武漢濱江核心區(qū)地下空間環(huán)路工程設(shè)計與施工技術(shù)*

顏 敬，王樹峰，賀紅星，蔣少武，邱 昌

(1.上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200433； 2.中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

中國正進入城市地下空間的高速開發(fā)時期，為解決城市核心區(qū)開發(fā)與交通用地矛盾，立體交通被廣泛采納并實踐。新一輪大城市地下空間規(guī)劃和建設(shè)中出現(xiàn)了專門用于聯(lián)系地下車庫與市政道路的地下車行環(huán)路，并編入行業(yè)標準CJJ 221—2015《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》，專業(yè)術(shù)語定為“城市地下車庫聯(lián)絡(luò)道”，簡稱地下環(huán)路。

武漢近10年來地下空間迅速發(fā)展，王家墩中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下環(huán)路、漢口濱江國際商務(wù)區(qū)地下環(huán)路、武昌濱江核心區(qū)地下空間環(huán)路等工程均參與構(gòu)建武漢市主城區(qū)地下道路系統(tǒng)，對改善城市交通發(fā)揮著積極作用。

1 工程概況

濱江核心區(qū)地下空間環(huán)路位于武漢市武昌區(qū)濱江商務(wù)區(qū)，環(huán)路主線沿經(jīng)二路、武車二路、武車中路、緯二路等市政道路下方布置，首尾銜接閉合成環(huán)，主線長度約3.0km，結(jié)構(gòu)整體標高位于地下2層，局部標高抬升上跨既有三陽路公鐵越江隧道及軌道交通8號線(見圖1)。環(huán)路主線標準斷面采用三車道規(guī)模，逆時針交通組織(見圖2)，主要設(shè)計標準如表1所示。

圖1 地下空間環(huán)路總平面布置

圖2 地下環(huán)路效果

表1 主要設(shè)計標準

2 設(shè)計與施工創(chuàng)新

2.1 交通

本地下環(huán)路主線長3.0km，13條接駁市政道路的匝道累計長度3.0km(見圖3)，為一類城市交通隧道，也是目前華中區(qū)域規(guī)模最大的地下車庫聯(lián)絡(luò)道工程，具有以下特點。

圖3 地下環(huán)路出入口交通組織

1)設(shè)置 “5進6出”11條接地匝道(見圖3)，分別布置于臨江大道、武車二路、武車中路等道路通行能力較強的城市主、次干路上，通過銜接主要交通流向，為核心區(qū)到發(fā)車輛提供了一條外圍道路至地下車庫的獨立、快速集散路徑，提高出行效率。

2)設(shè)計 “1進1出”的定向匝道，圖3中6，7銜接三陽路公鐵越江通道，構(gòu)建了城市快速路-地下環(huán)路-地下車庫三級疏解體系，可滿足商務(wù)區(qū)內(nèi)越江交通需求，便于武昌濱江—漢口濱江跨江聯(lián)通。

3)在緯三路設(shè)置聯(lián)絡(luò)道，將長條矩形環(huán)路主線分為2個小環(huán)路，縮短繞行路徑，提高使用效率。

4)環(huán)路主線與濱江核心區(qū)19個地塊均設(shè)有車庫接口，據(jù)統(tǒng)計共串聯(lián)2.3萬個停車泊位，通過將區(qū)域內(nèi)分散的停車資源加以整合，實現(xiàn)錯峰平衡與泊位資源利用效益最大化，也為區(qū)域停車資源一體化管理提供了條件。

2.2 建筑

環(huán)路主線總體位于地下2層，標高約-10.000m，但武車中路主線緯五路—緯六路220m區(qū)段，為結(jié)合華夏幸福武漢長江中心地下空間設(shè)計方案，實現(xiàn)A1，B1地塊地下1層商業(yè)聯(lián)通，環(huán)路局部下沉約3.5m，并與兩地塊結(jié)構(gòu)共板，即主線環(huán)路直接貫穿兩地塊地下空間建筑。這是武漢首條與私有地塊地下空間融合共建的城市交通隧道，在高效、立體利用地下空間資源的同時，也為項目建設(shè)帶來了相關(guān)問題與挑戰(zhàn)。

