蘇州軌道交通6號線與金雞湖公路隧道共建方案分析

劉 皓 王仲林

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司, 510010, 廣州//第一作者, 工程師)

金雞湖位于蘇州市工業(yè)園區(qū)，是我國最大的城市湖泊公園，堪稱21世紀(jì)蘇州“人間新天堂”的象征。為完善環(huán)金雞湖金融貿(mào)易區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和園區(qū)內(nèi)部交通網(wǎng)絡(luò)，緩解東西向跨湖交通的壓力，加強(qiáng)園區(qū)東西向聯(lián)系，金雞湖公路隧道的建設(shè)已成為當(dāng)務(wù)之急。蘇州軌道交通6號線連接高新區(qū)、姑蘇區(qū)和工業(yè)園區(qū)，強(qiáng)化了金雞湖東西兩岸之間的聯(lián)系，是城市東西向穿越古城及金雞湖的重要客流通道。為更好地統(tǒng)籌金雞湖公路隧道與蘇州軌道交通6號線的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及建設(shè)，以合理利用空間，避免反復(fù)開挖金雞湖，降低社會(huì)影響，本文對金雞湖公路隧道與蘇州軌道交通6號線共建中的問題進(jìn)行探討。

1 工程概況

金雞湖公路隧道位于蘇州工業(yè)園區(qū)核心區(qū)域，是一條連接金雞湖兩岸重要的東西向城市主干路。項(xiàng)目的建設(shè)將加強(qiáng)金雞湖兩岸的交通聯(lián)系，極大地完善園區(qū)規(guī)劃路網(wǎng)布局。

金雞湖公路隧道沿中新大道線位穿越金雞湖。隧道西起中新大道西-星海街交叉口以東，東至中新大道東-南施街交叉口西側(cè)，隧道段長約5 345 m。其中，湖西陸域段長度約為1 200 m，湖中水域段長度約為3 000 m，湖東陸域段長度約為1 300 m。湖西在星港街設(shè)置一對進(jìn)出匝道，湖東在星湖街設(shè)置向北的一對定向匝道，在星湖街東側(cè)設(shè)置長樂街出口匝道。隧道結(jié)構(gòu)寬約39 m。湖西段隧道結(jié)構(gòu)底板埋深0.90～14.80 m，標(biāo)高-11.4～2.5 m；湖中段結(jié)構(gòu)底板埋深8.80～15.99 m，標(biāo)高-17.14～-13.68 m；湖東段結(jié)構(gòu)底板埋深0.15～25.50 m，標(biāo)高-22.00～3.35 m。

軌道交通6號線為蘇州西北—東南方向的對角線，連接高新區(qū)、古城區(qū)和工業(yè)園區(qū)。其強(qiáng)化了金雞湖東西兩岸之間的聯(lián)系，并加強(qiáng)了對古城的服務(wù)，是城市東西向穿越古城及金雞湖的重要客流通道，也是城際客流的重要集散線路。6號線全長36.2 km。其中，金雞湖西站—中塘公園站區(qū)間主要沿中新大道西和中新大道東敷設(shè)，并下穿金雞湖，與金雞湖公路隧道并行。并行段長約4 km。金雞湖隧道公路與軌道交通合建示意圖如圖1所示。其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為：金雞湖公路隧道為城市主干路，雙向6車道，主線設(shè)計(jì)速度為50 km/h,匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h,車道寬度為3.5 m，通行凈高不小于4.5 m，汽車荷載為城-A級。軌道交通6號線采用B型車，6節(jié)編組，最高設(shè)計(jì)速度為80 km/h。

2 總體方案

2.1 隧道平縱方案

隧道主線共設(shè)置平曲線5處，星湖街出入匝道各設(shè)置平曲線2處，長樂街出口匝道設(shè)置平曲線1處。其中，隧道主線5處平曲線由西向東半徑分別為3 000 m、3 000 m、1 000 m、1 200 m、2 500 m;星湖街出口匝道2處平曲線由西向東半徑分別為700 m和85 m；星湖街入口匝道2處平曲線由西向東半徑分別為700 m和73 m；長樂街出口匝道平曲線半徑為2 500 m。

湖中明挖段與軌道交通6號線結(jié)構(gòu)合建，由于湖中段需要在島上設(shè)置中間風(fēng)井，因此湖中線位靠近桃花島布置，然后隧道以3 000 m的平曲線半徑折向東南方向。

