種施工方法都有一定的適用性。施工工法應(yīng)根據(jù)工程的地形、地質(zhì)或河道環(huán)境進(jìn)行選擇，避免因施工工法不適用帶來(lái)較大的造價(jià)提高或工程風(fēng)險(xiǎn)。如果沒(méi)有合適的施工工法來(lái)建設(shè)隧道，應(yīng)慎重考慮是否采用隧道方案，或調(diào)整隧道線(xiàn)路。

明挖隧道：工程地質(zhì)主要對(duì)隧道基坑開(kāi)挖、防護(hù)、止水等有影響，適用于下穿相交道路的隧道、系統(tǒng)性多點(diǎn)進(jìn)出的隧道。此外，盾構(gòu)、沉管隧道往往屬于隧道工程的中心段，兩端常需采用明挖隧道與地面道路銜接。在寬度較窄、水深較淺、通航許可的情況下，水下隧道也可采用圍堰明挖的方式，如廣州流花湖隧道、澳門(mén)大學(xué)海底專(zhuān)用隧道等。

礦山法：不良地質(zhì)對(duì)礦山法的影響較大，如軟弱破碎巖體、淺埋軟巖、嚴(yán)重偏壓、巖溶流泥地段、砂場(chǎng)、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶以及大面積淋水和涌水地段等，需通過(guò)對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固、超前支護(hù)或止水等輔助施工措施解決。礦山法適用于穿山隧道。

沉管法：對(duì)地質(zhì)水文條件適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)地基允許承載力的要求也較低，可用于中軟弱土地基，受地質(zhì)條件的限制較少，適用于越江隧道。沉管隧道的埋深較淺，相對(duì)于盾構(gòu)隧道，更容易與江邊的路網(wǎng)銜接。

盾構(gòu)法：適用于軟巖，遇復(fù)合地層適應(yīng)性相對(duì)較差，遇到花崗巖孤石時(shí)，施工比較困難，并且損壞刀具、刀盤(pán)。盾構(gòu)法適用于越江隧道以及長(zhǎng)距離系統(tǒng)性的多點(diǎn)進(jìn)出隧道。由于盾構(gòu)法的埋深要求較大，兩岸所需的引道較長(zhǎng)，如果兩岸的路網(wǎng)距離江邊較近，則不利于隧道與路網(wǎng)的銜接。

2.3 景觀要求

隧道對(duì)城市道路的景觀影響較小，可以較好地滿(mǎn)足城市空間以及周邊環(huán)境的要求。隧道的景觀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下因素：隧道洞口、隧道敞開(kāi)段以及隧道內(nèi)部的照明和側(cè)壁面板裝飾。

2.4 相交或臨近河道

距離較近的平行河道水流對(duì)隧道施工期間的基坑止水措施、支護(hù)措施的選擇具有直接影響，可能導(dǎo)致工程造價(jià)增加。由于隧道屬于隱蔽工程，如果施工質(zhì)量控制不好，將來(lái)易發(fā)生滲水、漏水現(xiàn)象。

現(xiàn)狀河道與隧道相交時(shí)，為保證防洪排澇所要求的過(guò)水?dāng)嗝嬉约昂拥赖讟?biāo)高，將使相交處的隧道埋深增加，隧道長(zhǎng)度增加，導(dǎo)致工程造價(jià)增大。考慮隧道防水要求，在過(guò)河道段的隧道設(shè)置伸縮縫時(shí)應(yīng)慎重，若必須設(shè)置伸縮縫則應(yīng)做好防水措施。

條件允許時(shí)可采用以下措施：

（1）將河道改道，沿隧道兩側(cè)繞行至出了隧道范圍，再橫過(guò)道路。

（2）河道局部改道，繞行至隧道埋深較淺處設(shè)置倒虹涵洞通過(guò)。

（3）如果河道無(wú)法改道，將隧道上方一定范圍的河道進(jìn)行鋪砌加固。

2.5 與地下空間的連接

隧道穿越規(guī)劃地下空間時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意根據(jù)規(guī)劃的要求確認(rèn)是否與地下空間發(fā)生交通銜接，以滿(mǎn)足地下空間機(jī)動(dòng)車(chē)交通進(jìn)出的需求。隧道所屬的道路等級(jí)較高時(shí)，受建設(shè)條件限制不適宜與兩側(cè)的地下空間直接發(fā)生交通聯(lián)系，此時(shí)隧道與地下空間相對(duì)獨(dú)立，只需在工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮相互施工時(shí)的影響。