1)共建段應(yīng)按照結(jié)構(gòu)一體、功能獨立的原則開展設(shè)計，環(huán)路的建筑、消防、機電、運維自成系統(tǒng)。

2)地下環(huán)路屬公共基礎(chǔ)設(shè)施，地下空間屬私有地塊建筑，前者設(shè)計使用年限100年，抗震設(shè)防甲類(重點設(shè)防)，后者設(shè)計使用年限50年，抗震設(shè)防乙類(標準設(shè)防)，理論上結(jié)構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)及指標均不同，但結(jié)構(gòu)一體造成“公私難分”，目前的做法是粗獷地將環(huán)路平面投影范圍內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)及相關(guān)基礎(chǔ)工程耐久性設(shè)計按照環(huán)路標準執(zhí)行，其他問題尚未探究清楚，有待后續(xù)更深入研究。

3)為確保環(huán)路內(nèi)部車輛通行不影響地塊商業(yè)品質(zhì)，工程設(shè)計時應(yīng)考慮減振降噪措施，如結(jié)構(gòu)設(shè)計時避免共振，裝修設(shè)計時采用隔聲吸聲材料等。

4)市政環(huán)路與地下空間投資主體不同，共建段費用分攤難以做到“?？顚Ｓ?、公私分明”，定額與取費標準的不統(tǒng)一又加大了問題的處理難度，目前主要根據(jù)兩者在地下空間獨占的建筑面積來分攤建設(shè)成本，未考慮其他因素。

2.3 基坑

2.3.1地下水控制技術(shù)

武漢位于江漢沖積平原，沿江地帶第四紀堆積層在長期水力剝蝕及水流分選作用下形成典型的一級階地二元沉積結(jié)構(gòu)，地表填土層以下依次大致分布黏性土、砂礫與基巖，砂層中飽含承壓水且承壓水頭與外江水位保持密切聯(lián)系。本環(huán)路工程基坑挖深超10m，坑底位于承壓含水層頂板附近(部分區(qū)段直接揭露承壓含水層)，基坑地下水控制面臨地層強滲透、高承壓所帶來的風(fēng)險。

另一方面根據(jù)《武漢市防洪管理規(guī)定》：長江堤防線以外50m為禁腳地，禁腳地線以外500m為安全保護區(qū)邊界(見圖4)，本工程建設(shè)場地位基本都位于河道管理范圍，必須開展防洪影響評價且施工均需在長江枯水期，并應(yīng)控制基坑抽排地下水對長江防洪堤的影響。

圖4 地下環(huán)路與長江武昌岸堤防關(guān)系

基坑設(shè)計的關(guān)鍵是堤防保護與突涌控制，在綜合考慮基坑卸載距離堤防的遠近、降水管井影響半徑與沉降漏斗大小等因素下，大致以50m禁腳地線、距堤300m控制線為基準，分區(qū)分段采取地下水控制措施(見圖5)，確保基坑開挖安全、堤防變形可控。

圖5 3種基坑工程地下水控制方案

1)禁腳地范圍內(nèi)的基坑采用0.8m厚CSM落底式水泥土攪拌墻止水帷幕，有效隔斷坑內(nèi)與外江的水力聯(lián)通，在坑內(nèi)疏干降水確保挖土便捷的同時，不影響坑外水位，使既有臨近大道及長江防洪堤沉降控制在5mm以內(nèi)。

2)禁腳地線至距堤300m線之間的基坑采用30m超深三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，充分利用地下水的繞流效應(yīng)，弱化坑內(nèi)與外江的水力聯(lián)通，同時坑內(nèi)設(shè)計封底水泥土加固，配合坑內(nèi)減壓降水井按需降水，盡量減小坑外水位降幅和對長江堤防的影響。經(jīng)計算分析，結(jié)構(gòu)底板澆筑后與封底加固形成的壓重可抵御標高20.000m(1985高程系統(tǒng))承壓水頭，即當外江水位低于20m時，可不啟用降水管井。

3)距堤300m線之外的基坑采用20m深三軸水泥土攪拌樁懸掛止水帷幕，配合坑內(nèi)按需降水，適當控制坑外水位下降對周邊環(huán)境的影響。

實踐證明，利用武漢長江一級階地承壓水降水300m影響半徑經(jīng)驗，密切結(jié)合主體結(jié)構(gòu)施工進度與水位監(jiān)測數(shù)據(jù)按需開啟降水井，分段區(qū)別設(shè)置止水帷幕，在控制工程造價的同時可有效避免承壓水害，降低基坑實施對周邊環(huán)境的影響，控制地表與堤防變形。

