淺析城市交叉口下穿隧道影響因素及對策

王晉

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

淺析城市交叉口下穿隧道影響因素及對策

王晉

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

以成都中環(huán)龍興隧道工程為例，針對影響城市下穿隧道項目建設(shè)的控制因素進行闡述，并結(jié)合近年來城市下穿隧道建設(shè)情況，提出在城市下穿隧道項目設(shè)計過程中應著重考慮的控制條件及對策。

交叉口；下穿隧道；影響因素

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市機動車保有量呈爆發(fā)式增長，原有道路網(wǎng)絡(luò)已遠遠不能滿足交通出行需求，城市交通設(shè)施面臨巨大的壓力。針對上述情況，很多大城市均提出多項緩堵保暢措施，歸納起來主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是加快城市道路建設(shè)，提高城市路網(wǎng)密度，完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高城市管理水平；另一方面是針對現(xiàn)有道路進行升級改造，充分利用已有交通設(shè)施提高道路通行能力及服務(wù)水平，其中對現(xiàn)有交叉口的改造是城市道路功能提升的重要途徑。道路交叉口是城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，也是道路交通的瓶頸，對交叉口的處理方式是否合理直接關(guān)系到相交道路乃至區(qū)域路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮。在城市路網(wǎng)趨于飽和的情況下，對交叉口進行立體化改造能取得立竿見影的效果。下穿隧道由于具有機動車不受干擾、快速通過、地面仍保留原有交通轉(zhuǎn)化功能、對周邊景觀影響較小等優(yōu)點，成為交叉口立體化改造的重要形式[1]。但是城市老城區(qū)用地普遍緊張，城市發(fā)展中地鐵、電力等多項基礎(chǔ)設(shè)施均需利用現(xiàn)有道路走廊，處理好下穿隧道建設(shè)與這些制約因素的關(guān)系，這是此類改造項目的重點和難點。

本文結(jié)合筆者在成都中環(huán)龍興隧道設(shè)計過程中的工程實例，分析城市下穿隧道建設(shè)的影響因素及對策措施。

1 項目概況

中環(huán)龍興隧道位于成都市錦江區(qū)中環(huán)路與龍興大道交叉節(jié)點，沿中環(huán)路方向下穿龍興大道，呈西南—東北走向，定位為城市主干路，工程范圍長約570 m，其中隧道暗埋段長130 m。

成都中環(huán)路是介于二環(huán)高架路與三環(huán)快速路之間的準環(huán)狀道路，龍興大道為放射性進出城通道，兩條道路均為雙向6車道城市主干路，設(shè)計車速 50 km/h，道路紅線寬度 40 m。目前，龍興大道及該段中環(huán)路交通壓力較大。該節(jié)點現(xiàn)狀為平交路口，高峰期經(jīng)常出現(xiàn)擁堵，受限于鐵路橋等因素，道路交通組織極為困難，路口四周路段特別是鐵路橋經(jīng)常出現(xiàn)大量擁塞車輛，不僅使該區(qū)域進出城交通不暢，成為中環(huán)線城東方向的交通瓶頸，同時也對鐵路橋的安全造成了一定影響。因此對該節(jié)點進行改造，修建下穿隧道，使東西向交通順暢，龍興大道截流功能減弱，地面左右轉(zhuǎn)向交通將便于組織。

2 項目影響因素

龍興隧道沿中環(huán)路實施，對該項目實施以及交通組織產(chǎn)生影響的主要有交叉口西北角的居民小區(qū)、東北角的四川師范大學、中環(huán)路南側(cè)基本平行于中環(huán)路的成昆鐵路、與交叉口相接的龍興大道跨成昆鐵路橋。

以上控制條件均為城市建成區(qū)下穿隧道建設(shè)項目在用地方面常見的限制條件。隨著設(shè)計工作的深入，發(fā)現(xiàn)對下穿隧道影響較大的還有沿中環(huán)路的電力隧道以及遠期規(guī)劃沿龍興大道的成都地鐵13號線。由此可見，影響該項目建設(shè)的不僅有平面用地的限制，還有電力隧道及地鐵豎向空間的限制。

