鄭州市京廣北路隧道設計綜述

李選棟，申國朝

（鄭州市市政工程勘測設計研究院，河南鄭州 450046）

1 概述

1.1 概況

鄭州市京廣快速路是市區南北向第一條快速通道，規劃南起西南繞城高速，北至連霍高速，項目一期（南三環～北三環）已建成通車，二期南北延長線部分正在建設。

京廣北路隧道是京廣快速路系統的一部分，處于快速路南段，距火車站西廣場約300 m（見圖1）。該隧道作為城市南北快速路，可解決火車站地區過往旅客快速集散疏解問題。

圖1 工程地理位置圖

京廣北路隧道主線全長1835 m，暗埋段（隴海路～中原路）長度1360 m，敞開段長度475 m，設四個平行式進出口匝道。工程造價約5億。工程2009年12月17日開工，2012年4月28日竣工通車。

1.2 地質水文條件

場地位于鄭州市西南部，地貌單元為山前沖積鄭州西部傾斜平原，地貌單一，地形較平坦。場地范圍內地層結構主要為粉土、粉質黏土及粉細砂。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15 g，設計地震分組為第一組。

場地地下水穩定水位埋深11.8～15.7 m，歷史最高水位埋深約10.0m。

2 設計原則和技術標準

2.1 設計原則

（1）滿足城市規劃、環境保護、施工工藝、運營管理、防水、防腐蝕等耐久性要求，符合技術先進、安全適用、經濟合理與確保質量的要求。

（2）結合場地周圍建筑物、管線分布狀況，基坑支護要求作到安全、快捷和便于結構施工。同時，充分論證施工期間道路保通方案，合理選擇保通措施。

（3）與地鐵一號線交叉處，兩結構之間距離符合安全凈距要求。

（4）重視隧道運營、安防系統設計，便于后期運營管理。

2.2 技術標準

（1）規劃道路等級：城市快速路；

（2）結構使用年限：100 a；

（3）結構安全等級：一級；

（4）結構防水等級：二級；

（5）基坑側壁安全等級：二級；

（6）設計活載：公路—I級，地面堆載：20 kPa；

（7）結構抗震設防烈度：7度，地震動峰值加速度：0.15g；

（8）設計車速：60 km/h；

（9）設計凈空：4.5 m。

3 工程總體布置

3.1 平面布置

京廣北路隧道沿現狀道路布置，于隴海路南側入地，向北過中原路后出地面，在隴海路～中原路之間為全暗埋段，在近兩交叉路口處分別設置一對進出口匝道，實現和隴海路、中原路地面交通之間的聯絡和轉換（見圖2）。

圖2 總平面布置圖

3.2 縱斷面布置

隧道結構與地鐵一號線間安全凈距和地面道路管線敷設為埋深的主要控制要素。在此基礎上，盡量減少埋深，降低投資。縱斷面布置整體呈北高南低趨勢，縱坡要求不大于4.0%，覆土厚度控制不小于1.8 m，結構底板底距離地鐵結構頂約3.7 m，符合地鐵建設部門不小于3.0 m的要求。

3.3 橫斷面布置

橫斷面為雙向六車道布置，標準段單孔凈寬13.1 m，匝道孔凈寬7.0 m，主線接匝道處單孔寬度增至21.1 m。

隧道凈空限界4.5 m，頂部預留1.5 m拱形空間布置燈具、射流風機等機電設備（見圖3）。

圖3 斷面布置圖（尺寸單位：cm）

4 保通方案和基坑支護

4.1 保通方案

隧道處于火車站附近，為解決開挖施工期間周邊居民及過往旅客通行問題，在基坑東側留10 m寬施工便道，保證南北向雙向兩車道通行。

隴海路、中原路是西區通往火車站的必行之道，車流量大，隧道與兩條主干路交叉處，開挖期間不能斷行，且路口覆土厚度僅有1m左右，不具備暗挖條件。

隴海路交叉口，拆遷較順利，采用倒邊開挖施工，解決了交叉口正常通行。

中原路交叉口，東側緊臨既有下穿鐵路地道，北側距離現狀小區建筑物近，無法倒邊，采用蓋挖順作法施工。開挖時在路口架設了一跨39 m鋼便橋，雙向八車道，采用“321”貝雷片拼裝而成，安拆容易，可回收利用，在隧道開挖施工的兩個月時間內，較好地保障了路口的通行（見圖4）。

