市政下穿隧道與地鐵車站合建設(shè)計

葉至盛， 楊鳳梅

(1. 廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司， 廣東 廣州　510010； 2. 中國電建華東勘測設(shè)計研究院

有限公司， 浙江 杭州　310014)

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市政下穿隧道與地鐵車站合建設(shè)計

葉至盛1， 楊鳳梅2

(1. 廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司， 廣東 廣州510010； 2. 中國電建華東勘測設(shè)計研究院

有限公司， 浙江 杭州310014)

摘要：按照規(guī)劃，成都市一環(huán)路某下穿隧道與地鐵車站位于同一路由。簡要介紹下穿隧道的地理位置、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及隧道的平面、縱橫斷面、結(jié)構(gòu)類型等。重點介紹下穿隧道與地鐵車站的位置關(guān)系、結(jié)構(gòu)處理方式、設(shè)計施工要點等。為了解決2個工程分期建設(shè)造成工程浪費、施工風(fēng)險大和多次影響道路交通，以及先期工程未給后續(xù)工程預(yù)留施工條件，導(dǎo)致后續(xù)工程無法實施等問題，經(jīng)過方案比選，采用了隧道和車站空間“上下重疊”，隧道底板與車站頂板“共板”，隧道側(cè)墻與車站側(cè)墻“上下對齊”，2個工程同步設(shè)計、同步施工的合建方法，得出隧道與車站合建的設(shè)計施工方法是可行的，以期為今后類似工程設(shè)計提供借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：下穿隧道； 地鐵車站； 共板； 合建

0引言

目前，城市建設(shè)和軌道交通快速發(fā)展，這就必然導(dǎo)致兩者在特定位置產(chǎn)生交叉。如成都地鐵2號線中醫(yī)學(xué)院站與下穿隧道“十字交叉”[1-2]；成都地鐵3號線省體育館站、5號線青羊?qū)m站、7號線清江路口站與下穿隧道“上下重疊交叉”；無錫地鐵1號線長廣溪站站廳層北側(cè)與擬建下穿隧道合建，施工時預(yù)留遠(yuǎn)期下穿隧道實施條件；南寧地鐵1號線萬象城站與民族大道下穿青秀路隧道合建；鄭州地鐵5號線京廣南路站下穿既有市政隧道[3]等。

在國內(nèi)多個城市已出現(xiàn)地鐵車站站位與既有隧道、規(guī)劃隧道發(fā)生空間關(guān)系的情況[4]。國內(nèi)外對地鐵車站和市政下穿隧道位于同一路由的設(shè)計理念研究較多，但多為下穿隧道與地鐵車站分步設(shè)計、分期建設(shè)，以及新建地鐵車站設(shè)置在既有下穿隧道兩側(cè)或者通過礦山法下穿既有隧道的情況。而下穿隧道和地鐵車站在空間上“上下重疊”的合建方式可有效節(jié)約地下空間資源、避免分期建設(shè)造成工程浪費、減小工程風(fēng)險以及減少對道路交通的影響，具有廣闊的應(yīng)用前景和社會價值[5]。

本文通過對下穿隧道與地鐵車站合建設(shè)計過程中遇到的問題進(jìn)行分析研究，總結(jié)出市政下穿隧道與地鐵車站合建設(shè)計方法及其各種優(yōu)點。

1工程概況

該下穿隧道工程位于成都市武侯區(qū)一環(huán)路與人民南路交叉口，沿一環(huán)路呈東西向布置，下穿人民南路。一環(huán)路道路紅線寬50 m，雙向6車道；人民南路道路紅線寬64 m，雙向8車道。2條道路均為城市主干路，交通十分繁忙。下穿隧道已于2014年底通車。

1、3號線省體育館站為十字換乘車站。1號線車站已于2010年開通運營，在1號線車站施工時，已同步實施1、3號線換乘節(jié)點處長30.2 m、寬21.7 m的下穿隧道框架段結(jié)構(gòu)。3號線車站位于一環(huán)路與人民南路交叉路口處，沿一環(huán)路呈東西向布置。車站站位處規(guī)劃有下穿隧道，隧道線路方向與地鐵3號線線路方向一致，考慮到隧道與地鐵車站的線路平面關(guān)系以及豎向道路空間關(guān)系，經(jīng)過多種方案比選，決定將下穿隧道設(shè)于車站正上方，采用隧道底板與車站頂板“共板”的方式合建，以節(jié)約投資。目前，3號線車站正在建設(shè)過程中，預(yù)計2015年運營。隧道與車站的平面關(guān)系如圖1所示，空間關(guān)系如圖2所示，隧道和車站地處川西平原岷江水系Ⅰ級階地，為沖洪積地貌，地形平坦。

