城市地下道路隧道結構方案比選研究

楊明哲

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

1 概 述

北京廣渠路是市區(qū)通往副中心的一條主要通道，是僅次于長安街的一條東西向城市連廊，將打造成景觀大道，從東二環(huán)至東六環(huán)，道路全長約23 km（見圖 1）。

圖1 工程位置示意圖

廣渠路東延（怡樂西路—東六環(huán)路）是廣渠路的一部分，道路規(guī)劃為城市主干路，道路紅線寬度為60 m，長約7.6 km；是中心城與城市副中心、行政副中心的重要聯(lián)系通道，是通州城區(qū)與中心城的重要聯(lián)系通道，是公共交通骨干網(wǎng)絡東西向通道，是快速公交的重要走廊。

廣渠路東延道路工程按地面、地下兩套系統(tǒng)設置。規(guī)劃為城市主干路（預留遠期提級為快速的條件）；道路紅線寬度為60 m；設計車速地下道路為80 km/h，地面道路為60 km/h。

2 隧道方案比選

2.1 比選原則

為充分利用地下空間，綜合考量了市政基礎設施建設需求、現(xiàn)場實際情況、施工工期、施工的環(huán)境影響等諸多因素。此次設計針對全線明挖方案、蓋挖方案、蓋挖與盾構相結合的方案進行了綜合研究。

考慮該工程的具體情況，決定地下道路結構形式和施工方法的主要有以下四個因素：

（1）是否有利于與城市地下空間（綜合管廊等）相結合。

（2）施工期間盡量減少對現(xiàn)況交通、自然和社會環(huán)境的影響。

（3）新建地面道路的竣工時間和景觀需求；新建地下道路的竣工時間。

（4）如何妥善解決現(xiàn)況地面道路管線不滿足規(guī)劃要求的問題（例如現(xiàn)況雨、污水是合流的）。

2.2 工程及水文地質(zhì)狀況

2.2.1 地質(zhì)條件

該工程沿線第四紀沉積物主要由古金溝河及古潮白河沖積形成。沿線地層主要為黏性土、粉土與砂卵石互層沉積為主。地層沉積物的組構、空間相變規(guī)律具有較為明顯的區(qū)域性特征和過渡、漸變性，并具有典型的多沉積旋回的特征。

2.2.2 水文條件

地面下埋深7～15 m的砂類土層中分布有潛水，地面下埋深15～30 m的砂類土層中分布有層間水，地面下埋深30 m以下的砂類土層中分布有承壓水，其水位年變幅一般為1～3 m。

地質(zhì)縱斷面如圖2所示。

圖2 地質(zhì)縱斷面示意圖

2.3 設計標準

（1）道路設計標準：城市主干路（預留遠期提級為快速的條件），主路60 km/h（平縱橫線形按80 km/h）。

（2）道路斷面：小客車+小客車+公交專用道，凈高4.5 m，行車道2×3.50 m+3.75 m，路緣帶為0.5 m，安全帶為0.25 m。

2.4 比選方案

現(xiàn)狀地面道路交通流量大，管線錯綜復雜，地下道路的施工將對其帶來較大影響。為充分利用、開發(fā)地下空間，該次地下道路的設計結合明挖法、盾構法、蓋挖法進行比選研究，充分考慮地下綜合管廊的設置條件。結合工程實際情況，該工程進行過如下方案的設計（由于該工程所在地段地下水豐富，且土質(zhì)滲透能力較強、降水難度大，不適宜大范圍暗挖施工，因此未考慮暗挖法施工）。

2.4.1 明挖法

明挖法施工質(zhì)量有保證，結構斷面布置靈活且適用性強，并可將管廊和車行隧道等有效結合。但明挖施工隊現(xiàn)狀交通影響較大，受現(xiàn)場施工條件制約。考慮到現(xiàn)狀地面道路交通流量大，管線錯綜復雜等因素，可分別采用半鋪蓋法及分幅施工法。明挖法典型斷面如圖3所示。明挖隧道設置見表1。