隧道湖西主線出口接地點(diǎn)設(shè)置在交叉口東側(cè)約150 m處，隧道以5%縱坡向下，在星漢街以西進(jìn)入暗埋段。主線入口的接地點(diǎn)設(shè)置在星漢街東側(cè)，以5%縱坡下穿接入主線。隨后，在星港街以東主線接入一對匝道，匝道采用5%縱坡以快速接地。隧道主線在穿越風(fēng)之園后入湖。

湖中隧道采用-0.3%、0.3%、-0.3%、0.3%、-0.3%、1.0%的緩坡組合，以盡量減小隧道在湖中的埋深，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)隧道頂部控制標(biāo)高要求。

進(jìn)入湖東岸邊段后，主線采用3%坡度向下，匝道采用約1.22%坡度向上，匝道在縱向上與主線完全分離以后，匝道與主線疊層行進(jìn)，在星湖街前轉(zhuǎn)向以5%縱坡迅速爬升，在晨曦橋前接地。隧道主線在與匝道平面分離后，隧道主線以2.41%的坡度穿越星湖街、長樂街后以5%坡度向上，在南施街西側(cè)接地。

金雞湖隧道平縱斷面設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

a) 平面圖

b) 縱斷面圖

2.2 隧道橫斷面方案

湖中段主線暗埋段采用四孔一管廊形式。其中，兩孔為車行道孔，另外兩孔為地鐵區(qū)間。地鐵區(qū)間設(shè)于隧道北側(cè)。隧道斷面為雙向6車道，車道寬度為3.5 m×3，通行凈高4.5 m，路緣帶寬度為0.25 m。

兩車道孔之間設(shè)置管廊。管廊上部設(shè)置電纜通道，中部為安全通道兼檢修通道，下部為水管溝。

車道頂部限界至頂板之間為設(shè)備安裝空間，布置隧道內(nèi)照明燈具、信號燈、揚(yáng)聲器、攝像機(jī)等，需安裝射流風(fēng)機(jī)處，局部抬高頂板形成風(fēng)機(jī)安裝壁龕。

根據(jù)綜合隧道的建筑限界、設(shè)備安裝、道路攤鋪、裝修，以及軌道交通限界等要求，湖中段箱體直線段處的橫斷面最小內(nèi)凈尺寸寬度為37.30 m，曲線段處的橫斷面最小內(nèi)凈尺寸寬度為37.72 m，結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)凈高受道路隧道高度控制，為5.7 m。

暗埋段內(nèi)每間隔約100 m設(shè)置人員疏散的安全門，兩車道孔互為備用。

金雞湖隧道湖中段橫斷面設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 金雞湖隧道湖中段橫斷面設(shè)計(jì)圖

3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

金雞湖西站為軌道交通3號線與6號線的換乘站，3號線呈南北向布置，6號線呈東西向布置并與公路隧道平行。其節(jié)點(diǎn)平面圖如圖4所示。

圖4 金雞湖西站節(jié)點(diǎn)平面圖

公路隧道穿越金雞湖西站3號線車站主體，車站結(jié)構(gòu)已對隧道進(jìn)行了預(yù)留(見圖5)。隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)在車站兩側(cè)設(shè)置變形縫，縫距35 m。兩側(cè)隧道結(jié)構(gòu)實(shí)施完成后鑿除車站預(yù)留封堵墻，連通隧道結(jié)構(gòu)。

6號線金雞湖西站與公路隧道平行設(shè)置。車站為地下三層，站中心底板埋深27.16 m。隧道圍護(hù)外邊界距離車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊線約1.65 m,車站與隧道埋深高差約14 m。公路隧道與車站圍護(hù)平面及橫斷面示意圖如圖6及圖7所示。公路隧道工程實(shí)施完畢后，實(shí)施6號線車站主體。

圖6 公路隧道與6號線車站圍護(hù)平面示意圖

圖7 公路隧道與6號線車站圍護(hù)橫斷面示意圖

4 湖中合建段沉降分析

湖中段公路隧道與軌道交通6號線區(qū)間采用明挖合建。由于明挖區(qū)間大部分位于湖中大開挖段，土體大面積的卸載、回填等會(huì)引起土體回彈及沉降變形。為保證軌道交通線路運(yùn)行的平順性和行車安全性，需對合建段結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制。借鑒GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.1.11節(jié)橋梁相對沉降標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)按絕對沉降(回彈)10 mm進(jìn)行控制。

采用荷蘭公司開發(fā)的Plaxis有限元軟件對湖中段隧道結(jié)構(gòu)的沉降進(jìn)行分析，從而確定合適的樁長。土體模型采用強(qiáng)化土模型(HS模型)，其中剛度參數(shù)E50ref、Eoedref采用金雞湖隧道巖土工程勘察報(bào)告中Es1-2壓縮模量的具體數(shù)值，Eurref視土體性質(zhì)取3～5倍的壓縮模量Es1-2。根據(jù)工程實(shí)際尺寸建立幾何模型(見圖8)，賦予材料屬性后生成有限元模型(見圖9)。