圖1　隧道與車站平面關(guān)系圖

Fig. 1Plane relationship between municipal tunnel and Metro station

2隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計原則

2.1主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)道路等級為城市主干路；

2)設(shè)計荷載為城-A級；

3)交通等級為重型交通；

4)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為15年；

5)設(shè)計車速為60 km/h；

6)隧道凈空≥5.0 m；

7)縱坡最大4.9%，橫坡為1.5%；

8)設(shè)計基本地震加速度值0.10g，設(shè)計特征周期0.45 s。

圖2　隧道與車站空間關(guān)系圖

Fig. 2Spatial relationship between municipal tunnel and Metro station

2.2設(shè)計原則

1)建筑結(jié)構(gòu)安全等級為一級，其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ=1.1。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計按地震烈度7度進(jìn)行抗震驗算并設(shè)防。

3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度控制在0.2 mm以內(nèi)。

4)結(jié)構(gòu)抗浮按最不利地下水位情況驗算。合建段隧道與地鐵車站連接為整體抗浮，非合建段隧道單獨抗浮。

5)結(jié)構(gòu)防水等級。隧道為二級，地鐵車站長度范圍內(nèi)的隧道為一級。下穿隧道的防水做法及要求參照地鐵車站。

6)抗?jié)B等級不低于P8。

7)結(jié)構(gòu)按一級耐火等級設(shè)計，耐火極限不小于2 h。

3隧道設(shè)計要點

3.1平面設(shè)計

下穿隧道全長443 m，沿一環(huán)路方向為一條直線，設(shè)計為雙向4車道，標(biāo)準(zhǔn)段總寬20.2 m，兩側(cè)輔道寬9.5 m，含2個機(jī)動車道及1個非機(jī)動車道。

西側(cè)擋墻段長80.5 m；西側(cè)U型槽段長92.5 m?？蚣芏伍L110 m，其中西端框架段長21.9 m；地鐵1號線省體育館站施工時同步建成的框架段長30.2 m；東端框架段長57.9 m。東側(cè)U型槽段長100 m；東側(cè)擋墻段長60 m。地鐵3號線省體育館站長217.95 m。

3.2縱斷面設(shè)計

隧道縱斷面采用“M”字坡，隧道出口接道路設(shè)置反向坡，以利于排水。隧道機(jī)動車道最大縱坡為4.9%。

3.3橫斷面設(shè)計

隧道橫斷面布置分為與地鐵合建段和非合建段。與地鐵3號線省體育館站合建的隧道框架段橫斷面如圖3所示。U槽段與車站合建與框架段類似，同樣采用“共板”的方式合建。與地鐵3號線省體育館站非合建的隧道U槽段橫斷面如圖4所示。

圖3隧道西端與車站合建框架段(單位： mm)

Fig. 3Cross-section of west section of municipal tunnel: integration of municipal tunnel and Metro station(mm)

圖4　隧道東端與車站非合建U槽段(單位： mm)

3.4結(jié)構(gòu)類型

下穿隧道共分為以下3種結(jié)構(gòu)： 混凝土擋土墻、鋼筋混凝土U槽和鋼筋混凝土框架。

3.4.1框架結(jié)構(gòu)

隧道框架部分設(shè)計結(jié)構(gòu)形式為單箱雙室整體框架鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

新建框架段全高7.1～7.5 m，內(nèi)部凈高5.5～6 m，頂板最厚覆土約為1.7 m，箱體側(cè)面2孔凈寬9(9.85)m，外側(cè)墻厚0.8m，中隔墻厚0.6 m，頂板厚0.7 m，底板厚度設(shè)計為0.8 m。

