某城市下穿隧道結構設計

鄒慶

昆明市市政工程設計科學研究院 昆明 650228

0、前言

隨著社會經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，地面交通已日趨飽和，尤其以道路節(jié)點處面臨巨大壓力。目前越來越多的大中型城市都興起了地下空間的開發(fā)建設，城市下穿隧道在空間上分離了交叉車流，提高了交通流暢性，同時又為道路遠期上跨預留了空間。

1、工程概況

本項目道路連續(xù)下穿巫家壩路、海河、官渡主4號路、支237號路、昌宏路。由于下穿海河，受河底標高控制，故隧道至地面道路有較厚的覆土，本著節(jié)約用地、整體開發(fā)等原則，故將下穿隧道設為兩層空間，下層空間作為地下道路，上層空間作為地下車庫。

2、上部結構方案

由于市政管網(wǎng)埋置深度要求和海河以及各交叉口道路節(jié)點標高控制，本下穿隧道在進行縱段設計時，綜合考慮以上因素確定了最終的覆土厚度為最薄處1.5 m。在雙層結構設計時，下層空間作為地下道路使用，其斷面采用雙向6車道，同時兩側設置0.85 m檢修道，其內空尺寸為2-12.7×6 m，路面橫坡為1.5%。

由于上層空間作為地下車庫使用，充分考慮了車位空間及各設備用房空間的設置，故柱橫向布置與下層中邊墻一致，縱向間距按8.4 m。

3、下部結構方案

3.1 基礎形式選擇

由于本項目所在區(qū)域位于昆明滇池片區(qū)，該處地質情況復雜，部分基底位于泥炭質土層上，且地震烈度較高，砂類土有液化現(xiàn)象，地下水位變化范圍在地面下0～2 m。基于以上因素，基礎形式的選擇對結構的安全性和經(jīng)濟性尤為關鍵。故結合本地多個已建下穿項目情況（例如草海隧道、園塘路下穿通道等）和以往設計經(jīng)驗，從結構的沉降、抗浮、承載能力等多方面考慮，初步擬定采用樁基礎形式進行試算。

3.2 樁間距選擇

試算是采用兩種樁基布置形式，其中疏樁采用1.2 m樁徑，在邊墻、中墻及基坑支護格構柱位置設置；群樁采用1.2 m和0.8 m組合樁徑，在邊墻及中墻下設置1.2 m樁基，板間按2.65 m間距均勻布置0.8 m樁基。

經(jīng)采用邁達斯建模分析，可得到以下結論：采用疏樁基礎，由于樁基較為稀疏，豎向力由土層和樁基共同承受，故整個結構受力較合理，最大彎矩出現(xiàn)在邊墻及中墻部位，格構柱樁基處只出現(xiàn)局部外力集中；而采用群樁，由于樁基密集，豎向力基本由樁基承受，不但增加了樁基數(shù)量且樁長并未有明顯縮短，最大彎矩在邊墻、中墻和板中均有分布。故本項目擬定采用疏樁基礎進行

4、溫度作用

下穿隧道一般30 m左右設置一道變形縫，但由于本項目二層有車庫結構，變形縫設置過密對建筑功能使用不利，故基于功能和外觀上的需要，本項目約100 m左右設置一條變形縫，其尺寸超過了GB 50 010—2 010《混凝土結構設計規(guī)范》[1]所規(guī)定的伸縮縫最大間距要求。因此，設計時必須合理采用超長結構的溫度應力，同時通過設置后澆帶降低混凝土的收縮應力。

5、模型分析

由于采用疏樁基礎，基礎受力由樁基和地基土共同承擔，故采用軟土地基減沉復合疏樁基礎公式進行計算，初步估算出樁頂外力為2 135 KN。然后采用邁達斯進行整體建模計算，由于地基土需承擔部分豎向力，故模擬時除了需對樁基進行樁土模擬外，還需進行地基土的豎向剛度模擬。本項目計算時，分別采用5 000，10 000和20 000 KN/m3三種基床系數(shù)對地基土進行模擬。通過以上分析可以看出當采用10 000 KN/m3地基系數(shù)時其樁頂反力較規(guī)范公式估算較為接近，且當基床系數(shù)越高時底板受力越大，故偏保守選擇10 000 KN/m3地基系數(shù)進行結構受力計算。

6、結構設計

通過以上計算分析最終確定下穿隧道采用雙層結構，下層采用2孔12.7 m鋼筋混凝土框架結構，單孔凈寬12.7 m，結構內框凈高為5.5 m；上層采用框架柱結構，立柱橫向凈間距12.9m和12.6 m，縱向間距8.4 m，結構內框凈高為4.2 m。下層框架頂板厚0.6 m，底板厚1.4 m，側墻厚1.1 m和1.2 m，中隔墻厚0.8 m，結構總寬度28.5 m，總高度8.0 m。樁基縱間距4.2 m，橫向間距5～8 m。沉降縫最大間距103.45 m，每40 m設置一條后澆帶。

7、結語

綜上所述，隨著地下空間的開發(fā)利用，地下結構埋置深度越來越大，如只是單純設置一層下穿隧道則施工后存在大量回填土，增加結構外荷載。故采用雙層或多層結構，不但減少了土體回填方量，而且減少了下穿結構所承受的外荷載。但在設計時應合理的規(guī)劃地下空間用途，同時結合本地區(qū)地質情況采取適宜的基礎形式，這對整個項目的經(jīng)濟性、合理性和安全性均極為關鍵。在本項目所在區(qū)域，由于地質條件復雜，地下水位較高等前提條件，下穿隧道結構建議優(yōu)先選用疏樁基礎形式，在解決地基承載力的同時可以作為抗浮、減沉和地基處理樁基使用，減少了工程造價，增加了結構的安全性。