濟南市玉函路地下道路總體設計

朱建方，毛化冰，鄭召怡，賈 棟

[濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250101]

1 工程概述

濟南市順河高架路地處城市核心區，是濟南市快速路路網體系中的重要組成部分。其北端以濟南北立交連接濟廣高速，向南依次通過北園立交、玉函立交、英雄山立交串聯城區東西向的北園高架路、經十路、二環南高架路等快速路及主干路，繼而向南延伸連接望岳路；其南端通過大澗溝互通立交接南繞城高速。由此，實現高快一體轉換。

順河高架南延長線位于城區中段，北端接玉函立交，南端接英雄山立交，全線總長約5.16 km。按照上位規劃，其主要功能是加強高速路、快速路環線間的聯系，提高快速路網的通達性，增強快速路對核心區的輻射范圍，對服務長距離交通、加強組團之間的聯系、承擔通過性交通具有十分重要的意義。圖1 為工程區域位置圖。

圖1 工程區域位置圖

按照總體建設方案，本項目以玉函北路為界，工程分兩期進行建設：一期工程向南沿英雄山路南段建設高架橋，二期工程向北沿現狀玉函路建設地下道路。地下道路總長3.24 km，雙向4 車道，局部設置應急停車港灣。圖2 為順河高架南延長線總平布置圖。

圖2 順河高架南延長線總平布置圖（單位：m）

為保障地下道路運營安全，同步配套建設管理中心、消防系統、通風系統、監控系統、照明系統、供配電系統及排水泵站等附屬設施[1]。

2 設計條件

玉函路西側為連綿的山體，東側毗鄰玉繡河，山體、河道之間密集分布居住小區。玉函路為南北向唯一通道，承擔著重要的城市交通干道功能，周邊缺少有效的分流道路。設計方案需要充分考慮施工期內的交通組織以及施工對沿線居民交通出行的影響。

改造前，玉函路為雙向6 車道，道路沿線單位、居住小區密集。沿線建筑基本以20 世紀80 年代4～6 層居民樓為主，樓房緊靠路邊人行道，地面道路平均寬度僅32.5 m。圖3 為改造前玉函路地面道路及管線布置。

圖3 改造前玉函路地面道路及管線布置（單位：cm）

工程沿線地下管網密集，水、電、氣、熱、排水、弱電等管線設施齊全，工程建設期間，需要確保管線的正常運營，保證沿線居民的生活不受影響。

沿線地質條件復雜。根據地勘資料，場地第四系地貌單元屬于山前坡洪積群，地形總體為南高北低，高差約55 m。地下水類型為第四系松散巖類孔隙水及輝長巖風化裂隙水混合水，水位標高整體上呈南高北低的趨勢。地下水補給主要為大氣降水入滲、巖土層水平向滲流及玉繡河地表水下滲補給。圖4 為玉函路沿線工程地質圖。

圖4 玉函路沿線工程地質（單位：m）

第四系地層主要為人工填土、坡洪積成因的黃土、黏性土及碎石土，馬鞍山路以南下伏奧陶系灰巖，馬鞍山路以北為輝長巖侵入體。第四系地層厚度隨基巖面起伏變化較大， 基巖面埋深在地表下0.60～19.80 m。據統計，兩段巖層埋深較深（濟大路以北為360 m、舜玉路附近為425 m），黃土、黏土土層較厚，總長785 m，其余路段巖石埋深較淺，長1 970 m。

工程沿線土質段和巖石段交錯分布，地質差異性較大，情況極其復雜。土質段多為濕陷性黃土和雜填土，巖石段部分為中風化石灰巖，巖質堅硬。工程地處城市居住敏感區，傳統的巖石爆破開挖對周邊影響大。

3 總體平面線位方案比選

鑒于順河高架南延線周邊地理環境的復雜條件，方案研究歷時三年多，考察、借鑒了國內外多座城市先進的建設經驗，探討了全線高架橋、地下道路技術標準，從設計、施工、管理等方面多維度、多角度進行了方案論證、技術咨詢及方案比選。

3.1 方案一：沿河地道+ 山嶺隧道+ 高架橋

方案一線位北起經十路，南至英雄山立交，全線總長約5.86 km。全線共分為：三段高架，一段沿河地道，一段山嶺隧道。其中，三段高架橋總長3.65 km，沿河地道長0.6 km，山嶺地下道路長2.21 km。全線共設6 條出入口（三進三出）匝道，其中玉函立交落地點處1 對，七里山路南側1 對，英雄山路1 對。圖5為方案一總體平面線位圖。