1號線已建框架全高6.64～7.18 m，內(nèi)部凈高5.34～5.88 m，頂板最厚覆土約為1.7 m，箱體側(cè)面2孔凈寬9.95 m，外側(cè)墻厚0.7 m，中隔墻厚0.4 m，頂板厚0.7 m，底板厚度設(shè)計為0.6 m，底板下方為1號線省體育館站軌行區(qū)。

3.4.2U槽結(jié)構(gòu)

U槽采用兩側(cè)帶有立式懸臂的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3.4.3擋土墻結(jié)構(gòu)

在地下水位以上部分節(jié)段，布置重力式混凝土擋土墻。

4隧道與地鐵空間關(guān)系及結(jié)構(gòu)處理方式

4.1隧道與地鐵空間關(guān)系

1號線省體育館站為地下2層島式車站，負(fù)1層為站廳層，負(fù)2層為站臺層，負(fù)1層站廳被已實施的下穿隧道框架段結(jié)構(gòu)隔開，成為南北2個分離式站廳。3號線省體育館站為地下3層島式車站，負(fù)1層為下穿隧道，負(fù)2層為站廳層，負(fù)3層為站臺層。下穿隧道西端U槽段、框架段的底板與車站頂板共板，如圖5所示。

圖5　西端與車站結(jié)合框架段

4.2結(jié)構(gòu)處理方式

1)隧道底板與3號線車站共用結(jié)構(gòu)板長度為114.5 m，寬度為21.9 m，坡度為 4.9%(見圖6)。由于下穿隧道底板直接與外界雨水接觸，為防止隧道內(nèi)的水通過隧道底板滲漏進(jìn)入地鐵車站站廳層，在“共板”范圍內(nèi)加設(shè)纖維類添加劑，摻量為0.9 kg/m3，以提高混凝土抗裂性和耐久性。結(jié)構(gòu)計算時分別按《地鐵設(shè)計規(guī)范》和相關(guān)市政道橋設(shè)計規(guī)范進(jìn)行驗算，并進(jìn)行地鐵車站、隧道單體、車站與隧道合建等不同結(jié)構(gòu)形式變形協(xié)調(diào)的計算分析[6-7]。經(jīng)計算分析，得出共板段板厚設(shè)計為0.8 m。

圖6　隧道與車站“共板”(單位： mm)

Fig. 6Floor slab of municipal tunnel used as roof slab of Metro station concurrently(mm)

2)與地鐵3號線省體育館站合建的隧道框架段、U槽段橫斷面寬為21.9 m，較非合建段寬20.2 m增加了1.7 m，目的是為了使下穿隧道側(cè)墻與地鐵車站側(cè)墻豎向“上下對齊”，以利于結(jié)構(gòu)受力，避免隧道側(cè)墻直接落于頂板上引起局部應(yīng)力集中、抗剪能力較差。經(jīng)計算分析，得出隧道側(cè)墻和車站側(cè)墻厚度為0.8 m。同時，增加的寬度可作為設(shè)備安裝及管線敷設(shè)空間使用。

5隧道與地鐵合建段設(shè)計要點

1)由于下穿隧道位于3號線車站正上方，為節(jié)約道路資源，避免分期建設(shè)造成工程浪費，隧道西端與車站結(jié)合段同步設(shè)計、同步施工是經(jīng)濟(jì)合理的。

2)1號線省體育館站目前已開通運營，其中與1號線相交部分的下穿隧道框架段已在1號線車站施工時同步建設(shè)完成，新建隧道的框架段與1號線已建成部位同寬，順接已建成的框架結(jié)構(gòu)，做好新舊結(jié)構(gòu)間連接的處理。對既有結(jié)構(gòu)的破除要求采用靜力切割(繩鋸)，同時加強(qiáng)對已運營1號線車站的監(jiān)測。在設(shè)計和施工時，明確和已運營1號線的相互關(guān)系、保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及安全措施。

3)在地鐵3號線省體育館站施工時，為保證交通疏解的需要，在隧道西端U槽段上方架設(shè)臨時路面體系，由結(jié)構(gòu)梁板柱及路面鋪裝層組成，在下穿隧道通車前，將其鑿除，可最大程度減少對交通的影響。

