探討城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)

摘 要：針對城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，做了簡單的論述，提出了設(shè)計(jì)質(zhì)量的把控要點(diǎn)。從實(shí)踐應(yīng)用效果來說，采取雙層隧道設(shè)計(jì)方案，對解決城市地面交通堵塞問題，有著重要的意義。這需要做好隧道設(shè)計(jì)的把控，確保設(shè)計(jì)方案的可行性，保障隧道的建設(shè)質(zhì)量。現(xiàn)結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，總結(jié)如何合理設(shè)計(jì)城市道路斷面雙層隧道的方法，共享給行業(yè)人員。

關(guān)鍵詞：城市道路；道路斷面；雙層隧道；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號：U452.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0142-02

現(xiàn)階段，交通擁堵問題已經(jīng)成為各個城市發(fā)展面臨的主要難題，行業(yè)人員積極探索如何解決此問題的方法。發(fā)展地下道路，能夠有效緩解或者解決城市地面交通擁堵問題，起到緩解交通壓力的重要作用。從設(shè)計(jì)角度來說，城市建筑物以及地下管線等的存在，增加了設(shè)計(jì)的難度，要做好強(qiáng)有力的把控，保證設(shè)計(jì)方案的合理性。

1 城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)分析

現(xiàn)階段，城市低下空間開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大直徑和長距離盾構(gòu)隧道被廣泛的應(yīng)用。從隧道內(nèi)部道路布置形式來說，主要包括單層和雙層。其中，雙層道路結(jié)構(gòu)為目前較為新穎的道路斷面布置形式。從以往的工程實(shí)踐能夠得出，雙層隧道較為理想的過渡結(jié)構(gòu)形式為單箱四室，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)隧道上下疊合，而且還能夠充分利用夾層空間，獲得較高的工程附加值，實(shí)現(xiàn)土地資源和工程成本的節(jié)約，推動可持續(xù)發(fā)展。不過關(guān)于雙層道路結(jié)構(gòu)預(yù)制化設(shè)計(jì)的研究很少，為新問題，而且隧道設(shè)計(jì)的難度較大，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例，進(jìn)行城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)分析。

2 城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 工程概述

以某擬建工程為例，起止里程為K0+146-K3+290，長度為3144m，并且以山嶺隧道的形式穿越。其中，敞開段為314m，暗蓋段為2830m，具體如圖1所示。

2.1.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

擬建工程施工場地內(nèi)部第四系地層，其主要組成包括黃土和粘性土以及卵石土，成因?yàn)樯角皼_洪積，下伏奧陶系石灰?guī)r。依據(jù)鉆探深度，能夠劃分為7層，從上到下依次為：①填土。位于場地表層，包括雜填土以及素填土。②黃土和碎石。③粉質(zhì)粘土和黏土。④碎石和粉質(zhì)黏土。⑤強(qiáng)風(fēng)化輝長巖。⑥中風(fēng)化輝長巖。⑦石灰?guī)r和泥灰?guī)r。

水文地質(zhì)：擬建工程施工現(xiàn)場內(nèi)分布的地下水，以第四系孔隙潛水以及巖溶裂隙水為主，在項(xiàng)目以北的風(fēng)化輝巖體內(nèi)，還存在風(fēng)化基巖裂隙水。從補(bǔ)給形式來說，以大氣降水和場地上部大氣降水以及地表水徑流補(bǔ)給。

2.1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)，采用雙向六車道城市快速路標(biāo)準(zhǔn)開展建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為60km/h。道路隧道建筑限界凈空為12.25m×4.5m，寬×高，內(nèi)部輪廓使用的是四心圓形式，高度為15.396m，寬度約14.28m，開挖面積約為241m2。

2.2 方案對比

擬建雙層隧道下穿的道路，其為城市主干道，道路路幅寬度為32m。路面以下分布污水管線和熱力管線等，管線密集度較高。在道路的兩側(cè)，存在著大量的低層居民樓以及商鋪，建筑的抗震性能較差。如果采取傳統(tǒng)的左右洞分開布置的方案，在隧道工程施工以及運(yùn)營期間，極易威脅既有的建筑，因此不予考慮。

