城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

李 輝

(1.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執(zhí)法局，安徽 淮南 232001)

城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

李 輝1,2

(1.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執(zhí)法局，安徽 淮南 232001)

結(jié)合淮南市城市車行隧道實例,闡述了隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法,提出了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工措施，以供相關(guān)技術(shù)人員參考借鑒。

城市隧道，結(jié)構(gòu)設(shè)計，技術(shù)要求

1 項目概況

淮南市中央公園下穿隧道為長距離淺埋式隧道，隧道建筑長度為1 135 m。其中暗埋段長775 m，敞開段長360 m。全線隧道分為敞開段、暗埋段、敞開段的結(jié)構(gòu)布置。暗埋段采用單箱雙室結(jié)構(gòu)。

2 隧址區(qū)地質(zhì)概況

3 隧道橫斷面設(shè)計

隧道主洞限界凈寬14.50 m,行車道凈高5.0 m，人行道凈高2.5 m，采用壁龕式局部加高矩形隧道內(nèi)凈空高度。為了確保隧道的巡查、維修、救援的安全，隧道設(shè)置了2處人行橫洞，凈寬2.0 m，凈高2.5 m，采用直墻式斷面。隧道含敞口段長度超過1 km，根據(jù)消防部門意見，隧道中部設(shè)置1處車行橫洞。車行橫洞采用凈寬4.0 m，凈高4.5 m直墻式斷面。

4 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道主體結(jié)構(gòu)物按永久性建筑物設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮施工階段投資節(jié)省、進度符合要求并滿足施工工藝的要求，使用階段結(jié)構(gòu)安全可靠、運用維修經(jīng)濟節(jié)省，按照承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，進行承載力、穩(wěn)定、變形、抗浮、抗裂及裂縫寬度等方面的檢算。結(jié)構(gòu)設(shè)計按人防Ⅵ級的抗力標(biāo)準(zhǔn)進行驗算。

1)結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度γ=26 kN/m3。

2)活荷載：汽車荷載采用“BZZ-100”荷載。

3)人群荷載采用3.5 kN/m2。

4)地面超載：按20 kPa計算，并考慮擴散后作用在地下結(jié)構(gòu)上。對于下穿道路的段落，道路荷載按“BZZ-100”荷載計算，并考慮擴散后作用在地下結(jié)構(gòu)上。

5)地震荷載：按7度地震設(shè)防，采用等代靜荷載法，包括：結(jié)構(gòu)本身、結(jié)構(gòu)上方土柱的慣性力以及側(cè)向土壓力的增量。

6)人防荷載：Ⅵ 級。

7)隧道施工引起的地面變形和沉降控制標(biāo)準(zhǔn)：地面變形沉降量控制在20 mm以內(nèi)，隆起量控制在10 mm以內(nèi)。

8)防水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度控制在0.2 mm以內(nèi)。

9)隧道結(jié)構(gòu)一般進行橫斷面方向的受力計算，遇到覆土荷載沿隧道縱向有較大的變化或基底地層或基礎(chǔ)有顯著差異情況時，則應(yīng)對其縱向強度和變形進行分析。

10)結(jié)構(gòu)的安全等級為一級。按荷載效應(yīng)基本組合進行承載能力計算時重要性系數(shù)取γ0=1.1。

11)結(jié)構(gòu)防水等級及標(biāo)準(zhǔn)：隧道防水等級為二級。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)基坑的保護等級和允許變形的控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制基坑開挖引起的地面沉降量和水平位移，防止過量的地面變形對周圍建筑及地下構(gòu)筑物和市政管線造成危害。

隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)置環(huán)向施工縫及縱向變形縫，均采用PVC背貼式止水帶加中埋式橡膠止水帶，兩道防水，且嵌縫材料要求防水。變形縫間距在25 m～40 m。另外在地基有較大差異處，在結(jié)構(gòu)截面有顯著變化處必須設(shè)置變形縫。

5 洞門設(shè)計

在考慮盡量少刷坡和隧道“早進洞、晚出洞”的要求下，隧道南北兩端洞門均選擇接長明洞設(shè)置城墻式洞門,U形槽兩側(cè)邊墻采用浮雕進行裝飾，以利于今后植被恢復(fù)及洞口景觀設(shè)計。洞門設(shè)計可以根據(jù)最終景觀設(shè)計的要求進行適當(dāng)修改。

設(shè)計采用三維固土網(wǎng)植草綠化方式進行隧道洞口的邊坡及仰坡防護，臨時仰坡根據(jù)地質(zhì)勘察報告采用錨、網(wǎng)、噴混凝土進行防護。隧道洞口邊仰坡施工時，開挖后應(yīng)及時按設(shè)計施作防護，隧道進洞開挖前，必須完成洞口管棚及洞頂排水設(shè)施，以保證邊仰坡的穩(wěn)定、安全。

6 特殊洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)明洞工程:為了減少路基開挖形成的高邊坡等病害對隧道口的威脅，以及城市隧道洞口景觀設(shè)計的需要，本隧道兩端洞口均設(shè)置了明洞一般襯砌，明洞采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。全隧道右線共設(shè)置明洞129 m。

2)洞身淺埋段暗挖處理:隧道南端左右線洞口段埋深較淺，地質(zhì)較差，施工時，洞口段采用超前大管棚作為超前支護，洞內(nèi)采用小導(dǎo)管作為超前支護，盡量減少對圍巖的擾動。

3)洞身下穿人防通道段處理:本隧道需穿越已建人防通道，隧道的修建必須保證人防通道的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。本次設(shè)計主要考慮加強初期支護，控制圍巖變形。施工時，采用臺階分步法開挖，爆破采用預(yù)裂爆破技術(shù)，做到“短進尺、弱爆破、勤量測”。