圖5 方案一總體平面線位圖（單位：m）

方案一需要對玉函立交南引橋（275 m）及引道拆除后新建，主線向東偏離地面道路，上跨馬鞍山路后落地接沿河地道。沿河地道與玉繡河并行，穿越南郊賓館，至華馨園小區北側出地面，然后采用高架橋方式上跨玉繡河、玉函路，跨越中華女子學院，接山嶺隧道。山嶺隧道向南沿六里山、七里山布置，在盈峰翠邸小區位置出洞口接高架橋。高架橋沿玉函路南段、英雄山路建設，向南依次跨越七里山路、土屋路、萬壽路等，向南接英雄山立交。

玉函立交引橋拆除重建，順河高架路需要中斷交通。本線位方案穿越的區域涉及南郊賓館、中華女子學院、盈峰翠邸、西八里洼片區等多個大型居住區，工程沿線拆遷量122 450 m2，安置工作難度大，總投資估算約41.15 億元，工期測算24 個月。

3.2 方案二：沿玉函路地下道路+ 高架橋

方案二全線總長約5.16 km。其中，玉函立交至玉函北路全線采用地下道路的方式，下穿馬鞍山路、六里山南路、舜玉路及七里山路交叉口，沿現狀玉函路地下敷設。玉函北路至英雄山路立交采用高架橋方式，跨越土屋路、玉函小區南路及萬壽路，向南接英雄山立交。圖6 為方案二總體平面線位圖。

圖6 方案二總體平面線位圖（單位：m）

全線共設7 條出入口匝道及1 條應急出口匝道。其中，馬鞍山路交叉口北側，結合現狀玉函立交引道改造，設置2 對匝道。北側一對匝道連接經十路地面道路，實現經十路地面道路與順河高架南延線工程主線地下道路的銜接；另外一條匝道銜接玉函立交西側輔路，實現地面道路與現狀南北向高架橋的銜接。七里山路南側設置1 對進出匝道，實現玉函路地面道路與地下道路的銜接。英雄山路高架橋段，在玉函小區南路北側設置1 對匝道，地面道路連接高架橋。

方案二基本沿現狀玉函路、英雄山路中線居中布設，工程沿線涉及的拆遷主要集中在七里山路以南的西八里洼沿街商鋪，多數為建成年代較早的低矮破舊民房，群眾對于結合本項目建設同步提升區域城市景觀及品質呼聲較高，征收工作相對較容易，項目實施具有可操作性和實施性，工程沿線拆遷量32 826 m2，總投資估算約29.82 億元，工期測算18個月。

3.3 方案三：全線高架橋

線位布置同方案二，高架橋沿玉函路、英雄山路布置，玉函立交橋南側引橋及引道拆除新建，新建高架橋向南依次跨越馬鞍山路、濟大路、舜玉路、七里山路、土屋路，向南接英雄山路南段高架橋。

玉函路橫斷面布置如下：高架橋雙向4 車道，橋梁總寬18 m；地面道路雙向4 車道（見圖7）。

圖7 玉函路高架橋橫斷面方案（單位：cm）

玉函路斷面較窄，兩側樓房緊貼道路邊線，管線遷改及道路施工期間玉函路交通基本中斷。項目建成后，地面交通單側僅剩兩個車道；高架與兩側樓房間距不足7.5 m，噪聲對道路沿線居民影響大。

工程沿線拆遷量約41 150 m2，總投資估算約25.63 億元，工期測算14 個月。

從建設規模、項目拆遷實施難度、投資估算、管線遷改實施難度、施工期交通組織及施工周期等方面對三個方案進行綜合分析比較，選定方案二作為實施方案。

4 地下道路主要技術標準

（1）通行車型及車道類型：小客車專用車道[2]。

（2）地下道路長度分類：長距離地下道路。

（3）地下道路設計速度：路段50 km/h。

（4）路段車道寬度為3.25 m、3.25 m，路緣帶寬度為0.5 m，安全帶寬度為0.25 m。

（5）地下道路限界：機動車凈高為4.0 m，檢修道凈高為2.5 m。

（6）地下道路防火設計類別：“僅限通行非危險化學品等機動車”[3]的二類。

5 玉函路地下道路斷面及施工工藝比選

地下道路橫斷面的選取需要結合施工工藝綜合確定。方案研究階段，曾考慮地下道路設置雙向4 車道加連續應急停車帶橫斷面方案，但由于現狀玉函路兩側樓房距離過近的條件限制，部分路段道路寬度不足30 m，而理論上的開挖總跨度達到31.12 m，局部路段將侵入現狀樓房基底以下，基本不具備可實施性。

結合場地建設條件，深化研究明挖和暗挖兩種施工工藝，以確定隧道橫斷面方案。

5.1 明挖施工工藝

明挖方案總的設計原則是控制地下道路的開槽深度和寬度，盡量加大與兩側建筑的距離，減少巖石開挖量，減小施工期間對兩側建筑及交通的影響。圖8 為明挖方案地下道路橫斷面方案圖。