圖4 中原路口保通便橋

4.2 支護方案比選

本基坑為帶狀，標準寬度31 m，匝道段最大寬度約52 m，坑深約9.7 m（泵房處深13 m）。基坑兩側主要分布著鐵路系統家屬院、招待所、加工廠等建筑，周邊建筑物分布密集，拆遷量大，工期緊張。

基坑開挖深度范圍內分布土層為粉土、粉質黏土，且地下水位較深，因此，基坑支護方案主要從鄭州地區常用的樁撐方案和樁錨方案進行對比（見表1）。

表1 基坑支護方案對比

由表1對比，樁錨支護在工期、造價方面優勢明顯，但其對周邊環境要求較高。經調查，基坑兩側建筑物建筑年代較早，基本無地下室，基本不影響錨索布置。同時，距離基坑兩側較近的雨水管線埋深約2 m，可通過調整上層錨索布置來合理避開。

經分析，場地環境條件基本不影響樁錨方案實施，且樁錨支護體系在工期、造價等方面優勢較明顯，故基坑支護選用了樁錨支護方案。

4.3 支護方案設計

基坑支護排樁選用d700 mm混凝土灌注樁，樁中心間距1100 mm（見圖5），樁頂設900 mm×600 mm混凝土冠梁。

圖5 支護結構平面布置（單位：mm）

錨索選用了4φs15.2鋼絞線，采用“錨二跳一”方式布置，平均間距1.65 m，夾片錨具，注漿體采用Po42.5號純水泥漿，二次劈裂注漿。

樁間土采用外掛鋼絲網噴射混凝土防護（見圖6），然后砌襯墻保護，防止錨頭刺穿防水材料。隧道結構施工時，襯墻表面砂漿找平作為結構外墻外模使用。

圖6 基坑支護

5 隧道結構設計

5.1 主體結構

隧道結構采用雙折板拱形鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級C40（摻抗裂劑，抗滲等級P8），頂板、側墻厚度0.8 m，底板厚度1.0 m。敞開段采用U型槽結構。結構縱向節段長度按30 m控制，地下水位處于結構底板以下，無需考慮抗浮安全。

5.2 結構防水

防水設計遵循“以自防水為根本，接縫防水為重點，多道防線，綜合治理”的原則，外防水采用外包自粘防水卷材，接縫處設中埋式、背貼式止水帶防水，變形縫內嵌填PE發泡板，聚硫密封膠密封。洞內在側墻、頂板變形縫處安裝不銹鋼接水盒，對可能發生的少許滲漏進行截排。

5.3 路面結構

采用復合式路面結構，首先在結構底板上鋪設C30混凝土調坡層，然后鋪5 c m AC-16C中粒式瀝青混凝土（摻0.4%抗車轍劑）+4 cmAC-13C細粒式瀝青混凝土。

6 地下防空洞處理

經調查勘測，隧道西側分布有7501地下人防通道，洞頂距離隧道底板2～5 m，報主管部門批準后，采取廢棄填埋處理。處理措施采用鉆孔向洞內灌注砂石填料，然后進行高壓注漿，確保不影響結構基礎安全。

7 運營系統設計

7.1 排水系統

排水系統主要考慮排除雨季敞口段匯水、汽車帶入隧道內的地面積水、日常沖洗廢水、消防廢水和少許滲漏水。

（1）遵循“高水高排、低水低排”的原則，優化路線設計，縱斷面設計時在洞口設阻水反坡，最大程度地阻止雨季地面積水倒灌入隧道內。

（2）實施截排結合，行車道右側設置矩形排水邊溝，積水沿路面橫坡流入邊溝后，隨縱坡度通過橫向截水溝匯入泵站積水池內，通過水泵提升，最終進入地面排水管網排出。

（3）全線設兩座排水泵站，泵站采用地下附建式，布置在隧道西側，每座泵站設3臺水泵，兩用一備，泵站具備自動控制功能，積水池內積水達到一定深度，泵站可自動啟動，及時排除積水。

7.2 消防系統

消防系統含固定水成膜泡沫滅火系統、消火栓系統和滅火器。消防水源通過市政給水管網引入，在隧道中部東側設置地下附建式消防泵站一座，消防水池容積50 m3，設立式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備。