2.3.2運營隧道近接施工技術(shù)

根據(jù)《武漢市軌道交通管理條例》，地下環(huán)路多處位于地鐵安全保護區(qū)，近接運營地鐵盾構(gòu)隧道施工：主線2次明挖上跨軌道交通7號線三陽路公鐵越江盾構(gòu)隧道，豎向凈距最小12m(小于盾構(gòu)隧道外徑15.2m)；主線2次明挖上跨軌道交通8號線越江盾構(gòu)隧道，豎向凈距最小9.8m(小于盾構(gòu)隧道外徑12.1m，見圖6)；匝道6近接軌道交通5號線和平大道雙盾構(gòu)區(qū)間開挖基坑，水平凈距約27m。環(huán)路近距離明挖上跨既有運營大直徑盾構(gòu)隧道，給基坑工程設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)，必須嚴格控制支護結(jié)構(gòu)變形，將對運營隧道的影響降到最低。

圖6 基坑明挖上跨軌道交通8號線越江盾構(gòu)隧道

基坑底部近距離下臥盾構(gòu)隧道，必將產(chǎn)生以下關(guān)鍵技術(shù)問題。

1)坑壁支護樁不可能打穿隧道，導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)插入比過小。

2)基坑施工期隧道頂部挖土卸載引發(fā)隧道上浮與隆起變形。

3)環(huán)路建成后，隧道使用期覆重相比之前減小太多，導(dǎo)致汛期地下水位上漲隧道抗浮能力不夠。

4)受運營隧道裝飾系統(tǒng)遮掩的影響，基坑施工中事故征兆較難發(fā)現(xiàn)且事故后應(yīng)急搶險困難。

針對以上問題，項目綜合采用多種技術(shù)手段與精細化施工組織，確保既有隧道運營安全。

1)地基加固 在環(huán)路與隧道的交叉節(jié)點位置實施地基加固，基坑主動區(qū)加固可減小支護結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓，被動區(qū)加固可控制樁體踢腳變形且兼有封底壓重作用以控制隧道上浮。利用具有強制排漿及地內(nèi)壓力監(jiān)控功能的MJS工法，實現(xiàn)近接隧道的地層微擾動加固。

2)小坑開挖 根據(jù)基坑時空效應(yīng)理論，將節(jié)點基坑分化為若干個小基坑，單個小基坑按照平面分塊、豎向分層、勻稱限時的原則挖土并回筑結(jié)構(gòu)，通過控制單次卸載量，利用未開挖處隧道的錨固效應(yīng)及本身的縱向抗彎剛度，控制隧道向上位移。

3)板凳樁基 在隧道兩側(cè)設(shè)置數(shù)排抗拔樁，與環(huán)路底板形成“板凳”(見圖7)，充分利用底板的抗彎剛度及樁基抗拔作用以抵抗下臥隧道的隆起，達到使用期抗浮穩(wěn)定的目的。

圖7 底板、樁基形成“抗隆起板凳”

4)智能監(jiān)測 采用巡檢機器人、三維激光掃描車等自動化監(jiān)測設(shè)備對運營隧道的位移、變形、滲漏等項目進行精密監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)反饋，指導(dǎo)基坑開挖與支護，實現(xiàn)信息化施工。

5)應(yīng)急演練 針對卸載可能導(dǎo)致運營盾構(gòu)隧道突涌的風(fēng)險，制定應(yīng)急壓載及降水預(yù)案并組織搶險隊伍多次演練。將鋼錠、預(yù)制混凝土塊、鐵砂等便于添卸的壓重材料儲存在交通便捷、進出隧道方便的區(qū)域并配置好裝載車輛，做好隨時反壓的準備，另外時常檢查備用降水井，保證關(guān)鍵時刻可抽水減壓降低隧道受到的浮力。

2.4 防水

2.4.1超長隧道結(jié)構(gòu)，大體積混凝土

環(huán)路主線及匝道共計6.0km長，為一類隧道，同時受覆土深度、車道規(guī)模、地下水壓的影響，主體結(jié)構(gòu)板厚>1m情況居多，屬大體積混凝土。超長大體積混凝土結(jié)構(gòu)一方面在施工期易因溫度收縮、干燥收縮產(chǎn)生裂縫，另一方面在運維期易受周邊地塊基坑開挖、樁基施工、降地下水、臨時堆載等影響產(chǎn)生不均勻沉降及裂縫。