圖8 明挖方案地下道路橫斷面方案（單位：cm）

明挖方案的核心是需要解決既有管線的遷改以及施工期的交通組織問題，需要嚴格控制基坑開挖深度。從施工組織角度分析，管線采用直埋，先把大管徑管線遷改到外側，隧道頂設置小管徑管線，通過優化管線布局控制埋深，路段范圍覆土最小厚度1.9 m。道路交叉口位置要滿足管線橫穿需求，最小覆土厚度3 m 左右。圖9 是以單層式橫斷面為例進行隧道縱斷面設計，經分析，基坑開槽深度為9～10 m。

圖9 明挖地下道路縱斷面圖（單位：m）

結合路段地質、基坑深度、基坑周邊環境情況，明挖方案需要分段采用不同的基坑開挖支護方式，如噴錨、樁+ 內支撐支護等，分幅開挖施工，主體結構采用現澆。

道路兩側既有構筑物多為20 世紀80 年代老樓房，基礎多為條形基礎或者筏板基礎，基礎埋深較淺，大開槽施工對現狀建筑的保護和施工控制難度大，現狀部分地下管線需要進行全路段二次遷改，對兩側交通出行和居民生活影響大。半幅施工，管線需要進行兩次遷改，隧道中墻施工期與運營期發生力學體系轉換，鋼筋連接、混凝土澆筑施工環節增多，施工周期長。

5.2 暗挖施工工藝

玉函路為城市主干路，地面交通量較大，沿線建筑物密集，地下管線復雜，為盡量減少施工對全線居民的影響，研究暗挖施工工藝。隧道斷面采用復合式中隔墻連拱隧道結構及超小凈距隧道結構，單側隧道斷面型式為五心圓曲墻拱。根據隧道建筑限界要求，在滿足通風、消防、交通等附屬機電設備安裝尺寸空間的條件下，減小矢跨比，以減小開挖及襯砌工程量。隧道標準段內輪廓頂部拱圓半徑R=6.0 m，邊墻圓半徑R=11 m，仰拱半徑R=15 m，頂部拱和邊墻采用半徑R=3.7 m 的圓過渡連接，仰拱和邊墻采用半徑R=1.5 m 的圓過渡連接，內輪廓凈寬9.19 m，凈高7.3 m。港灣式應急車道內輪廓頂部拱圓半徑R=7.173 m，邊墻圓半徑R=11 m，仰拱半徑R=20 m，頂部拱和邊墻采用半徑R=3.7 m 的圓過渡連接，仰拱和邊墻采用半徑R=1.5 m 的圓過渡連接，內輪廓凈寬12.2 m，凈高8.4 m。圖10 為暗挖標準段單側隧道內輪廓。

圖10 暗挖標準段單側隧道內輪廓（單位：cm）

隧道縱斷面設計需要綜合考慮沿線地質及管線埋深的影響，以暗挖段埋深6～8 m 為控制原則，除七里山以南主線按4%縱坡下穿外，地下道路內最大縱坡2.1%，最小縱坡0.9%。明挖段最大埋深4 m；暗挖段埋深為6～8 m。圖11 為暗挖地下道路縱斷面圖。

圖11 暗挖地下道路縱斷面圖（單位：m）

本隧道為城市復雜環境條件下超淺埋隧道，地質條件差，距離建筑物近，拱頂管線復雜，因此隧道的支護參數需要結合工程類比和計算綜合確定。隧道支護體系按新奧法原理進行設計，襯砌采用復合式襯砌，初期支護采用系統錨桿、鋼筋網、噴混凝土、鋼拱架及超前支護等，二次襯砌采用模筑C40 鋼筋混凝土襯砌。

針對硬質巖石地段的特點，采用懸臂式掘進機冷開挖低音降噪技術施工工法，有效克服傳統鉆爆法在城市隧道建設中不適宜的問題；軟土段采用機械配合人工開挖。圖12 為暗挖地下道路橫斷面方案。

圖12 暗挖地下道路橫斷面方案圖（單位：cm）

經多輪專家技術咨詢論證，方案最終確定采用以暗挖為主、明挖為輔施工工藝，雙向4 車道，局部設置港灣式應急停車帶，斷面采用箱涵+ 雙連拱+ 超小凈距分段組合的方式。洞口段采用明挖法先行開工，快速恢復地面交通，減少對居民出行的交通影響，同時有效利用敞口段坡道為后續跟進的暗挖段提供渣料進出場地條件；其余路段采用暗挖施工。

6 地下道路洞口節點方案

6.1 北洞口

地下道路北洞口主線連接玉函立交引橋，設置2進1 出3 條匝道及1 條應急車道銜接地面道路。中間1 對上、下匝道實現玉函路立交與地面道路的聯系，西側設入口匝道加強西輔道與地下道路的聯系，東側設置1 條應急出口匝道，保障隧道緊急情況下的應急疏散。圖13 為地下道路北洞口節點建成后實景。

