蘇州軌道交通6號線與金雞湖公路隧道共建方案分析

劉 皓 王仲林

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司, 510010, 廣州//第一作者, 工程師)

金雞湖位于蘇州市工業園區，是我國最大的城市湖泊公園，堪稱21世紀蘇州“人間新天堂”的象征。為完善環金雞湖金融貿易區基礎設施建設和園區內部交通網絡，緩解東西向跨湖交通的壓力，加強園區東西向聯系，金雞湖公路隧道的建設已成為當務之急。蘇州軌道交通6號線連接高新區、姑蘇區和工業園區，強化了金雞湖東西兩岸之間的聯系，是城市東西向穿越古城及金雞湖的重要客流通道。為更好地統籌金雞湖公路隧道與蘇州軌道交通6號線的規劃、設計及建設，以合理利用空間，避免反復開挖金雞湖，降低社會影響，本文對金雞湖公路隧道與蘇州軌道交通6號線共建中的問題進行探討。

1 工程概況

金雞湖公路隧道位于蘇州工業園區核心區域，是一條連接金雞湖兩岸重要的東西向城市主干路。項目的建設將加強金雞湖兩岸的交通聯系，極大地完善園區規劃路網布局。

金雞湖公路隧道沿中新大道線位穿越金雞湖。隧道西起中新大道西-星海街交叉口以東，東至中新大道東-南施街交叉口西側，隧道段長約5 345 m。其中，湖西陸域段長度約為1 200 m，湖中水域段長度約為3 000 m，湖東陸域段長度約為1 300 m。湖西在星港街設置一對進出匝道，湖東在星湖街設置向北的一對定向匝道，在星湖街東側設置長樂街出口匝道。隧道結構寬約39 m。湖西段隧道結構底板埋深0.90～14.80 m，標高-11.4～2.5 m；湖中段結構底板埋深8.80～15.99 m，標高-17.14～-13.68 m；湖東段結構底板埋深0.15～25.50 m，標高-22.00～3.35 m。

軌道交通6號線為蘇州西北—東南方向的對角線，連接高新區、古城區和工業園區。其強化了金雞湖東西兩岸之間的聯系，并加強了對古城的服務，是城市東西向穿越古城及金雞湖的重要客流通道，也是城際客流的重要集散線路。6號線全長36.2 km。其中，金雞湖西站—中塘公園站區間主要沿中新大道西和中新大道東敷設，并下穿金雞湖，與金雞湖公路隧道并行。并行段長約4 km。金雞湖隧道公路與軌道交通合建示意圖如圖1所示。其建設標準為：金雞湖公路隧道為城市主干路，雙向6車道，主線設計速度為50 km/h,匝道設計速度為40 km/h,車道寬度為3.5 m，通行凈高不小于4.5 m，汽車荷載為城-A級。軌道交通6號線采用B型車，6節編組，最高設計速度為80 km/h。

2 總體方案

2.1 隧道平縱方案

隧道主線共設置平曲線5處，星湖街出入匝道各設置平曲線2處，長樂街出口匝道設置平曲線1處。其中，隧道主線5處平曲線由西向東半徑分別為3 000 m、3 000 m、1 000 m、1 200 m、2 500 m;星湖街出口匝道2處平曲線由西向東半徑分別為700 m和85 m；星湖街入口匝道2處平曲線由西向東半徑分別為700 m和73 m；長樂街出口匝道平曲線半徑為2 500 m。

湖中明挖段與軌道交通6號線結構合建，由于湖中段需要在島上設置中間風井，因此湖中線位靠近桃花島布置，然后隧道以3 000 m的平曲線半徑折向東南方向。

隧道湖西主線出口接地點設置在交叉口東側約150 m處，隧道以5%縱坡向下，在星漢街以西進入暗埋段。主線入口的接地點設置在星漢街東側，以5%縱坡下穿接入主線。隨后，在星港街以東主線接入一對匝道，匝道采用5%縱坡以快速接地。隧道主線在穿越風之園后入湖。

湖中隧道采用-0.3%、0.3%、-0.3%、0.3%、-0.3%、1.0%的緩坡組合，以盡量減小隧道在湖中的埋深，同時滿足設計隧道頂部控制標高要求。

進入湖東岸邊段后，主線采用3%坡度向下，匝道采用約1.22%坡度向上，匝道在縱向上與主線完全分離以后，匝道與主線疊層行進，在星湖街前轉向以5%縱坡迅速爬升，在晨曦橋前接地。隧道主線在與匝道平面分離后，隧道主線以2.41%的坡度穿越星湖街、長樂街后以5%坡度向上，在南施街西側接地。

金雞湖隧道平縱斷面設計圖如圖2所示。

a) 平面圖

b) 縱斷面圖

2.2 隧道橫斷面方案

湖中段主線暗埋段采用四孔一管廊形式。其中，兩孔為車行道孔，另外兩孔為地鐵區間。地鐵區間設于隧道北側。隧道斷面為雙向6車道，車道寬度為3.5 m×3，通行凈高4.5 m，路緣帶寬度為0.25 m。

兩車道孔之間設置管廊。管廊上部設置電纜通道，中部為安全通道兼檢修通道，下部為水管溝。

車道頂部限界至頂板之間為設備安裝空間，布置隧道內照明燈具、信號燈、揚聲器、攝像機等，需安裝射流風機處，局部抬高頂板形成風機安裝壁龕。

根據綜合隧道的建筑限界、設備安裝、道路攤鋪、裝修，以及軌道交通限界等要求，湖中段箱體直線段處的橫斷面最小內凈尺寸寬度為37.30 m，曲線段處的橫斷面最小內凈尺寸寬度為37.72 m，結構箱體內凈高受道路隧道高度控制，為5.7 m。