考慮到此路段長度約為1km，并且地質(zhì)條件復(fù)雜，局部是雜填土，大部分為中風(fēng)化灰長巖，采取盾構(gòu)法施工作業(yè)，開挖機(jī)械設(shè)備損耗較大，工程造價較高，采取鉆爆法開展施工作業(yè)，暗挖雙層隧道方案的橫向跨度很小，對城市交通以及既有管線以及建筑物等的影響小，可行性較大，因此采取雙層隧道方案下穿道路。

2.3 雙層隧道過渡段的設(shè)置

為使得道路隧道線位從左右分離的平面形式，合理轉(zhuǎn)換為左線、右線上下重疊的立體形式，要從平面、縱面、橫面開展深入研究，實(shí)現(xiàn)立體轉(zhuǎn)換。圖2為路線三維圖。

雙層疊合的起點(diǎn)段，平縱設(shè)計(jì)從線位起點(diǎn)開始，逐漸分離，進(jìn)而達(dá)到左右幅結(jié)構(gòu)厚度的基本需求，兩幅豎向高度差達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，左右線開始合并，最終同線，達(dá)到上下行重疊的目的。為了確保平交口交通轉(zhuǎn)換不受到影響，快速完成結(jié)構(gòu)重疊，上行線使用5%較大縱坡；下行線使用2.5%較小縱坡。

隧道的整個線路施工作業(yè)，采取的是明挖方法和暗挖方法，線路位置從左右并列，逐漸過渡到上下疊層，結(jié)構(gòu)形式多樣化，道路結(jié)構(gòu)橫斷面的變化，具體為U型槽+U型槽-U型槽單孔單層矩形斷面-單孔單層矩形斷面+單孔單層矩形斷面-單箱四室-單孔雙層-雙層暗挖隧道。

雙層疊合的終點(diǎn)段：在YK1+370位置右轉(zhuǎn)，進(jìn)入明挖段，利用此空間場地，采取明挖施工法，實(shí)現(xiàn)雙層隧道到分離式雙洞的轉(zhuǎn)化，按照起點(diǎn)段的逆過程進(jìn)行施工。

過渡段夾層空間的使用：在隧道從單層矩形明挖段朝向雙層暗挖段過渡時，為了能夠解決上層結(jié)構(gòu)存在的問題，比如基礎(chǔ)剛度不足等，將過渡段，給設(shè)計(jì)成單箱四室結(jié)構(gòu)，由2個行車洞室和2個夾層空間組成。通常來說，地下空間的開發(fā)利用，主要為淺層空間，因?yàn)閵A空層2的利用功能小，所以主要被用于隧道的泵房。而夾空層1具有較強(qiáng)的利用能力，用于商業(yè)開發(fā)，能夠獲得不錯的價值。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遵循淺埋暗挖法理念，初期支護(hù)按照承擔(dān)所有基本荷載設(shè)計(jì)，二次襯砌用于安全儲備，由初期支護(hù)以及二次襯砌一同承載。道路隧道選擇復(fù)合式襯砌，利用錨桿和噴射混凝土以及加密的鋼拱架等，組建綜合支護(hù)體系，作為初期支護(hù)。二次襯砌使用65cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；上層車道板使用60cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對于二次襯砌下層隧道拱腳位置，將其設(shè)計(jì)為變截面尺寸；中隔板和襯砌銜接1.5m內(nèi)的部分，也設(shè)計(jì)為變截面尺寸。為了提升圍巖的穩(wěn)定性，保證道路隧道施工作業(yè)的安全性，沿著玉函路下穿段，在隧道拱部150°范圍內(nèi)，使用型號為？準(zhǔn)108超前大管棚以及？準(zhǔn)50超前小導(dǎo)管開展注漿作業(yè)。

2.5 安全性分析結(jié)果

圍巖力學(xué)行為研究結(jié)果：運(yùn)用有限元分析法，進(jìn)行計(jì)算分析。當(dāng)隧道完成開挖作業(yè)后，豎向最大位移產(chǎn)生在拱頂位置；在塑性區(qū)出現(xiàn)在上層隧道拱頂位置、下層隧道邊墻位置，范圍比較小。地表最大位移的位置為隧道正上方，橫向距離道路隧道中心線11m位置，地表沉降值達(dá)到-3.06mm。距離隧道中線16m位置，地表沉降值達(dá)到-1.29mm。距離中線23m位置，地表沉降為-0.27mm，為最大值的3.9%。基于此數(shù)據(jù)分析，能夠了解到建設(shè)雙層隧道，其不會給到道路外側(cè)現(xiàn)有的建筑物造成較大的影響[1]。