如果隧道與地下空間發(fā)生交通銜接，根據(jù)建設(shè)工期的不同，有以下兩種情況：

（1）隧道與地下空間同時(shí)建設(shè)。隧道設(shè)計(jì)應(yīng)與地下空間的設(shè)計(jì)密切聯(lián)系，對(duì)接好邊界條件，建議隧道的結(jié)構(gòu)與地下空間的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，并且合理組織隧道與地下空間的施工流程，以減少工程造價(jià)。

（2）隧道與地下空間不同時(shí)建設(shè)。應(yīng)從規(guī)劃上做好控制，限定隧道與地下空間的層次以及相對(duì)高程關(guān)系，確保將來(lái)的建設(shè)能滿(mǎn)足施工要求和使用要求。如果隧道建設(shè)在前，地下空間開(kāi)發(fā)在后，則隧道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留地下空間設(shè)計(jì)和施工的銜接條件。

昆明市巫家壩中心地下擬建設(shè)環(huán)形隧道，為此，分別設(shè)兩對(duì)進(jìn)出口與地面道路相連，并在地下與兩側(cè)地塊停車(chē)場(chǎng)發(fā)生聯(lián)系（見(jiàn)圖5）。

圖5 昆明市巫家壩中心地下環(huán)形隧道及兩側(cè)地下空間聯(lián)系(單位：m)

2.6 鄰近的現(xiàn)狀構(gòu)筑物

隧道的建設(shè)受既有構(gòu)筑物的影響，如鄰近房屋建筑、橋梁樁基、城市軌道交通等。

明挖隧道基坑的開(kāi)挖影響到附近的建筑，如果對(duì)基坑的保護(hù)工作不到位，會(huì)引起地面沉降、周邊建筑開(kāi)裂等。

隧道設(shè)計(jì)時(shí)基坑支護(hù)與現(xiàn)狀橋梁樁基或建筑樁基必須根據(jù)樁基的類(lèi)型（摩擦樁或嵌巖樁）以及地質(zhì)條件，滿(mǎn)足必須的安全距離，施工時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行充分保護(hù)。

在城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)控制保護(hù)區(qū)內(nèi)修建平行或下穿隧道時(shí)，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行距離判定。當(dāng)判定為非常接近或接近時(shí)，應(yīng)采用安全可靠的隧道施工方案，細(xì)化施工控制參數(shù)，制定安全保護(hù)控制措施。對(duì)位于城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)正上方的基坑工程，應(yīng)控制地下結(jié)構(gòu)上方的覆土厚度，覆土厚度應(yīng)通過(guò)安全評(píng)估確定。

2.7 交通疏解

隧道建設(shè)位于現(xiàn)狀道路時(shí)，必須考慮施工期間的交通疏解?，F(xiàn)狀交通繁忙的道路，交通疏解的組織方案會(huì)影響建設(shè)工程方案的選擇。

采用明挖對(duì)交通疏解的影響較大，一般需隧道全斷面封閉施工。如果交通疏解的條件很困難，可采用蓋挖法來(lái)改善交通疏解的條件，但這會(huì)增加部分造價(jià)，對(duì)隧道的工期也有一定影響。

對(duì)現(xiàn)狀交通影響較大的工程還需進(jìn)行影響評(píng)估，包括對(duì)交通的影響評(píng)估，以及社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等內(nèi)容。

3 結(jié)語(yǔ)

為了在工程建設(shè)的設(shè)計(jì)階段就充分預(yù)計(jì)到將來(lái)可能遇到的各種問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)和比選、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、專(zhuān)項(xiàng)研究，得出正確的結(jié)論，避免或者減少在工程建設(shè)的后期發(fā)生方案反復(fù)修改、施工變更，甚至工程中止建設(shè)的情況，充分了解影響城市隧道建設(shè)的各種因素，并進(jìn)行全面分析，對(duì)于城市隧道的總體設(shè)計(jì)十分必要。

參考文獻(xiàn)：

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