圖3 明挖法典型斷面圖（單位：cm）

2.4.2 盾構法

盾構法施工車行隧道對現(xiàn)狀道路交通影響小，但對于該工程有以下問題：該工程綜合管廊長度約6.5 km，如果采用盾構法施工，盾構直徑7.5 m；地面100 m需設置一處出線井；下方的道路大直徑盾構每1 000 m需設置一處車行橫通道井；再加上地面道路的景觀升級改造；施工期間地面的交通影響、社會影響并沒有顯著改善。而且管廊、八通線以西、車行橫通道、空氣凈化用房等仍需要明挖，對比其他方案施工周期明顯增加，因此盾構方案無明顯優(yōu)勢。

表1 明挖設置一覽表

相關圖表如圖4、圖5所示，見表2、表3。

圖4 盾構法平面圖

圖5 明挖結合盾構縱斷圖

表2 蓋挖結合盾構設置一覽表

表3 明挖結合盾構設置一覽表

2.4.3蓋挖法

蓋挖法施工結構斷面布置靈活且適用性強，并可將管廊和車行隧道等有效結合，地下空間施工時上部交通影響時間短。但蓋挖法施工有以下問題：

（1）蓋挖法的頂板、中板、底板與地下連續(xù)墻的節(jié)點難以處理，防水問題突出。

（2）蓋挖法施工工期較長，工程造價高。

（3）為加快施工速度需設置大量出土口，出土口的設置對交通及道路景觀等影響較大。

相關圖表如圖6、圖7所示，見表4。

圖6 蓋挖隧道典型橫斷面圖（單位：cm）

圖7 蓋挖隧道平面圖

2.4.4 推薦方案

廣渠路東延隧道考慮地下道路施工工藝，綜合管廊及地下空間和車行隧道一起實施，綜合考慮各方案，最終推薦選用明挖方案。各方案對比見表5。

表4 蓋挖設置一覽表

3 基坑方案比選

隧道全段擬采用明挖法施工，局部地段采用鋪蓋法?；訃o形式的選擇根據(jù)基坑開挖深度、寬度、地質(zhì)條件、場地條件、地下水情況、邊坡穩(wěn)定條件及周邊建（構）筑物變形控制、環(huán)境保護、水土保持、交通導改等要求，遵循“安全、環(huán)保、適用、經(jīng)濟”的原則，通過多方案比選確定。

該工程基坑寬度約30.1 m，含管廊的標準基坑斷面深度在17～28 m，平均深度約20 m。工程沿線上部的粉土層及砂類土層具有賦存上層滯水的條件。工程場區(qū)深部砂、卵礫石層內(nèi)分布有多層承壓水。

該工程基坑位于繁華鬧市區(qū)，周邊建筑物密集；場地地下水位較高，因此基坑等級按一級考慮。結合北京地區(qū)常見的基坑施工工藝，現(xiàn)對基坑方案進行比較，具體比較見表6。

經(jīng)綜合比較，該工程基坑支護形式主要采用

0.8～1 .2 m厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，內(nèi)支撐根據(jù)需要可在第一道撐采用鋼筋混凝土撐，其余均采用鋼管支撐。局部地段采用排樁或咬合樁+內(nèi)支撐體系（見圖8）。

表5 各方案對比表

表6 基坑方案綜合比較表

4 結語

本文對北京廣渠路東延道路城市隧道結構方案進行比選研究，對比了明挖法、盾構法、蓋挖法的優(yōu)缺點，認為明挖法施工質(zhì)量有保證，結構斷面布置靈活且適用性強，并可將管廊和車行隧道等有效結合，更適合該工程的實際情況?；拥拈_挖方案選取地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。

隧道方案比選應充分利用地下空間，綜合考量基礎設施建設需求、現(xiàn)況條件、施工組織、環(huán)境影響等諸多因素，以求發(fā)揮城市地下道路服務城市的最大功能。

圖8 基坑圍護結構典型斷面圖（單位：cm）