天津海河沉管隧道橫斷面方案選擇

袁有為，王艷寧，史慶春

（1.同濟(jì)大學(xué)，上海市200092；2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300051）

1 概述

中央大道海河隧道工程位于天津市濱海新區(qū)于家堡中心商務(wù)區(qū)和東西沽地區(qū)，是溝通濱海新區(qū)中心商業(yè)區(qū)海河南北兩岸的重要通道。

該工程北起中央大道勝利路與新港三號(hào)路交口，南至津?yàn)I大道立交，以隧道的形式穿越了新港路、規(guī)劃永太路、規(guī)劃友誼路、規(guī)劃于新道、規(guī)劃南大街、海河、規(guī)劃濱河南路、津沽公路等，在津沽公路南側(cè)升至地面，路線全長約4.132km。穿越海河采用沉管法施工工藝，沉管段總長255m，見圖1。

圖1 海河隧道平面圖

2 橫斷面設(shè)計(jì)原則

管段建筑橫斷面設(shè)計(jì)以充分利用空間為原則，滿足隧道正常運(yùn)營、故障檢修、事故安全疏散等多種工況的功能要求,并能滿足管段浮運(yùn)時(shí)所需干舷高度、運(yùn)營階段抗浮安全等要求。橫斷面設(shè)計(jì)包括隧道建筑限界、設(shè)備設(shè)置空間、安全疏散設(shè)施設(shè)計(jì)，并考慮適當(dāng)?shù)氖┕ふ`差和不均勻沉降預(yù)留量。

2.1 建筑限界

本工程按雙向六車道城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速60km/h。根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ37-90），車道寬度取3.75m+2×3.5m，通行凈高5.0m。車道兩側(cè)路緣帶寬0.50m，安全帶寬度0.25m，合計(jì)側(cè)向凈寬0.75m，結(jié)合《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004），可考慮在車道兩側(cè)設(shè)0.75m寬檢修道。因此在本工程中管段橫斷面建筑限界考慮了如下三種形式，見圖2～圖4。

圖2 橫斷面限界圖（一）：外側(cè)設(shè)檢修通道（單位：mm）

圖3 橫斷面限界圖（二）：不設(shè)檢修通道（單位：mm）

圖4 橫斷面限界圖（三）：兩側(cè)設(shè)檢修通道（單位：mm）

推薦采用不設(shè)檢修道方案，理由如下：由于我國的城市隧道規(guī)范正在編制中，隧道設(shè)計(jì)亦可借鑒《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》和已建成使用的隧道的設(shè)計(jì)情況，因海河隧道功能定位為城市主干道，不宜按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)。并根據(jù)已建成隧道的日常檢修情況來看，由于隧道頂部有大量設(shè)備，必須借助特殊車輛或設(shè)施登高維修。檢修時(shí)使用維護(hù)車輛進(jìn)入隧道，采用全面或局部封閉一條車道的方法，維修場地大，人員更安全；在實(shí)際維修作業(yè)中，檢修道利用率是比較低的。故本次建筑限界只考慮車道寬和側(cè)向凈寬的要求，不考慮人行檢修道。

2.2 設(shè)備空間

根據(jù)工藝要求，綜合考慮安全和美觀等因素，在橫斷面中需要考慮各種設(shè)備所需的布置空間，并設(shè)定相應(yīng)的設(shè)備限界。

管段橫斷面中的主要設(shè)備有以下幾種：車道信號(hào)燈、照明燈具、可變情報(bào)板、水噴霧器、揚(yáng)聲器、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、CO-Ⅵ檢測儀、各類設(shè)備箱、環(huán)形線圈、消防水管以及各種電纜。另外還需預(yù)留規(guī)劃部門提出的高壓電纜、Φ1000上水管和Φ1200供熱管等專用通道，并預(yù)留其它社會(huì)管線過海河的管位。

布置這些設(shè)備的原則是：

（1）不得侵入車輛通行限界。

（2）滿足各設(shè)備的工藝要求。

（3）維修保養(yǎng)方便。

3 國內(nèi)外已建沉管隧道橫斷面形式

國內(nèi)外沉管隧道橫斷面設(shè)計(jì)中多采用車道孔組合管廊的基本形式，見表1。對向行駛的車道宜分孔集中布置，不僅可減少因?qū)ο蛐旭傄鸬氖鹿剩ＷC行車安全，而且多車道可增加使用的靈活性；運(yùn)營設(shè)備和安全通道宜結(jié)合管廊設(shè)置，可減少車輛行駛對其的干擾，確保安全，具體形式見圖5～圖7。

4 橫斷面設(shè)計(jì)方案

根據(jù)選取的建筑限界、不同的管廊布置方案，確定適合于本工程的管段斷面形式。

4.1 方案一：兩孔三管廊方案

根據(jù)本隧道為城市主干道的定位標(biāo)準(zhǔn)，按照《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》，斷面設(shè)計(jì)中考慮在兩車道孔之間設(shè)中間管廊（縱向貫通），管廊內(nèi)分為電纜通道、縱向安全通道兼電纜日常檢修通道；西側(cè)管廊作為Φ1200供熱管專用通道，東側(cè)管廊作為高壓電纜和Φ1000上水管專用通道，由于上水管和供熱管在隧道上岸后即通過豎井引出地面，因此上岸后該兩側(cè)管廊不再布置，見圖8。