圖13 地下道路北洞口節點建成后實景

6.2 南洞口

地下道路南洞口主線接高架橋，兩側設置1 進1出2 條匝道銜接地面道路。圖14 為地下道路南洞口節點建成后實景。

圖14 地下道路南洞口節點建成后實景

7 地下道路附屬工程

為保障隧道運營安全，結合場地建設條件，同步配套建設一處管理中心（與管理控制室、地下消防泵房及辦公用房合建，見圖15），兩處排風塔（與地下風機房、變配電室合建，見圖16、圖17），兩座地下排水泵站。總體布置見圖18。

圖15 隧道管理中心與地下消防泵房合建

圖16 東線排風塔與地下風機房、變配電室合建

圖17 西線排風塔與地下風機房、變配電室合建

圖18 玉函路隧道附屬設施總體布置圖

考慮施工周期，需要增加工作面，全線設置5 處斜井、2 處豎井，施工期作為工作通道，運營期作為人行疏散通道（見圖19），全線共設置5 處人行緊急疏散通道，保障隧道運營安全。

圖19 山體公園施工斜井建成后為人行疏散通道

結合場地條件，全線共設5 處港灣式應急停車帶（見圖20）、3 處車行橫通道（見圖21）、6 處人行橫通道。

圖20 港灣式應急停車帶

圖21 車行橫通道

另外，隧道內設置完善的信號系統、監控系統、交通誘導屏系統、違法超速檢測系統、電子警察系統等設施，實現交通智能化管理。

8 設計理念及技術要點

（1）工程設計融入環保、和諧、可持續發展的設計理念。

結合沿線工程地質及周邊環境建設條件，隧道采用明挖+ 暗挖組合施工組織方式，隧道接線段、洞口段采用明挖法先行開工，快速恢復地面交通，減少對居民出行的交通影響，同時有效利用敞口段坡道為后續跟進的暗挖段提供渣料進出場地條件。

隧道暗挖施工通道的位置均設置在交通影響范圍以外，通過暗挖通道進入正洞以后轉向正洞施工。施工通道在后期建成人行疏散通道，節約工程投資的同時也保障后期隧道運營安全。

隧道段地質條件復雜，土質段與巖石段交錯，施工工藝采用明挖+ 暗挖組合施工方式，針對硬質巖石地段，采用懸臂式掘進機冷開挖低音降噪技術施工工法，有效克服了傳統的鉆爆法在城市隧道建設中不適宜的問題。

（2）因地制宜，動態設計，優化工法及工序，保障建設周期。

隧道施工巖石段采用中導洞+ 左側導洞臺階法開挖，土質段采用中導洞+ 左右導洞臺階法開挖。施工過程中堅持動態設計，信息化施工。施工過程中根據監控量測得地面沉降、洞內變形等數據進行分析，及時調整開挖方法。

對應不同的地質情況，結合中間巖柱的厚度，采取不同的施工開挖方法及支護措施。充分利用中導洞的先行作用，根據中導洞施工開挖引起的掌子面前方及兩側圍巖的位移變化情況以及地面沉降情況，提前預測左右線正洞開挖時引起掌子面前方及兩側圍巖的位移變化情況，及時調整支護參數。

道路兩側建筑物距離隧道較近路段，對隧道周圍土體進行加固處理。精細化計算，確定樁徑、樁間距、樁長。加強施工過程中對周邊環境影響的控制，確保施工安全。

9 結語

本項目為構筑濟南市快速路路網骨架的重要組成部分，該項目的建設完善了快速路網架構體系，可“盤活”已建順河高架路、英雄山路立交，串聯北園高架路、二環南高架路，優化區域交通路網格局。工程的建成對周邊的道路起到有效分流作用，方便了居民交通出行，改善了區域交通環境，在一定程度上緩解了城市交通擁堵問題。

玉函路地下道路目前已竣工通車。對于類似復雜條件下的隧道工程，設計方案與施工工藝的選擇及銜接至關重要。隧道土建設計是一項動態設計與信息化施工緊密結合的工作，需要結合地質情況及隧道監控量測制定總體方案，特別是復雜地質條件下的隧道，應制定周密的地質預測方案，動態調整支護參數及施工方案。隧道支護襯砌、防排水、路面結構等主體結構設計需要與通風、照明、供配電、消防、交通安全設施等專業設計緊密銜接，統籌協調。另外，對于制約工期開展的隧道洞口明挖段、管理中心、地下風機房、施工通道的征地拆遷、管線遷改等工作，必須先期開展。同時，施工期間的交通組織十分重要，需要解決好周邊區域及沿線居民交通出行問題。