固定水成膜泡沫滅火裝置水壓要求高，通過消防泵房二次加壓后供給。消火栓系統直接通過給水管網供水，固定滅火器采用便攜式磷酸銨鹽干粉滅火器，每組滅火器箱設4具。

7.3 通風系統

本隧道受地面道路斷面布置限制，無法采用豎向通風，采用全射流縱向通風。每個斷面單孔3臺風機為一組，風機選用φ1100雙向可逆射流風機，葉輪直徑900 mm。

7.4 供電系統

本工程緊鄰火車站西廣場，電源由廣場地下車庫內10 kV專用配電所引入。考慮隧道長度及供電半徑，設變電所一座，與中央控制室合建。

7.5 照明系統

隧道照明分為基本照明、加強照明和應急照明。為節約用電，選用LED燈具作為標準段基本照明，由于入口加強段亮度要求高，同時為保證霧天洞口的通透性，設計采用高壓鈉燈作為出入口加強照明，洞市內應急疏散、交通誘導及消防、緊急電話等各類電光指示標志照明屬應急照明，以LED作為內置光源。

隧道洞口各設一組亮度檢測儀作為傳感器，對照明亮度進行實時監控調節，以節約能耗。

7.6 監控系統

隧道中央控制室設在火車站西廣場地下空間內。

監控系統包含交通、排水、供電照明、閉路電視、有線廣播、緊急電話、通風排煙、火災檢測與報警等各個子系統，所有子系統實時監控信息通過光纜傳輸至中央控制室中顯示（見圖7），并統一進行管理與控制。

圖7 中央控制室監控中心

7.7 防災系統

防災系統以“預防為主，防消結合”為基本方針，系統考慮在災害發生情況下的快速疏散、緊急救援需求，力爭將損失降到最低。

（1）頂板防火內襯為隧道專用防火板，要求采用RABT標準升溫曲線測試，耐火極限不小于2 h。

（2）隧道雙孔作為兩個獨立的防火分區，在中墻處共設置3處車行（兼人行）橫通道，2處人行專用橫通道，便于通過相鄰孔救援、逃生和疏散。車行橫通道（兼人行）尺寸4.0 m×4.5 m，洞門設防火卷簾；人行專用橫通道尺寸2.0 m×2.5 m，洞門設甲級鋼質防火門。

（3）消防、排水、通風排煙等子系統可實現有效聯動控制，一旦隧道內有災情發生，可迅速實現控制風機、水泵、應急照明、報警、防火門（卷簾）、交通誘導等設備的自動啟停操作，便于災情發生時的營救組織。

8 建筑裝飾

本隧道擯棄常規的掛板圍蔽裝飾作法，結構要求按清水混凝土標準澆注實施。最后，在墻面涂刷清水氟碳保護涂料（見圖8），并增加分格、色帶處理，實現色彩變化，克服駕乘人員在長隧道內通行時的恐懼感、枯燥感和壓抑感。

圖8 建成后隧道內實景

清水混凝土裝飾作法即改善了通行環境，又落實了低碳環保的設計理念，也保護了混凝土結構的耐久性。

9 總結

京廣北路隧道作為河南省第一條城市長隧道，隨著歷時兩年的建設實踐和通車以來良好的運營效果，感觸頗多，簡要總結如下：

（1）城市隧道在綠色環保、環境和諧和節約道路資源等方面優勢明顯，可作為解決城市快速交通時有力的競爭方案，供政府決策選用。

（2）選擇合適的施工工藝、基坑支護形式和保通方案是城市隧道建設應充分論證和解決的首要問題。本隧道選用的支護形式和保通方案高效快捷，可供今后類似項目借鑒。

（3）長隧道設計是龐大的系統工程，各專業工種間的銜接和配合應引起設計者高度重視。本次設計系統功能完善，各接口銜接順暢，自動化程度高，為后期日常維護、應急救援等管理工作創造了便利條件。

（4）本次設計首次在城市長隧道中應用清水混凝土裝飾，低碳環保，取得了有益的探索和嘗試。

（5）本隧道雖已竣工通車，但尚未經歷惡劣天氣、災情等極端條件的考驗，所以，具體效果還需一定的運營周期才能得到進一步檢驗。

[1]申國朝.鄭州京廣北路隧道深基坑優化設計探討[J].公路,2012(10).

[2]錢邵彥.蘇州市北環路隧道工程體系設計綜述[J].城市道橋與防洪,2010(3):63-68.

[3]施政,張毅,顧聞.沈陽市五愛隧道工程設計綜述[J].地下工程與隧道,2008(3).