暗埋段內每間隔約100 m設置人員疏散的安全門，兩車道孔互為備用。

金雞湖隧道湖中段橫斷面設計圖如圖3所示。

圖3 金雞湖隧道湖中段橫斷面設計圖

3 關鍵節點分析

金雞湖西站為軌道交通3號線與6號線的換乘站，3號線呈南北向布置，6號線呈東西向布置并與公路隧道平行。其節點平面圖如圖4所示。

圖4 金雞湖西站節點平面圖

公路隧道穿越金雞湖西站3號線車站主體，車站結構已對隧道進行了預留(見圖5)。隧道結構設計時在車站兩側設置變形縫，縫距35 m。兩側隧道結構實施完成后鑿除車站預留封堵墻，連通隧道結構。

6號線金雞湖西站與公路隧道平行設置。車站為地下三層，站中心底板埋深27.16 m。隧道圍護外邊界距離車站圍護結構邊線約1.65 m,車站與隧道埋深高差約14 m。公路隧道與車站圍護平面及橫斷面示意圖如圖6及圖7所示。公路隧道工程實施完畢后，實施6號線車站主體。

圖6 公路隧道與6號線車站圍護平面示意圖

圖7 公路隧道與6號線車站圍護橫斷面示意圖

4 湖中合建段沉降分析

湖中段公路隧道與軌道交通6號線區間采用明挖合建。由于明挖區間大部分位于湖中大開挖段，土體大面積的卸載、回填等會引起土體回彈及沉降變形。為保證軌道交通線路運行的平順性和行車安全性，需對合建段結構變形進行控制。借鑒GB 50157—2013《地鐵設計規范》第10.1.11節橋梁相對沉降標準，設計時按絕對沉降(回彈)10 mm進行控制。

采用荷蘭公司開發的Plaxis有限元軟件對湖中段隧道結構的沉降進行分析，從而確定合適的樁長。土體模型采用強化土模型(HS模型)，其中剛度參數E50ref、Eoedref采用金雞湖隧道巖土工程勘察報告中Es1-2壓縮模量的具體數值，Eurref視土體性質取3～5倍的壓縮模量Es1-2。根據工程實際尺寸建立幾何模型(見圖8)，賦予材料屬性后生成有限元模型(見圖9)。

圖8 幾何模型

圖9 有限元模型

工況考慮了以下情況:①基坑開挖前降水、樁基施工、放坡開挖、結構回筑、覆土回填、恢復水位;②進行為期6～12個月的機電安裝后進入運營階段;③在長達100年的使用期內隧道結構的整體變形。

本次設計分別對比了不設置樁基以及設置20 m和35 m長樁基的最終土體變形情況。計算結果如圖10所示。由圖可知，無樁基時的沉降值為4.38 mm，設置20 m長樁基時沉降值為1.82 mm，設置35 m長樁基時沉降值為0.59 mm。可見，三種情況下的沉降值均能滿足使用期內絕對沉降值和軌道交通運行要求。為確保安全并結合抗浮設計，最終選用φ600 mm、樁長20 m鉆孔灌注樁。根據計算結果，配置16根φ20 mm縱向鋼筋，可滿足樁身強度要求。

5 施工方案

金雞湖隧道湖中段采用圍堰的施工方案，兩側圍堰基本平行于隧道布置，圍堰內邊緣距離基坑頂不小于(1.5～2.0)H(H為基坑開挖深度)。圍堰總長6 832 m。為確保金雞湖水質，湖中段圍堰共分兩期(以湖中心桃花島為界)，一期圍堰長度為4 623 m,二期圍堰長度為1 924 m，一、二期共用圍堰長度為285 m。圍堰主要采用雙排鋼樁(鋼管樁和鋼板樁)。金雞湖隧道湖中段圍堰典型斷面圖如圖11所示。

6 疏散救援方案

如圖12～14所示，當道路隧道內發生火災事故時，事故點前方的車輛應盡快駛離隧道，事故點后方的車輛受阻，架乘人員棄車，在無煙的環境中向后方撤離。逃生人員可通過事故后方的安全門進入管廊內的安全通道進行疏散，另一車道孔應及時關閉隧道入口，盡快清空車輛。逃生人員也可由安全門進入另一孔安全車道疏散。火災車道孔受阻后，消防救援車輛應由對向車道孔進入隧道，利用火災點就近的安全門至火場進行撲救。

a) 無樁基

b) 設置20 m長樁基

c) 設置35 m長樁基

共建段軌道交通6號線區間內左、右線僅一墻之隔，便于火災下的疏散、救援組織。在車輛行駛方向的左側設置疏散平臺，平臺的寬度不小于0.8 m；防火隔斷墻上每隔300 m設置一對安全門，人員可通過安全門由事故孔疏散至另一安全孔內。當區間內的一孔發生火災時，受阻列車上的乘行人員可通過疏散平臺至安全門進入另一安全孔內逃生。地鐵安全門如圖15所示。

圖11 金雞湖隧道湖中段圍堰典型斷面圖

圖12 隧道安全通道示意圖

圖13 隧道安全門平面示意圖

圖14 隧道疏散示意圖

圖15 地鐵安全門示意圖

7 結語

對于需要同時下穿江河、湖泊等水域的城市市政工程和軌道交通工程，規劃階段需做好線網規劃及建設時序安排，有條件時可考慮公軌合建方案，以節省工程投資，節約用地，提高隧道斷面利用率。

金雞湖市政隧道與軌道交通6號線合建，集約利用了城市空間，可避免分期建設造成的工程浪費，減少后期改造既有結構帶來的工程風險，減小對金雞湖的影響。此外，本文對關鍵節點和湖中合建段沉降的分析，對疏散救援方案及施工方案的論述，對于今后類似公軌合建工程有一定的指導和借鑒意義。