4)3號線省體育館站為地下3層島式車站，負(fù)1層為下穿隧道，負(fù)2層為站廳層，負(fù)3層為站臺層。由于覆土較少、地下水位較高等原因，經(jīng)計算得出，合建段結(jié)構(gòu)不滿足抗浮計算，故在車站底板增設(shè)抗拔樁以滿足抗浮要求。非合建段的下穿隧道U槽段利用底板兩側(cè)外伸的腳趾抗浮，框架段利用圍護(hù)樁及抗浮壓頂梁滿足抗浮要求。

5)下穿隧道與地鐵3號線省體育館站合建，建議采用工程費用分?jǐn)傇瓌t。車站與下穿隧道共用頂板的工程量，由車站和下穿隧道均攤，各占一半；整個基坑的圍護(hù)樁及土石方的工程量，以下穿隧道底板為界，底板以上的部分計入下穿隧道的工程量，底板以下的部分計入車站的工程量；運營維護(hù)費用需分別計列。

6施工結(jié)果

3號線省體育館車站主體結(jié)構(gòu)從2012年12月18日動工，采用明挖法，于2013年7月31日完成，下穿隧道西端與地鐵車站同步施工完成。下穿隧道與車站非合建段從2013年11月1日開始動工，歷時1年零1個月時間，于2014年12月31日正式通車(見圖7)。

圖7　下穿隧道通車照片

7結(jié)論與建議

目前，城市建設(shè)快速發(fā)展，國內(nèi)多個城市已出現(xiàn)地鐵車站站位與既有隧道、規(guī)劃隧道發(fā)生空間關(guān)系的情況。當(dāng)城市規(guī)劃同一位置有下穿隧道和地鐵車站的情況，建議兩者合建、同步設(shè)計、同步施工，可有效節(jié)約道路資源，避免分期建設(shè)造成工程浪費，減少地鐵車站采用“礦山”等工法下穿既有隧道帶來的工程風(fēng)險，減少對道路交通的影響，以及由于先期工程未給后續(xù)工程留好條件，導(dǎo)致后續(xù)工程無法實施等情況，具有廣闊的應(yīng)用前景和社會價值。

本文重點研究車站與隧道空間“上下重疊”、同步設(shè)計、同步實施的情況，建議可進(jìn)一步研究車站與隧道“正交、斜交”、分步設(shè)計、分步實施的情況。若車站先

實施，研究如何預(yù)留后期下穿隧道實施條件；若隧道先實施，研究如何預(yù)留后期車站實施(礦山法通過)條件等，以及橋梁、地下空間等市政工程與地鐵工程合建的設(shè)計施工方法。還可以進(jìn)一步研究隧道和車站合建后的運營維護(hù)責(zé)任及費用分擔(dān)等問題。

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Case Study on Integration of Municipal Tunnel and Metro Station

YE Zhisheng1, YANG Fengmei2

(1.GuangzhouMetroDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510010,Guangdong,China;

2.PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou310014,Zhejiang,China)

Abstract:A municipal tunnel in Chengdu, China is planned to be on the same path of a Metro station. In the paper, the location, main technical standards, plane route, longitudinal profile and structural feature of the municipal tunnel are presented, and the relationship between the municipal tunnel and the Metro station, the structure of the municipal tunnel and the key points in the design and construction of the municipal tunnel are highlighted. The scheme of integrating the municipal tunnel into the Metro station is adopted after comparison and analysis. The municipal tunnel is constructed on the top of the Metro station, with the floor slab of the municipal tunnel used as the roof slab of the Metro station concurrently and the side wall of the municipal tunnel being at the same vertical position as that of the Metro station. The municipal tunnel and the Metro station are designed and constructed at the same time. The municipal tunnel has been completed and opened to traffic successfully. The practice shows that it is feasible to integrate the municipal tunnel into the Metro station.

Keywords:integration of municipal tunnel and Metro station; integrated design; integrated construction; shared slab

中圖分類號：U 452.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1672-741X(2015)12-1301-05

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2015.12.011

作者簡介：第一 葉至盛(1985—)，男，四川成都人，2008年畢業(yè)于四川理工學(xué)院，土木工程專業(yè)，本科，工程師，主要從事地鐵車站、區(qū)間及市政工程設(shè)計工作。

收稿日期：2015-03-24; 修回日期: 2015-10-16