城市地下道路設計方案比選

李建林

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

近年來，隨著我國經濟快速發展，許多城市的規模正在迅速增長，城市的發展和城市人口密度的增加給城市地面土地資源帶來了很大的壓力。

城市地面土地資源的緊缺促進了城市空間向地下發展，地下交通系統是城市地下空間利用的重要組成。城市地下交通的建設可以有效緩解地面交通擁堵及地面資源的緊缺，鑒于此，未來我國城市地下道路必將迎來大發展、大建設[1]。

目前，城市地下道路常用的施工方法主要有明挖法、淺埋暗挖法及盾構法，本文以實際工程為背景，通過結構設計、施工工序、工程造價、施工工期及施工風險等幾個方面的對比研究確定明挖法和淺埋暗挖法的安全性、經濟性及合理性。

1 工程概況

根據《國務院、中央軍委關于同意建設北京新機場的批復》[2012]217號，北京新機場選址落戶于北京大興區與河北廊坊市兩省交界處，距離北京市中心約50 km，定位為綜合性超大型國際樞紐機場。

次干一路位于新機場北部，西起106國道，東至青禮路，長約15.1 km；規劃為城市次干路，紅線寬度為40 m，設計速度40 km/h；該次研究范圍為次干一路下穿新機場高速Y線、京霸鐵路、機場快軌及新機場高速X線節點封閉區段，全長495 m，工程地理位置如圖1所示。

圖1工程地理位置圖

2 設計方案對比

根據《城市道路工程設計規范》（CJJ 37—2012）、《城市地下道路工程設計規范》（CJJ 221—2015），道路凈寬 8.0 m，凈高 4.5 m[2，3]。

斷面布置如下：0.5 m（路緣帶）+2×3.5 m（行車道）+0.5 m(路緣帶)；限高 4.5 m；限界外預留裝飾及消防等設施安裝空間；該工程的防撞等級為A級，防撞護欄高度高于行車道0.81 m。

下面將分別從結構設計、工程規模、施工工序、工程造價及工程工期幾個方面針對淺埋暗挖法和明挖法進行對比分析。

圖2 隧道建筑限界圖（單位：cm）

2.1 標準結構橫斷面

淺埋暗挖法結構包括超前支護、初期襯砌、防水層及二次襯砌，結構橫斷面設計圖如圖3所示。

圖3 淺埋暗挖結構橫斷面設計圖（單位：cm）

明挖法結構包括防水層及閉合框架結構，結構橫斷面設計圖如圖4所示。

圖4 明挖結構橫斷面設計圖（單位：cm）

淺埋暗挖結構由初期支護承擔部分荷載，二次襯砌承擔剩余荷載，初期支護和二次襯砌共同形成統一的支護體系，同時初期支護施作前，超前支護的加固作用也非常重要，對淺埋暗挖的安全施工起著至關重要的作用。

明挖法結構由閉合框架承擔全部荷載，受力明確，計算相對簡單[4-6]。

2.2 工程規模

淺埋暗挖法施工時有最小覆土要求，需保證大管棚能正常施作，起到安全進洞的作用，本文中淺埋暗挖與明挖分界為最小覆土3.0 m。淺埋暗挖法工程規模如圖5所示。

圖5 淺埋暗挖法工程規模

明挖法工程規模如圖6所示。

圖6 明挖法工程規模

該次對比研究范圍為除兩側U槽段，全長495m，淺埋暗挖法由閉合框架段115 m和淺埋暗挖段380 m組成，明挖法由閉合框架段495 m組成。

2.3 施工方法[7，8]

淺埋暗挖段為四連拱隧道，施工需采用多導洞中洞法施工，施工步序如圖7所示。

圖7 淺埋暗挖法施工步序

連拱隧道跨度大，結構復雜，施工步序繁，在動態施工過程中，其支護體系受力狀態不斷發生變化和調整，土體經多次擾動而變形，產生多次疊加，施工難度較大。

明挖法施工采用樁（地下連續墻）+內支撐支護方式與土釘墻支護方式相結合，其中土釘墻支護基坑施工步序如圖8所示。

圖8 明挖法施工步序

明挖法施工，工序簡單，工作面多，受力體系相對比較明確，首先開挖支護形成穩定的工作面，然后施作閉合框架結構，最后回填恢復原地面，施工難度相對較小。

2.4 工程造價

淺埋暗挖段全長380 m，工程量及土建造價見表1。

表1淺埋暗挖段工程量及土建造價

其中明挖段全長115 m，土建造價0.68億元，故該次研究范圍495 m總土建造價為3.49億元。

明挖法全長495 m，工程量及土建造價見表2。

表2 明挖段工程量及土建造價

通過上述對比研究可知，淺埋暗挖法工程造價相比明挖法明顯較高，投資控制不利。

2.5 工程工期

淺埋暗挖法施工工序復雜，主要包括超前帷幕注漿加固、導洞超前支護施作、各導洞分步開挖、初期支護施作、防水層施工及二次襯砌澆筑，經工程實踐證明淺埋暗挖平均日進尺0.5 m，共兩個工作面，土建施工工期約13個月。

明挖法施工，通過基坑縱向分段，豎向分層，可形成多個工作面，根據工程實踐證明明挖法平均日進尺1 m，土建施工工期約6個月。

具體工程具體分析，每個工程均有各自的特點，故不同工程需根據自身情況進行工期籌劃安排，同時總工期需考慮非技術原因停工級節假日等諸多因素。

3 結論

通過上述研究可得出如下結論：

（1）明挖法施工工藝成熟，風險小且可控，同時坑內降水引起地面變形較小；淺埋暗挖法施工工藝較成熟，施工風險很大，地面無建、構筑物時可控，有建、構筑物時不可控，需全斷面帷幕注漿或區域降水解決暗挖時地下水問題；

（2）明挖法施工工序簡單，受力相對較為明確，淺埋暗挖法施工工序復雜，受力體系復雜，施工過程中需經過多次體系轉換；

（3）明挖法土建造價約為淺埋暗挖法工程造價的0.8倍，不同工程根據實際情況有不同結果，本結論僅適用于淺埋隧道；

（4）明挖法工期約為淺埋暗挖法工期的0.5倍，且明挖法工期可通過增加工作面縮短工期，淺埋暗挖可通過設置施工豎井或輔助通道增加工作面，但會增加工程投資及工程風險。