二次襯砌力學(xué)研究結(jié)果：使用荷載-結(jié)構(gòu)模型，采取破損階段法，進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算。為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用變截面梁單元，進(jìn)行車道板模擬。從計(jì)算結(jié)果來說，二次襯砌承受的軸力都為壓力，并且由拱頂向拱底逐漸增加。在二襯接近中隔板位置，正彎矩最大；在下層隧道二次襯砌拱腳位置，負(fù)彎矩最大。車道板主要承受拉力，在中間位置，正彎矩最大；在中隔板接近二襯位置，負(fù)彎矩最大?？缰形恢玫淖畲筘Q向位移值是9.6mm。經(jīng)過計(jì)算，車道板以及二次襯砌，其截面強(qiáng)度安全系數(shù)全部大于2.0，裂縫寬度最大值不超過0.2mm。

2.6 通風(fēng)、排煙、逃生方案

通風(fēng)方案：采取全射流縱向通風(fēng)形式，上層車道選擇拱部位置設(shè)置流風(fēng)機(jī)；下層車道由于空間小，因此選擇車限界上方的兩個折角位置，布置小孔徑射流風(fēng)機(jī)[2]。

排煙方案：選擇明挖區(qū)域，在靠近山體端的左洞、右洞，分別布置1處通風(fēng)井。在通風(fēng)井內(nèi)部布置軸流風(fēng)機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)交通阻滯以及火災(zāi)的情況下使用。

逃生方案：全隧道范圍內(nèi)，總計(jì)布置12處單側(cè)港灣式加寬段。在加寬段內(nèi)部布置個隔煙墻，以免煙氣進(jìn)入到逃生空間。此工程采取的逃生方案，是雙層行車道互為縱向疏散方案，在上下層之間的空間，布置兩段逃生樓梯道，并且在平臺位置，布置防火門以及加壓風(fēng)機(jī)[3]。

3 城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

開展城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)，要結(jié)合道路實(shí)際情況，合理選擇隧道結(jié)構(gòu)，若適合采取雙層道路結(jié)構(gòu)，才能夠開展雙層隧道設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，要做好以下要點(diǎn)的把控：①合理選擇施工方案。目前，隧道下穿工程，主要采取的施工作業(yè)方法包括明挖法和盾構(gòu)法等，每個方法的適用范圍都不同，而且施工方法的應(yīng)用優(yōu)勢和缺陷不同，需要做好嚴(yán)格的把控。在具體應(yīng)用的過程中，要做好嚴(yán)格的把控。在設(shè)計(jì)時，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程實(shí)際，合理選擇施工方法，保障工程施工作業(yè)的質(zhì)量。②做好安全分析。設(shè)計(jì)雙層隧道，需要做好安全性分析工作，制定完善的安全把控措施，最大程度上保障隧道施工以及運(yùn)營的安全性。在具體實(shí)踐的過程中，可利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)輔助軟件，比如有限元模擬軟件，做好城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)方案的分析，保障設(shè)計(jì)方案的合理性以及科學(xué)性，進(jìn)而保證設(shè)計(jì)能夠用于工程指導(dǎo)[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)的開展，要堅(jiān)持科學(xué)、合理、安全的原則，做好設(shè)計(jì)要點(diǎn)的把控。在具體實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員要合理選擇施工方案，做好安全分析，最大程度上保障隧道設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]安 柯.城市道路斷面雙層隧道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[J].交通世界，2018（12）：120～121.

[2]吳 濤，萬 利，李振江.城市道路特大斷面雙層隧道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，13（07）：1372～1378.

[3]孟 靜.城市道路雙層隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].地下工程與隧道，2012（03）：31～34+65.

[4]奚 峰.雙層道路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和典型實(shí)例[J].中國市政工程，2010（S1）：26～27+30+144.

收稿日期：2018-7-21

作者簡介：李 華（1981-），男，高級工程師，主要從事路橋隧設(shè)計(jì)方面工作。