2.4.2長江一級階地，水文地質(zhì)情況復(fù)雜

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，建設(shè)場地地下水資源豐富。上層滯水受大氣降水、生活生產(chǎn)排水、地表水滲透補給、豐水枯水期周期變化等因素影響，水位變幅大，結(jié)構(gòu)頂板承受干濕交替作用。底板埋深多揭露一級階地富水砂層，常年接觸高承壓水頭。

2.4.3枯水季節(jié)施工，作業(yè)條件受限

武漢每年長江汛期維持5個月之久，地下工程有效施工期僅半年，項目工期排布緊張。受用地紅線寬度的影響，環(huán)路基坑采用無肥槽設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)外墻密貼支護樁，只能使用單邊支?，F(xiàn)澆工藝，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外墻在養(yǎng)護齡期易受坑邊交通荷載影響而開裂，同時支護樁基面的平整度、垂直度、干燥度難以控制，傳統(tǒng)外包防水施工工藝不適用。

地下工程一直秉承以混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，提高混凝土密實度和控制結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展是解決滲漏問題的關(guān)鍵。針對本環(huán)路防水工程面臨的挑戰(zhàn)，經(jīng)多輪技術(shù)論證，選擇在主體結(jié)構(gòu)混凝土中添加高性能水泥基滲透結(jié)晶型防水劑達到自防水從而取消外防水的目的(見圖8)。

水泥基滲透結(jié)晶型防水劑是一種全新的剛性防水設(shè)計理念，主要優(yōu)勢如下。

1)取消了傳統(tǒng)的外包防水層，經(jīng)分析可節(jié)約工期15%～20%。

2)防水粉劑在商品混凝土攪拌站完成添加并與混凝土預(yù)拌均勻，罐車運至現(xiàn)場后直接泵送至澆筑位置，實現(xiàn)了防水工程與主體結(jié)構(gòu)同步施工，施工質(zhì)量容易控制。

3)因混凝土呈現(xiàn)堿性，植物根系喜酸性，存在綠植區(qū)域的結(jié)構(gòu)頂板可略去耐根穿刺保護層。

2.5 管理

項目建立了以模型分解結(jié)構(gòu)及編碼體系為核心，串聯(lián)設(shè)計-施工-運營全生命周期管理的BIM平臺，打通信息孤島，形成地下環(huán)路全生命周期數(shù)字資產(chǎn)，為武昌濱江商務(wù)區(qū)總體開發(fā)、運營及大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供必要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，BIM總體架構(gòu)如圖9所示。

1)通過BIM模型方案比選，從三維可視化角度輔助確定地下環(huán)路與周邊地下車庫的連接，實現(xiàn)交通組織預(yù)演。

2)開展各專業(yè)設(shè)計信息協(xié)同與復(fù)核，通過精確定位與碰撞檢查，預(yù)先模擬土建與機電的工程建造，排除矛盾沖突。

3)通過施工階段數(shù)字仿真模擬，降低工程自身建設(shè)風(fēng)險及對周邊環(huán)境的不利影響。

4)基于BIM協(xié)同管理平臺優(yōu)勢，加強數(shù)據(jù)共享，保障信息有效傳遞，提高了參建各方協(xié)作管理水平。

根據(jù)項目的特點量身定制，研發(fā)了BIM智能化協(xié)作管理平臺網(wǎng)頁版和手機App版，在項目實際建設(shè)管理過程中取得了良好的效果，并得到了相關(guān)政府主管部門的肯定。

3 結(jié)語

武漢市武昌區(qū)濱江核心區(qū)地下空間環(huán)路EPC工程是武漢市重點城建項目，也是當前武漢在建規(guī)模最大的地下車庫聯(lián)絡(luò)道工程，通過地下環(huán)路有機串聯(lián)周邊核心商圈、大型商辦、高檔住宅，可有效將濱江核心商務(wù)區(qū)到發(fā)交通導(dǎo)入地下，在凈化地面環(huán)境、拓寬慢行空間、改善公交品質(zhì)、提升區(qū)域景觀、樹立城市形象等方面發(fā)揮著積極作用。本文著重介紹該項目在交通、建筑、基坑、防水、管理等各個環(huán)節(jié)的設(shè)計與施工創(chuàng)新點，并討論了相關(guān)技術(shù)問題，以期為同行提供參考和借鑒。