2.1 成昆鐵路

該項目影響范圍內(nèi)成昆鐵路平行于中環(huán)路。成昆鐵路以路塹的形式基本平行于中環(huán)路，中環(huán)路高程約為521～523 m，成昆鐵路高程約為512～514 m?，F(xiàn)有龍興大道跨成昆鐵路橋位于該節(jié)點南側(cè)，橋臺距離交叉點僅30 m。

鐵路路塹存在多年，其邊坡為自然坡，植被覆蓋率高，能夠長期自穩(wěn)。由于南側(cè)鐵路路塹邊坡的存在，隧道基坑開挖應避免擾動鐵路路塹。龍興大道跨成昆鐵路橋距離交叉點較近，交叉點位于隧道基坑最深位置，施工期間需采取合理的支護方式嚴格控制對橋梁的影響，保障鐵路運營安全。

2.2 中環(huán)路電力隧道

該節(jié)點規(guī)劃有2.2 m×2.0 m（寬×高）電力隧道。隧道主線部分沿中環(huán)路布設(shè)，位于該項目隧道南側(cè)，全長約682.5 m；沿龍興大道為支線隧道，長約55.2 m。電力隧道主線與支線在該節(jié)點范圍內(nèi)十字交叉，設(shè)置一個十字井，電力隧道支線從市政隧道下方穿越后與龍興大道西側(cè)現(xiàn)有電力隧道順接。

2.3 地鐵13號線

根據(jù)成都地鐵規(guī)劃，遠期規(guī)劃地鐵13號線線位沿南北向龍興大道布設(shè)，與中環(huán)龍興隧道呈平面交叉關(guān)系，但由于是遠期規(guī)劃，地鐵具體位置現(xiàn)階段還不能確定。該節(jié)點北側(cè)約240 m位置為地鐵7號線與13號線的換乘站，7號線站點已完成建設(shè)，因此根據(jù)地鐵最大縱坡 30‰的限制，13號線在 240 m范圍高程調(diào)整余地不大。

2.4 施工期間交通組織

中環(huán)路作為成都環(huán)狀路網(wǎng)的重要一環(huán)，該節(jié)點交通壓力較大。項目施工期間不能完全將中環(huán)路阻斷施工，設(shè)計過程中需綜合考慮施工工期、施工難度及項目建設(shè)的社會影響來制定施工期間的交通組織方案。

2.5 其他

該節(jié)點早期即規(guī)劃為下穿隧道，因此本次工程范圍內(nèi)除交通信號燈光纜外其他管線均未敷設(shè)，在工程范圍外已設(shè)置雨污水管及電力淺溝，該工程范圍內(nèi)管線敷設(shè)后與兩側(cè)既有管線連接。

3 工程方案

3.1 橫斷面設(shè)計

城市交叉口下穿隧道一般采用矩形結(jié)構(gòu)，在滿足車輛行駛安全舒適的前提下還應滿足防災、運營設(shè)備布設(shè)、美觀及方便檢修等諸多要求。隧道橫斷面一般由側(cè)墻、中墻、車行道、路緣帶、余寬、檢修道、排水邊溝、裝飾層組成。

根據(jù)龍興隧道的功能定位及交通量預測分析，采用雙向6車道斷面形式，其中隧道段采用雙向4車道，兩側(cè)各設(shè)置7 m寬地面輔道。

敞口段斷面形式：3.75 m（人行道）+7.0 m（輔道）+18.5 m（主線）+7.0 m（輔道）+3.75 m（人行道）= 40 m。

框架段斷面形式：0.8 m（側(cè)墻）+0.15 m（裝飾層）+0.75 m（檢修帶）+7.25 m（機動車道）+0.25 m（側(cè)向余寬）+0.15 m（裝飾層）+0.6 m（中墻）+0.15 m（裝飾層）+0.25 m（側(cè)向余款）+7.25 m（機動車道）+ 0.75 m（檢修帶）+0.15 m（裝飾層）+0.8 m（側(cè)墻）=19.3 m。