4)隧道洞口左右線小間距段的處理:本隧道受線形控制的影響，左右線進出口段間距較小，不滿足規(guī)范規(guī)定的普通分離式隧道要求,設(shè)計時通過計算分析以及參考相關(guān)工程經(jīng)驗，決定對此段隧道結(jié)構(gòu)不做特殊加強，施工可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，保證左右隧道開挖掌子面間距20 m～30 m(可根據(jù)量測實際情況調(diào)整)，并加強隧道監(jiān)控量測，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全。

7 結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計

抗浮計算考慮施工期和運營期結(jié)構(gòu)抗浮最不利工況進行穩(wěn)定性驗算?？紤]基坑圍護采用放坡方案，計算均不考慮側(cè)壁摩阻力，U形槽及暗埋段抗浮安全系數(shù)不小于1.10；湖底段不小于1.15。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，抗浮驗算地下水位取地面以下1 m，湖中段結(jié)構(gòu)水位按最大蓄水高度計算。經(jīng)計算，除湖底暗埋段外，其他暗埋段均能滿足自抗浮要求。隧道敞開段長360 m，經(jīng)計算大部分敞開段結(jié)構(gòu)在地下水位恢復(fù)后存在抗浮能力不足問題。設(shè)計按湖底段抗浮系數(shù)不小于1.15，敞口段抗浮系數(shù)不小于1.1考慮，采用鉆孔灌注樁做抗拔樁來滿足抗浮要求，即在結(jié)構(gòu)下設(shè)置不同數(shù)量和深度的鉆孔灌注樁。

8 結(jié)構(gòu)工程材料

主體結(jié)構(gòu)采用C35防水鋼筋混凝土(抗?jié)B等級P8)，抗拔樁采用C35鋼筋混凝土，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋HRB335，抗拔樁鋼筋HPB235，HRB335。

9 注意事項

1)施工單位在施工前應(yīng)仔細閱讀設(shè)計文件，隧道施工必須嚴(yán)格執(zhí)行JTJ 042—94公路隧道施工技術(shù)規(guī)范的各項規(guī)定要求。2)本隧道南端洞口段地質(zhì)條件較差，埋深淺，施工前應(yīng)先做好邊仰坡防護，確保其穩(wěn)定，方可進行主洞開挖，施工時若發(fā)現(xiàn)其與設(shè)計不符，應(yīng)在研究處理過后，方可重新施工，以確保施工安全。3)復(fù)合式襯砌施工時，必須嚴(yán)格執(zhí)行圍巖的監(jiān)控量測程序，并以圍巖的監(jiān)控量測信息指導(dǎo)設(shè)計與施工，修正圍巖預(yù)留變形量。修正設(shè)計參數(shù)應(yīng)注意以下事項：首先，根據(jù)一個斷面的量測信息結(jié)果，進行設(shè)計參數(shù)修正，只適用于該斷面前后不大于5 m的同級圍巖地段；其次，隧道較長地段同類圍巖設(shè)計參數(shù)的修正，特別是降低設(shè)計參數(shù)，必須不少于三個斷面的量測信息為依據(jù)。按修正后的設(shè)計參數(shù)進行開挖的地段，其設(shè)計參數(shù)的正確性和合理性仍應(yīng)根據(jù)量測信息分析予以驗證。4)初期支護鋼支撐與圍巖應(yīng)密貼，超前導(dǎo)管以下和開挖輪廓之間局部掉塊必須用噴射混凝土充填密實。5)初期支護中，根據(jù)圍巖量測結(jié)果，分4層～6層噴射混凝土，在先期噴射混凝土表面發(fā)現(xiàn)有束流地下水處，采用Ω彈簧排水管貼面排水，并在排水管外周低壓噴射混凝土及時封閉，使其與隧道襯砌墻腳縱向排水管連通，要求初期支護完成后，表面基本無滲漏現(xiàn)象，才能進行防水層的施工。6)隧道施工時必須作好后期各種設(shè)備預(yù)埋件的埋設(shè)工作。7)隧道施工必須嚴(yán)格按照J(rèn)TJ 076—95公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，要求安全施工，避免傷亡和設(shè)備受損。

10 混凝土監(jiān)測與控制措施

1)隧道運營期間養(yǎng)護參照J(rèn)TG H12—2003公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

2)在結(jié)構(gòu)內(nèi)重點部位分別設(shè)置不同預(yù)埋式耐久性無損監(jiān)測傳感系統(tǒng)(腐蝕監(jiān)測傳感器及其測讀器)。

[1] 李 剛,黎 丁.廣州城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計與景觀優(yōu)化探討[J].山西建筑,2010，36(11)：57-59.

[2] 張 京,胡 鵬,李國峰.城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2014(S1)：95-97.

[3] 王中岳.軌道車站及地下空間行人仿真模型速度研究[A].面向低碳經(jīng)濟的隧道及地下工程技術(shù)——中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會隧道及地下空間運營安全與節(jié)能環(huán)保專業(yè)委員會第一屆學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2010.

[4] 張季超,劉 晨,劉茂龍,等.廣州珠江新城地下空間關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[A].第19屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集(第Ⅰ冊)[C].2010.

[5] 陳七林.城市連拱隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工要點[J].福建建筑，2011(5)：83-85.

The urban tunnel structure design examples

Li Hui1,2

(1.AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001,China；2.HuainanAdministrativeLawEnforcementBureau,Huainan232001,China)

Taking Huainan city urban tunnel as an example, expounds content and method of tunnel structure design, structure design and construction measures are proposed, to serve as a reference for technical personnel.

city tunnel, structure design, technical requirements

2015-03-26

李 輝(1970- )，男，在讀工程博士

1009-6825(2015)16-0195-02

U459

A