濟南黃河公路大橋改擴建工程公軌合建段區(qū)間隧道設(shè)計

吳 濤，欒少華，郭永飛，臧韶寧

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.招遠(yuǎn)市政府投資工程建設(shè)服務(wù)中心，山東 招遠(yuǎn) 265400；3.招遠(yuǎn)市規(guī)劃設(shè)計院，山東 招遠(yuǎn) 265400）

引言

濟南黃河公路大橋位于G104 京嵐線濟南城區(qū)段，建于1982 年，是當(dāng)時亞洲跨徑最大的橋梁。由于通車使用多年且超負(fù)荷運營，橋梁已出現(xiàn)不同程度的病害。為提高黃河公路大橋服務(wù)水平，緩解現(xiàn)狀過河通道壓力，滿足城市空間發(fā)展需要，亟需對其進(jìn)行改擴建。

濟南軌道交通7 號線一期工程為中心城區(qū)南北向跨黃河骨干線路，跨黃河段與G104 京嵐線黃河大橋共路由。根據(jù)濟南市“三橋一隧”的指導(dǎo)方針，濟南市軌道交通7 號線與G104 濟南黃河公路大橋擴建工程采用公軌合建的方式跨越黃河，上跑汽車，下通城市軌道交通。

1 工程概況

1.1 共建段

軌道交通7 號線共建段線路自二環(huán)北路站出站后向上爬，過濟廣高速零點立交后逐漸出露地面，與黃河大橋同路由合建走行。線路在二環(huán)東路與太白大街交叉口設(shè)高架車站，出站后繼續(xù)和黃河大橋合建走行，至黃河以北逐漸分離，全長約4.9 km。

1.2 區(qū)間隧道

起點位于零點立交東南將軍東廣場綠地內(nèi)，向北穿越規(guī)劃中的二環(huán)北路、零點立交，在濟廣高速主線橋下與現(xiàn)狀大橋路相交，沿規(guī)劃大橋路中央分隔帶走行，并逐漸由地下轉(zhuǎn)為地上，終點接軌道交通高架橋橋臺，多次與新建零點立交匝道橋及主線高架橋橋墩交叉。平面線間距5.2～15.9 m，最大縱坡28.7‰，全長約564 m。經(jīng)過比選，采用明挖順作法施工，其中明挖暗埋段394 m，明挖敞口段約170 m。

1.3 工程與水文地質(zhì)條件

（1）工程地質(zhì)：鉆探深度范圍內(nèi)揭露第四系地層以填土、粉質(zhì)黏土、粉土、鈣質(zhì)膠結(jié)層等為主，第四系覆蓋層厚度＞50 m，下伏地層為中生代燕山期侵入輝長巖。（2）水文地質(zhì)：項目區(qū)地下水主要分布在第四系地層中，地下水類型為第四紀(jì)松散層孔隙水，含水層主要為粉土、粉砂層。松散巖類孔隙水主要受大氣降水補給，總體受季節(jié)性變化較明顯，豐水期水位上升，枯水期水位下降，在汛期高水位時孔隙水季節(jié)性受徑流補給。

2 結(jié)構(gòu)形式

2.1 起點暗埋段方案比選

起點暗埋段接二環(huán)北路地下站，平面線間距、埋深均較大，設(shè)計對比了單跨單層矩形框架和兩柱三跨雙層框架兩種結(jié)構(gòu)形式。

兩柱三跨雙層方案雖然能夠增加二環(huán)北路站的使用面積，但也存在缺點：無法避讓新建零點立交A 匝道橋橋墩，橋墩需落在區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)上頂板；覆土較淺，需要增加抗浮樁設(shè)計，且對規(guī)劃二環(huán)北路地下管線有影響。

單跨單層方案雖然覆土較深、土石方回填量較大，卻能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)與零點立交匝道橋橋墩相互獨立，互不干擾，且對規(guī)劃二環(huán)北路地下管線敷設(shè)無影響。

考慮結(jié)構(gòu)功能、施工組織、造價及運營等多種因素，選用單跨單層矩形框架結(jié)構(gòu)。

2.2 結(jié)構(gòu)橫斷面

區(qū)間隧道平面線間距由15.9 m逐漸過渡到5.2 m，設(shè)計高程由10.875 m 抬升到26.040 m，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式也存在多樣性，結(jié)構(gòu)橫斷面變化趨勢：雙箱單跨→單箱三跨→單箱兩跨→U 型槽，見圖1。