3.2 平面設(shè)計

隧道的平面線形原則上采用直線，避免曲線，并且隧道洞口連接段應與路線線形相協(xié)調(diào)，技術(shù)指標應符合路線布設(shè)及總體設(shè)計的相關(guān)規(guī)定。該項目范圍內(nèi)，中環(huán)路線形為直線，完全滿足隧道平面線形布置要求。

中環(huán)路北側(cè)地塊開發(fā)程度較高，南側(cè)為鐵路，用地限制較為嚴格。為了盡量利用現(xiàn)狀道路，避免突破規(guī)劃道路紅線，同時避繞各種控制條件，本次設(shè)計主線中心線與道路現(xiàn)狀中心線重合。

地面輔道寬度為7 m，路口段通過局部壓縮人行道的方式，將進口道拓寬至 8.75 m（3 m左轉(zhuǎn)及掉頭車道 +3.25 m直右車道 +2.5 m非機動車道 =8.75 m）。

3.3 縱斷面設(shè)計

縱斷面設(shè)計中控制因素較多，主要涉及到隧道埋深、結(jié)構(gòu)尺寸、車道凈空、過路管線及覆土厚度幾個因素[2]。該項目由于隧道下方還有電力隧道及地鐵13號線穿越，還需綜合考慮以上兩個控制因素對縱坡設(shè)計的影響。

根據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》（CJJ 193—2012），隧道的道路最大縱坡不宜大于3.0%，困難時不應大于5.0%[3]。結(jié)合實際經(jīng)驗，針對城市交叉口下穿隧道，考慮到行車舒適性和工程造價等多方面因素，該項目最大縱坡取4.5%。輔道縱坡結(jié)合兩側(cè)地塊開發(fā)情況與原中環(huán)路縱坡保持一致。

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—2012），機動車道最小凈高4.5 m[4]，結(jié)合實際建設(shè)、使用經(jīng)驗，隧道內(nèi)凈高在條件允許的情況下適當加大。除此之外，還需要考慮道路遠期加鋪罩面預留一定余高，同時還需考慮隧道通風、照明、裝飾、交通設(shè)施等空間。因此，該項目隧道車道凈空采用5 m，結(jié)構(gòu)凈高采用5.5 m。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)總體設(shè)計要求，隧道為雙向4車道，單箱雙室結(jié)構(gòu)，隧道總長380 m，其中樁號K0+220～K0+350范圍130 m為暗埋段，其余為敞開段。

隧道箱室沿道路縱向劃分為若干個節(jié)段，每節(jié)段長20～25 m。各節(jié)段間設(shè)置榫槽、剪力筋等構(gòu)造以減小和調(diào)整不均勻沉降。暗埋段采用鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，敞開段采用U形斷面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.5 支護設(shè)計

基坑支護根據(jù)基坑開挖深度以及周邊環(huán)境條件，確定基坑安全等級。該工程隧道基坑最大開挖深度約為11 m，依據(jù)現(xiàn)有的基坑施工方法、地質(zhì)情況，結(jié)合擬建場地周邊的實際情況，參考當?shù)爻墒斓氖┕そ?jīng)驗，該工程基坑方案采用放坡開挖、鉆孔灌注樁的圍護方案。

考慮基坑為狹長形基坑，設(shè)置管井井點結(jié)合輕型井點進行施工期間降水，保證基坑施工期間地下水位處于坑底0.5～1 m以下。同時降水也為主體隧道結(jié)構(gòu)的施工提供良好施工環(huán)境。

3.6 排水設(shè)計

隧道內(nèi)兩側(cè)設(shè)置邊溝及雨水收水口，收集地道兩端敞開段路面、側(cè)壁雨水及入滲地下水，匯流至地道最低點，然后通過雨水管道接入隧道雨水泵站，經(jīng)泵站提升后單獨敷設(shè)管道排河。