圖8 幾何模型

圖9 有限元模型

工況考慮了以下情況:①基坑開挖前降水、樁基施工、放坡開挖、結(jié)構(gòu)回筑、覆土回填、恢復(fù)水位;②進(jìn)行為期6～12個(gè)月的機(jī)電安裝后進(jìn)入運(yùn)營階段;③在長達(dá)100年的使用期內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)的整體變形。

本次設(shè)計(jì)分別對比了不設(shè)置樁基以及設(shè)置20 m和35 m長樁基的最終土體變形情況。計(jì)算結(jié)果如圖10所示。由圖可知，無樁基時(shí)的沉降值為4.38 mm，設(shè)置20 m長樁基時(shí)沉降值為1.82 mm，設(shè)置35 m長樁基時(shí)沉降值為0.59 mm。可見，三種情況下的沉降值均能滿足使用期內(nèi)絕對沉降值和軌道交通運(yùn)行要求。為確保安全并結(jié)合抗浮設(shè)計(jì)，最終選用φ600 mm、樁長20 m鉆孔灌注樁。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，配置16根φ20 mm縱向鋼筋，可滿足樁身強(qiáng)度要求。

5 施工方案

金雞湖隧道湖中段采用圍堰的施工方案，兩側(cè)圍堰基本平行于隧道布置，圍堰內(nèi)邊緣距離基坑頂不小于(1.5～2.0)H(H為基坑開挖深度)。圍堰總長6 832 m。為確保金雞湖水質(zhì)，湖中段圍堰共分兩期(以湖中心桃花島為界)，一期圍堰長度為4 623 m,二期圍堰長度為1 924 m，一、二期共用圍堰長度為285 m。圍堰主要采用雙排鋼樁(鋼管樁和鋼板樁)。金雞湖隧道湖中段圍堰典型斷面圖如圖11所示。

6 疏散救援方案

如圖12～14所示，當(dāng)?shù)缆匪淼纼?nèi)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，事故點(diǎn)前方的車輛應(yīng)盡快駛離隧道，事故點(diǎn)后方的車輛受阻，架乘人員棄車，在無煙的環(huán)境中向后方撤離。逃生人員可通過事故后方的安全門進(jìn)入管廊內(nèi)的安全通道進(jìn)行疏散，另一車道孔應(yīng)及時(shí)關(guān)閉隧道入口，盡快清空車輛。逃生人員也可由安全門進(jìn)入另一孔安全車道疏散。火災(zāi)車道孔受阻后，消防救援車輛應(yīng)由對向車道孔進(jìn)入隧道，利用火災(zāi)點(diǎn)就近的安全門至火場進(jìn)行撲救。

a) 無樁基

b) 設(shè)置20 m長樁基

c) 設(shè)置35 m長樁基

共建段軌道交通6號線區(qū)間內(nèi)左、右線僅一墻之隔，便于火災(zāi)下的疏散、救援組織。在車輛行駛方向的左側(cè)設(shè)置疏散平臺，平臺的寬度不小于0.8 m；防火隔斷墻上每隔300 m設(shè)置一對安全門，人員可通過安全門由事故孔疏散至另一安全孔內(nèi)。當(dāng)區(qū)間內(nèi)的一孔發(fā)生火災(zāi)時(shí)，受阻列車上的乘行人員可通過疏散平臺至安全門進(jìn)入另一安全孔內(nèi)逃生。地鐵安全門如圖15所示。

圖11 金雞湖隧道湖中段圍堰典型斷面圖

圖12 隧道安全通道示意圖

圖13 隧道安全門平面示意圖

圖14 隧道疏散示意圖

圖15 地鐵安全門示意圖

7 結(jié)語

對于需要同時(shí)下穿江河、湖泊等水域的城市市政工程和軌道交通工程，規(guī)劃階段需做好線網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)時(shí)序安排，有條件時(shí)可考慮公軌合建方案，以節(jié)省工程投資，節(jié)約用地，提高隧道斷面利用率。

金雞湖市政隧道與軌道交通6號線合建，集約利用了城市空間，可避免分期建設(shè)造成的工程浪費(fèi)，減少后期改造既有結(jié)構(gòu)帶來的工程風(fēng)險(xiǎn)，減小對金雞湖的影響。此外，本文對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和湖中合建段沉降的分析，對疏散救援方案及施工方案的論述，對于今后類似公軌合建工程有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。