（1）車道孔設(shè)計(jì)

一個(gè)車道孔建筑限界寬度為:3.75m+3.5m×2+0.5m×2+0.25m×2=12.25m，再考慮側(cè)墻每側(cè)設(shè)備安裝寬度、建筑裝飾層厚度、水平施工誤差0.1m和0.15m后，車道孔凈寬：12.25m+0.10m+0.15m=12.50m；通行孔建筑限界高度5.0m，設(shè)備安裝高度0.65m，壓艙、路面厚度1.3m（包括豎向施工誤差）后，車道孔凈高：0.65m+5.0m+1.3m=6.95m。

（2）管廊設(shè)計(jì)

圖5 兩孔兩管廊方案

圖6 兩孔三管廊方案

圖7 兩孔一管廊方案

表1 國內(nèi)外沉管隧道斷面

中間管廊2.0m凈寬；東西兩側(cè)管廊1.8m凈寬，其中西側(cè)管廊上部作為其它社會(huì)管線的預(yù)留空間、下部布置Φ1200供熱管專用通道，管廊中部可敷設(shè)通訊電纜并作為檢修通道；東側(cè)管廊下部布置Φ1000上水管專用通道兼檢修通道，管廊中部可敷設(shè)通訊電纜并作為檢修通道，管廊上部布置高壓電纜；中間管廊下部設(shè)集水溝，消防水管和排水管布置在集水溝上，中部作為縱向安全通道和檢修通道，管廊上部作為電纜通道，布置隧道內(nèi)各種電纜。

管段孔頂、底板厚度分別為1.35m和1.40m，中隔墻厚度為0.6m，外側(cè)墻厚度為1.0m。管段外包寬度35m，外包高度9.7m。

4.2 方案二：兩孔兩管廊方案

兩孔兩管方案見圖9。

（1）車道孔設(shè)計(jì)

同方案一，此處不再贅述。

（2）管廊設(shè)計(jì)

中間管廊凈寬2.0m，管廊下部設(shè)集水溝，消防水管和排水管布置在集水溝上，中部作為縱向安全通道和檢修通道，管廊上部作為電纜通道，布置隧道內(nèi)各種電纜；西側(cè)管廊凈寬3.5m，下部布置Φ1000上水管和Φ1200供熱管專用通道，管廊中部作為縱向安全通道兼上水管和供熱管檢修通道，管廊上部為220kV超高壓電纜專用通道。

管段孔頂、底板厚度分別為1.35m和1.4m，中隔墻厚度為0.6m，外側(cè)墻厚度為1.0和1.2m。管段外包寬度34.5m，外包高度9.7m。

5 方案比選

兩種斷面布置形式均能隧道滿足交通功能的要求，根據(jù)管廊布置方式的不同，分為三管廊對稱布置、兩管廊不對稱布置兩種形式，在管段既定長度下，由表2中比較可明顯看出：

（1）方案一和方案二均能較好的協(xié)調(diào)隧道內(nèi)管線、社會(huì)管線和隧道功能之間的關(guān)系。

（2）方案一管段干舷高度適中，方案二管段干舷高度略偏大，抗浮安全系數(shù)尚顯不足，且由于管廊呈不對稱布置，斷面重心與浮力中心未完全重合，需通過管頂混凝土保護(hù)層厚度或者壓艙水箱水位調(diào)整來控制管段姿態(tài)，確保管段起浮、拖運(yùn)的安全。

（3）從兩個(gè)方案斷面形式綜合比較看，方案一管段體積略大，混凝土用量129.08m3/m，為方案二的1.035倍，而管段基槽浚挖量在57.8～58.1萬m3之間，基本相當(dāng)，因此從工程量角度而言兩個(gè)方案沒有很大的差異。

圖8 兩孔三管廊橫斷面圖（單位：mm）

圖9 兩孔兩管廊方案橫斷面（單位：mm）

表2 橫斷面設(shè)計(jì)方案綜合比選表

6 結(jié)論

（1）沉管隧道的橫斷面設(shè)計(jì)應(yīng)以充分利用空間為基本原則，滿足隧道正常運(yùn)營、故障檢修、事故安全疏散等多種工況的功能要求。

（2）在凈空一定的情況下，為了保證管段浮運(yùn)時(shí)的干舷高度、運(yùn)營階段抗浮安全等要求，頂?shù)装寮皞?cè)墻的厚度需要通過計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。

（3）一個(gè)適宜的橫斷面必須能夠很好的協(xié)調(diào)隧道內(nèi)管線、社會(huì)管線和隧道功能三者之間的關(guān)系。

[1]王艷寧，熊剛.沉管隧道技術(shù)的應(yīng)用與現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2007(4):1-4.

[2]陳韶章,陳越,張彌.沉管隧道設(shè)計(jì)與施工[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[3]管敏鑫,嚴(yán)金秀,唐英.沉管隧道技術(shù)在我國的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1999,18(增):1000-1004.