圖1 典型橫斷面

3 區(qū)間結(jié)構(gòu)與高架橋橋墩位置關(guān)系

對于區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與零點立交高架位置基本重疊的區(qū)段，從兩個工程的不同使用功能要求、減少實施期間相互干擾、控制施工風(fēng)險和經(jīng)濟合理等方面進(jìn)行綜合比選。

3.1 敞口段

敞口段結(jié)構(gòu)埋深較淺，考慮橋梁樁基、承臺與區(qū)間結(jié)構(gòu)同期施工。高架橋采用整體式承臺，U 型槽從橋墩間穿過，并以高架橋承臺作為結(jié)構(gòu)底板基礎(chǔ)，見圖2。

圖2 敞口段橫斷面布置

3.2 暗埋段

3.2.1 匝道橋橋墩與區(qū)間結(jié)構(gòu)

新建零點立交A 匝道10#、11#橋墩與區(qū)間結(jié)構(gòu)沖突，通過調(diào)整匝道橋跨徑及橋墩橫向間距使其橋墩避開區(qū)間結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3 零點立交A 匝道橋墩與區(qū)間結(jié)構(gòu)位置關(guān)系

3.2.2 主線橋橋墩與區(qū)間結(jié)構(gòu)

區(qū)間隧道穿過濟廣高速后，進(jìn)入二環(huán)東高架橋橋面下，沿規(guī)劃大橋路中分帶走行，34#～42#橋墩承臺與區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)沖突，見圖4。

圖4 主線橋橋墩與區(qū)間結(jié)構(gòu)位置關(guān)系

設(shè)計將高架橋承臺置于區(qū)間結(jié)構(gòu)底板以下，承臺基坑與區(qū)間隧道基坑一起開挖，待橋梁承臺澆筑完成后，再實施區(qū)間結(jié)構(gòu)。

4 基坑圍護(hù)

4.1 安全等級

基坑寬約11.6～22.5 m，深約1.1～16.8 m，本著安全、經(jīng)濟、合理的原則，綜合考慮基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)條件的復(fù)雜程度等因素，對不同段落劃分不同的安全等級：基坑開挖深度＞10 m 時，安全等級為一級；基坑開挖深度＜7 m 時，安全等級為三級；其余為二級。

4.2 圍護(hù)形式

根據(jù)基坑深度不同，分別選用不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式：基坑深度＞7 m 時，采用1 000@1400 或800@1200 鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式；基坑深度＜4 m 時，采用放坡開挖、坡面噴射混凝土的支護(hù)形式；其余段落采用Ⅳ型拉森鋼板樁+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

若高架橋樁基承臺與區(qū)間隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)沖突，則將承臺基坑合并到區(qū)間隧道基坑同時開挖，見圖5。

圖5 高架橋承臺與區(qū)間隧道基坑同步開挖/mm

4.3 環(huán)境風(fēng)險等級

區(qū)間隧道在濟廣高速主線橋橋墩西側(cè)穿過，基坑圍護(hù)樁外緣與橋墩最小水平距離僅1.4 m，環(huán)境風(fēng)險等級為一級。

由于零點立交需要拆除重建，區(qū)間隧道基坑分為南、中、北共三個基坑，分兩期開挖，見圖6。一期開挖基坑邊緣距離濟廣高速橋墩2H（H 為基坑開挖深度）以上，待橋梁拆除后再開挖中間二期基坑環(huán)境風(fēng)險等級降為Ⅳ級。

圖6 區(qū)間隧道與濟廣高速橋墩位置關(guān)系

5 結(jié)語

（1）綜合考慮結(jié)構(gòu)功能、經(jīng)濟、施工組織及運營管理等，區(qū)間隧道起點段采用單跨單層方案優(yōu)于兩柱三跨雙層方案。（2）基坑縱向較長，且深淺不一，分段劃分不同的基坑等級，并選用不同的圍護(hù)形式，有助于節(jié)省造價。（3）高架橋34#～42#橋墩承臺與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)沖突，將其置于區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)底板下，承臺基坑與區(qū)間隧道基坑一同開挖，應(yīng)做好施工組織、合理安排施工順序。（4）區(qū)間隧道近距離側(cè)穿濟廣高速主線橋下部基礎(chǔ)，風(fēng)險等級較高，結(jié)合零點立交重建方案，實施分期開挖更安全、合理。