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    淺談城市交叉口下穿隧道設計

    2014-09-04 00:33:34莊代文
    四川建筑 2014年2期
    關鍵詞:橫斷面交叉口檢修

    莊代文,彭 洪

    (中國市政工程西南設計研究總院,四川成都610081)

    隨著社會經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展,機動車保有量高速增長,交通日益擁堵,城市交通也面臨巨大的壓力。道路節(jié)點是城市交通網(wǎng)絡的重要組成部分,也是道路交通瓶頸,其設置合理與否直接關系到相關線路乃至整個路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮。為疏解交通擁堵,在城市干道節(jié)點上越來越多地采用立體交通形式,因下穿隧道具有對城市景觀和噪音干擾小的等特點,近年在城市道路建設中逐漸增多。

    城市交叉口下穿隧道一般由兩側敞口段和隧道框架段組成,敞口段兩側設置輔道及慢行系統(tǒng)與被交道路平面交叉。一般來說,設計工作主要包括總體、平縱橫、結構、基坑、排水、交通、裝飾、機電等專業(yè)。

    2 前期調查工作

    目前大多數(shù)城市下穿隧道為既有道路改建,因此受現(xiàn)狀道路、用地紅線、管線、景觀等諸多因素限制。設計工作開始前,需收集現(xiàn)狀交通流量以及路網(wǎng)規(guī)劃,以支撐斷面設計以及制定臨時交通組織方案。同時,除進行地質勘察、測量外,還應對區(qū)域內現(xiàn)狀管線作充分調查,除查詢相關資料外,還需通過現(xiàn)場物探等措施,盡量保證調查成果的可靠性,在設計前擬定妥善的避讓、改遷方案,保證設計的合理。

    2 城市交叉口下穿隧道設計要點

    2.1 橫斷面設計

    城市交叉口下穿隧道一般采用矩形橫斷面,主要由邊墻、中墻、車行道、檢修道、路緣帶、余寬、排水邊溝、裝修層等組成。隧道內橫斷面布置不僅應滿足道路建筑限界要求,還應滿足機動車道的行駛的安全、舒適和防災等要求。

    2.1.1 車行道、路緣帶寬度

    車行道數(shù)應根據(jù)上位規(guī)劃、功能定位、交通量預測、道路紅線等多方面的因素進行綜合考慮。車行道及路緣帶寬度應結合根據(jù)《城市道路工程設計規(guī)范》對應速度、標準選取,并與路段一致。

    2.1.2 檢修道

    僅布置機動車道的隧道,應在右側設置檢修道,寬度宜為0.5~0.75 m,并結合隧道裝修設置。當單孔機動車道小于4條時,左側可不設置檢修道,但應設置0.25 m余寬(護輪帶),否則左側也應設置檢修道。一般對于短隧道,為檢修道可取0.5 m,對于特長、長及中隧道,在保證一定車速安全通行的同時,還需考慮消除或減少隧道邊墻給駕駛員帶來“恐之沖撞”的心里影響(“側墻效應”),檢修道寬度應取0.75 m。檢修道及余寬高度宜按速度、隧道長短等因素選取,見表1。

    表1 檢修道及余寬高度設置表 cm

    2.1.3 隧道凈高

    規(guī)范要求機動車道最小凈高為4.5 m,但根據(jù)實際建設、使用經(jīng)驗,快速路、主干路以及重要的次干路隧道車行凈空宜取5 m,次干路及支路宜取4.5 m。通常,還應考慮遠期隧道路面加鋪罩面,預留一定的余高,同時還應根據(jù)隧道設計標準,考慮照明、通風、消防、交通設施等空間。以下為成都市區(qū)某隧道工程,為城市主干路,雙向6車道,設計速度速60 km/h,車行凈高5 m,結構凈高5.1 m。

    敞口段橫斷面組成為:3.5 m(人)+10.25 m(輔)+0.5 m(護欄)+0.6 m(檢、裝)+11.5 m(機)+0.8 m(護欄)+11.5 m(機)+0.6 m(檢、裝)+0.5m(護欄)+10.25 m(輔)+3.5 m(人)=53.5 m,見圖1。

    圖1 敞口段標準橫斷面設計(單位:cm)

    框架段橫斷面組成為:0.8m(墻)+0.6m(檢、裝)+11.25m(機)+0.35m(余寬)+0.6m(墻)+0.35m(余寬)+11.25m(機)+0.6m(檢、裝)+0.8m(墻)=26.1m,見圖2。

    圖2 框架段標準橫斷面設計(單位:cm)

    2.2 平面線形設計

    平面設計主要包括主線隧道和輔道,在實際設計中,往往重視主線隧道的平面線形而忽視地面輔道的平面交通組織,筆者認為輔道交通組織則更為重要。

    通常輔道與被交道路平面交叉,交通組織方案關系整個隧道功能,也是隧道框架段長度控制性因素之一。設計時,需重點考慮:輔道調頭車道、慢行系統(tǒng)、輔道左轉車道、安全距離等因素。同時,必須考慮下穿隧道建設后,地面層信號燈通常由4相位調整為3相位,即減少了原隧道直行方向交通,輔道需同時左轉,不僅要滿足轉彎半徑、車道數(shù),還需滿足之間的安全距離。