4 項目影響因素的對策措施

4.1 成昆鐵路

該項目南側(cè)紅線外約5 m范圍為鐵路用地，鐵路設(shè)置隔離墻，鐵路以路塹形式位于中環(huán)路南側(cè)。

根據(jù)地勘報告揭露該項目均處于膨脹土發(fā)育地區(qū)，對此成都市建設(shè)工程施工安全監(jiān)督站專門出臺相關(guān)文件，文件中明確規(guī)定：（1）處于膨脹土分布區(qū)域基坑，場地屬三級階地的，不得使用錨索（桿）作為基坑支護體系受力構(gòu)件。（2）處于膨脹土分布區(qū)域基坑，場地屬三級階地的，護壁樁凈間距不大于 800 mm。因此，該工程船槽開挖應采用排樁支護體系，以確保船槽基礎(chǔ)施工期間的安全。

隧道南側(cè)基坑原設(shè)計采用放坡結(jié)合土釘支護的圍護方式，但根據(jù)地勘報告揭露，該項目處于膨脹土發(fā)育地區(qū)，因此南側(cè)基坑采用鉆孔樁+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)形式。對于南側(cè)紅線以外的現(xiàn)有4 m高左右自然邊坡，應著重做好坡面防護及施工期間雨水收集工作，擬采用在坡頂設(shè)置截水溝、坡面噴混凝土硬化、坡底設(shè)置集水井，并配置足夠數(shù)量的抽水泵，制訂雨季施工預案等措施，保證隧道邊坡自身穩(wěn)定性，從而能夠保證基坑安全。

中環(huán)路及龍興大道交叉口位置，隧道南側(cè)邊線距離龍興大道跨線橋橋臺的最小凈距約 5 m。該段南北側(cè)圍護結(jié)構(gòu)均采用鉆孔灌注樁并設(shè)置三道內(nèi)支撐，保證施工期間跨線橋的運營安全。

4.2 中環(huán)路電力隧道

中環(huán)路及龍興大道均規(guī)劃有2.2 m×2.0 m（寬×高）電力隧道。中環(huán)路電力隧道為主線，沿隧道南側(cè)布設(shè)。電力隧道在下穿隧道范圍內(nèi)十字交叉。龍興大道電力隧道為支線，支線下穿市政隧道后，沿龍興大道西側(cè)布設(shè)。

電力隧道在隧道敞口段高程與市政隧道關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同路段電力隧道與市政隧道位置關(guān)系圖（單位：mm）

市政隧道大部分基坑深度與電力隧道接近，電力隧道主線支線交叉處由于支線需從市政隧道下方穿越，因此該段電力隧道基坑深于市政隧道。由于兩隧道最小凈距僅為0.6 m，因此該項目實施過程中兩隧道基坑同時進行設(shè)計和施工，以降低工程風險，減小工程之間協(xié)調(diào)難度，節(jié)約工程造價。

由于該項目隧道與電力隧道建設(shè)分屬不同的業(yè)主，因此還存在施工界面劃分的問題。原則上電力隧道深于市政隧道的路段，市政隧道將電力隧道納入自身支護范圍以內(nèi)一并支護，電力隧道實施后回填至電力隧道頂端；電力隧道淺于市政隧道的路段，基坑回填及支護均由市政隧道統(tǒng)一考慮。

該段基坑安全等級定義為一級，擬采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)方式。該方案圍護結(jié)構(gòu)剛度大，基坑變形小，基坑安全更有保障，且內(nèi)支撐不占用基坑外側(cè)空間，對管線及周邊地下建筑物影響小。

4.3 地鐵13號線

地鐵13號線規(guī)劃走向沿龍興大道布設(shè)，但由于是遠期方案，最終地鐵線位不能確定，地鐵單位僅提供控制范圍作為該項目的邊界條件，因此該項目的實施也只能從豎向高程上給13號線預留空間。

13號線線位范圍及兩側(cè)各20 m的控制范圍，基本覆蓋了龍興隧道暗埋段的全段。地鐵單位要求控制區(qū)域內(nèi)任何構(gòu)筑物（錨桿、錨索、維護樁等臨時設(shè)施）的高程不得低于507.50 m。