    如圖3所示,為某典型城市交叉口下穿隧道地面層交通組織,隧道框架段總長76 m,交叉口進口道均拓寬車道,車行及慢行系統(tǒng)有序,滿足各個方向交通功能需求。

    圖3 平面交通組織

    2.3 縱斷面線形設計

    隧道縱斷面設計主要涉及到隧道埋深、結構尺寸、行車凈空、橫過管線、覆土厚度等幾個方面的因素。在滿足功能需求、規(guī)范及舒適性條件下,控制縱坡坡度,盡可能縮短隧道長度,節(jié)約造價。隧道豎向設計應考慮在道路與隧道敞口段相接處設置“駝峰”反坡形式,減少隧道匯水面積,對于不能設置時,考慮加強道路排水措施。

    根據(jù)《城市道路路線設計規(guī)范》隧道內最大縱坡不宜大于3 %,困難時不應大于5 %。根據(jù)實際經(jīng)驗,針對城市交叉口下穿隧道,需考慮行車舒適性、工程造價等多方面因素,縱坡宜取4.5 %左右,但受到限制條件時,可以取5 %。

    2.4 結構設計

    擋墻結構是普遍采用的一種形式,通過在基坑兩側設置擋土墻形成隧道敞口段,該種形式具有結構簡單、造價低、施工快、易于維護的特點,因此應用廣泛。但對于降雨量大,地下水位高、地質情況復雜的地區(qū)需慎重考慮,易出現(xiàn)擋墻側壁漏水,路基路面病害較多等問題。

    U形船槽結構也是普遍采用的另外一種形式,通常采用防水鋼筋混凝土澆筑U型船槽結構,底部及側面均放置防水材料。該結構常應用與地下水豐富、地質情況較差的地區(qū),能完全阻隔地下水的侵入,經(jīng)久耐用、結構可靠性高,當然該種結構投資較大,施工相對較復雜,必須考慮抗浮問題。

    敞口段結構形式應對用地、投資、地質、水文、景觀等情況綜合考慮,通常采用擋墻和U型船槽組合結構形式,在常水位以上采用普通擋墻并加強排水,以下采用U型船槽結構。用地條件允許,起點段可局部結合綠化采用基坑放坡形式,例如中山市博愛路與興中路交叉口下穿隧道。

    城市道路下穿隧道框架段一般采用箱體結構,結構設計過程中,必須考慮抗浮問題。

    隧道框架段和U型船槽段結構宜結合道路橫坡、超高設置,減少調平層混凝土量。U型船槽與擋墻路基銜接處應進行加固設計,設置搭板和過渡板,各層瀝青混凝土中鋪設玻纖格柵,緩解路面反射裂縫。隧道坡道瀝青混凝土中面層混合料應添加抗車轍劑。對于中、長及特長隧道,鋪裝采用瀝青混凝土時,應添加阻燃劑,例如成都市紅星路南延線下穿隧道,長2 115 m,上面層摻加5 %~8 %改性瀝青重量的阻燃劑,并要求阻燃改性瀝青氧指數(shù)OI≥23%。

    2.5 排水系統(tǒng)

    下穿隧道排水系統(tǒng)一般由雨水收集系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、泵站、出水管道等組成。近年,時常發(fā)生城市下穿隧道淹水情況,造成生命、財產(chǎn)重大損失,因此排水設計是隧道工程成功與否的關鍵。

    由于城市下穿隧道周圍用地緊張,部分隧道將泵房布置于地下,日常維護通過隧道檢修道進出,雖然表面上有效地解決了用地問題,但當遇到特大暴雨及突發(fā)事件時,隧道一旦淹水,勢必造成泵站機房進水,存在極大安全隱患。例如廣東沿海某下穿隧道,遭遇強降暴雨,外圍排水出口不暢,造成隧道及泵房均進水無法運行,排水出口疏通后,仍需其它抽水設備降水后才能對隧道水泵進行維修。

    因此,根據(jù)成都市近年來建設、管理部門經(jīng)驗,下穿隧道雨水重現(xiàn)期按P≥30年計取,通常采用地下設置集水池、地面設置泵房形式,泵站出水需建設獨立的雨水系統(tǒng)進入市政雨水干管、溝渠,保證出水通暢。

    2.6 附屬設施設計

    城市下穿隧道在滿足交通功能的同時,還需考慮其內外 建筑裝飾,與周邊環(huán)境協(xié)調,敞口段常采用花崗石貼面、浮雕貼面、油漆刷面等;框架段可采用防火漆頂、秀壁板內墻裝飾等。另外,隧道內照明、通風、監(jiān)控、消防可根據(jù)相關規(guī)范要求進行布置,建議相關機電設備與排水泵房結合設置,便于維護管理。

    3 結束語

    如今城市道路交叉口建設中,下穿隧道應用日益廣泛,也是應對城市交通的良好選擇之一。下穿隧道是城市交通的重要節(jié)點,在設計過程中應考慮全面、慎重對待,前期調查要詳細,在重視“結構”設計的同時,要認真分析功能需求,做好“平、縱、橫”、交通組織和排水設計的同時,也要注重細節(jié)處理,設計中要進行充分的方案比較,應盡量避免因設計考慮不周,帶來交通功能不足以及隧道相關病害出現(xiàn)。

    [1] 劉新民.城市汽車地下通道設計的幾點體會[J].城市道橋與防洪,2010,(2)

    [2] 蘇功軍.淺析城市下穿地道排水系統(tǒng)設計[J].城市道橋與防洪,2010,(3)

    [3] JTG D70-2004公路隧道設計規(guī)范[S]

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