隧道暗埋段最低點標高為514.11 m，地鐵控制范圍內(nèi)灌注樁底標高最深為509.00 m，能夠滿足地鐵13號線的高程控制要求。中環(huán)路電力隧道主線支線在該節(jié)點處有十字井，且位于暗埋段下方樁號K0+245位置，該處灌注樁底標高為510.00 m。電力隧道凈空2.2 m×2.0 m（寬×高），結(jié)構(gòu)厚度及墊層總高2.8 m，由此得出電力隧道最低點高程已達507.20 m，不能滿足地鐵預留的要求。

在設(shè)計過程中，與電力隧道設(shè)計單位協(xié)調(diào)，電力部門及地鐵單位將電力隧道主線緊貼市政隧道結(jié)構(gòu)實施，十字井平面位置向西偏移約30 m，龍興大道電力隧道支線也隨之調(diào)整線位。這樣調(diào)整優(yōu)點有三點：一是電力隧道與市政隧道一并考慮基坑開挖及支護，以節(jié)約投資；二是將電力隧道十字井位置移出地鐵控制范圍，避免與地鐵在高程上的沖突；三是向西偏移電力隧道，直線從市政隧道的敞口段下方穿越，電力隧道高程可提高，減少土方及支護的工程量。圖2為電力隧道與地鐵13號線關(guān)系。

圖2 電力隧道與地鐵13號線關(guān)系圖

4.4 施工期間交通組織

由于該項目周邊路網(wǎng)密度不足，施工期間如完全阻斷中環(huán)路，一是將造成周邊道路的擁堵，二是繞行距離過長，所以施工期間交通組織采用中環(huán)路施工范圍內(nèi)單向通行的方案。

中環(huán)路南側(cè)受電力隧道及成昆鐵路邊坡的影響，南側(cè)不具備條件進行單向通行，因此對北側(cè)原4 m人行道進行改造，并結(jié)合原中環(huán)路北半幅路面，形成7 m單向車行道+2 m人行道共9 m的施工便道。

施工工序分為三個步驟。

步驟一：中環(huán)路改造北側(cè)人行道形成施工便道。

步驟二：圍護龍興大道西側(cè)敞開段及暗埋段進行施工。該工序期間，北側(cè)單向兩車道（東→西）施工期間保持正常通行，西→東方向車輛可在中環(huán)路距離該項目 2 km處經(jīng)錦華路→琉璃立交→三環(huán)路繞行或者通過周邊小區(qū)路網(wǎng)繞行。

步驟三：圍護龍興大道東側(cè)敞開段及暗埋段進行施工。該工序期間，北側(cè)單向兩車道（西→東）施工期間保持正常通行，東→西方向可在中環(huán)路距該項目1 km處經(jīng)菱窠路繞行或者在距該項目 2 km處經(jīng)驛都大道→航天立交→三環(huán)路繞行。

4.5 其他

本交叉口范圍內(nèi)沿成龍大道穿越中環(huán)路的管線有DN300給水管、D219燃氣管以及部分交通信號燈光纜，其最不利位置隧道頂板覆土達到2.27 m，橫過路管線均能滿足凈距及安全要求。施工期間須對以上管線臨時遷改或進行保護。

5 結(jié)語

如今城市交叉口的改造優(yōu)化越來越多地采用立體交通形式。下穿隧道對城市景觀影響小，噪聲干擾小,因此近年在城市道路建設(shè)中的運用逐漸增多。下穿隧道在設(shè)計過程中要全面考慮各種影響因素，充分論證控制條件對隧道實施的限制。前期調(diào)查要面面俱到，在重視隧道自身結(jié)構(gòu)、排水設(shè)計的同時認真分析周邊條件對隧道的安全、施工帶來的影響，采用合理有效的應對措施，在受限的建設(shè)條件下經(jīng)濟合理、安全可控地進行項目建設(shè)。

[1]劉新民.城市汽車地下通道設(shè)計的幾點體會[J].城市道橋與防洪，2010（2）：107-112.

[2]CJJ 221-2015,城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范[S].

[3]CJJ 193.2012,城市道路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[4]CJJ 37-2012,城市道路工程設(shè)計規(guī)范[S].

U412.35

B

1009-7716（2016）05-0014-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.005

2016-02-03

王晉（1982-），男，四川成都人，工程師，從事道路設(shè)計工作。