淺談城市交叉口下穿隧道設(shè)計

莊代文，彭 洪

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院，四川成都610081)

隨著社會經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，機動車保有量高速增長，交通日益擁堵，城市交通也面臨巨大的壓力。道路節(jié)點是城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,也是道路交通瓶頸，其設(shè)置合理與否直接關(guān)系到相關(guān)線路乃至整個路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮。為疏解交通擁堵，在城市干道節(jié)點上越來越多地采用立體交通形式，因下穿隧道具有對城市景觀和噪音干擾小的等特點，近年在城市道路建設(shè)中逐漸增多。

城市交叉口下穿隧道一般由兩側(cè)敞口段和隧道框架段組成，敞口段兩側(cè)設(shè)置輔道及慢行系統(tǒng)與被交道路平面交叉。一般來說，設(shè)計工作主要包括總體、平縱橫、結(jié)構(gòu)、基坑、排水、交通、裝飾、機電等專業(yè)。

2 前期調(diào)查工作

目前大多數(shù)城市下穿隧道為既有道路改建，因此受現(xiàn)狀道路、用地紅線、管線、景觀等諸多因素限制。設(shè)計工作開始前，需收集現(xiàn)狀交通流量以及路網(wǎng)規(guī)劃，以支撐斷面設(shè)計以及制定臨時交通組織方案。同時，除進行地質(zhì)勘察、測量外，還應(yīng)對區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀管線作充分調(diào)查，除查詢相關(guān)資料外，還需通過現(xiàn)場物探等措施，盡量保證調(diào)查成果的可靠性，在設(shè)計前擬定妥善的避讓、改遷方案，保證設(shè)計的合理。

2 城市交叉口下穿隧道設(shè)計要點

2.1 橫斷面設(shè)計

城市交叉口下穿隧道一般采用矩形橫斷面，主要由邊墻、中墻、車行道、檢修道、路緣帶、余寬、排水邊溝、裝修層等組成。隧道內(nèi)橫斷面布置不僅應(yīng)滿足道路建筑限界要求，還應(yīng)滿足機動車道的行駛的安全、舒適和防災(zāi)等要求。

2.1.1 車行道、路緣帶寬度

車行道數(shù)應(yīng)根據(jù)上位規(guī)劃、功能定位、交通量預(yù)測、道路紅線等多方面的因素進行綜合考慮。車行道及路緣帶寬度應(yīng)結(jié)合根據(jù)《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》對應(yīng)速度、標準選取，并與路段一致。

2.1.2 檢修道

僅布置機動車道的隧道，應(yīng)在右側(cè)設(shè)置檢修道，寬度宜為0.5～0.75 m，并結(jié)合隧道裝修設(shè)置。當(dāng)單孔機動車道小于4條時，左側(cè)可不設(shè)置檢修道，但應(yīng)設(shè)置0.25 m余寬(護輪帶)，否則左側(cè)也應(yīng)設(shè)置檢修道。一般對于短隧道，為檢修道可取0.5 m，對于特長、長及中隧道，在保證一定車速安全通行的同時，還需考慮消除或減少隧道邊墻給駕駛員帶來“恐之沖撞”的心里影響(“側(cè)墻效應(yīng)”)，檢修道寬度應(yīng)取0.75 m。檢修道及余寬高度宜按速度、隧道長短等因素選取，見表1。

表1 檢修道及余寬高度設(shè)置表 cm

2.1.3 隧道凈高

規(guī)范要求機動車道最小凈高為4.5 m，但根據(jù)實際建設(shè)、使用經(jīng)驗，快速路、主干路以及重要的次干路隧道車行凈空宜取5 m，次干路及支路宜取4.5 m。通常，還應(yīng)考慮遠期隧道路面加鋪罩面，預(yù)留一定的余高，同時還應(yīng)根據(jù)隧道設(shè)計標準，考慮照明、通風(fēng)、消防、交通設(shè)施等空間。以下為成都市區(qū)某隧道工程，為城市主干路，雙向6車道，設(shè)計速度速60 km/h，車行凈高5 m，結(jié)構(gòu)凈高5.1 m。

敞口段橫斷面組成為：3.5 m(人)+10.25 m(輔)+0.5 m(護欄)+0.6 m(檢、裝)+11.5 m(機)+0.8 m(護欄)+11.5 m(機)+0.6 m(檢、裝)+0.5m(護欄)+10.25 m(輔)+3.5 m(人)=53.5 m，見圖1。

圖1 敞口段標準橫斷面設(shè)計(單位：cm)

框架段橫斷面組成為：0.8m(墻)+0.6m(檢、裝)+11.25m(機)+0.35m(余寬)+0.6m(墻)+0.35m(余寬)+11.25m(機)+0.6m(檢、裝)+0.8m(墻)=26.1m，見圖2。

圖2 框架段標準橫斷面設(shè)計(單位：cm)

2.2 平面線形設(shè)計

平面設(shè)計主要包括主線隧道和輔道，在實際設(shè)計中，往往重視主線隧道的平面線形而忽視地面輔道的平面交通組織，筆者認為輔道交通組織則更為重要。

通常輔道與被交道路平面交叉，交通組織方案關(guān)系整個隧道功能，也是隧道框架段長度控制性因素之一。設(shè)計時，需重點考慮：輔道調(diào)頭車道、慢行系統(tǒng)、輔道左轉(zhuǎn)車道、安全距離等因素。同時，必須考慮下穿隧道建設(shè)后，地面層信號燈通常由4相位調(diào)整為3相位，即減少了原隧道直行方向交通，輔道需同時左轉(zhuǎn)，不僅要滿足轉(zhuǎn)彎半徑、車道數(shù)，還需滿足之間的安全距離。

如圖3所示，為某典型城市交叉口下穿隧道地面層交通組織，隧道框架段總長76 m，交叉口進口道均拓寬車道，車行及慢行系統(tǒng)有序，滿足各個方向交通功能需求。

圖3 平面交通組織

2.3 縱斷面線形設(shè)計

隧道縱斷面設(shè)計主要涉及到隧道埋深、結(jié)構(gòu)尺寸、行車凈空、橫過管線、覆土厚度等幾個方面的因素。在滿足功能需求、規(guī)范及舒適性條件下，控制縱坡坡度，盡可能縮短隧道長度，節(jié)約造價。隧道豎向設(shè)計應(yīng)考慮在道路與隧道敞口段相接處設(shè)置“駝峰”反坡形式，減少隧道匯水面積，對于不能設(shè)置時，考慮加強道路排水措施。

根據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》隧道內(nèi)最大縱坡不宜大于3 %，困難時不應(yīng)大于5 %。根據(jù)實際經(jīng)驗，針對城市交叉口下穿隧道，需考慮行車舒適性、工程造價等多方面因素，縱坡宜取4.5 %左右，但受到限制條件時，可以取5 %。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

擋墻結(jié)構(gòu)是普遍采用的一種形式，通過在基坑兩側(cè)設(shè)置擋土墻形成隧道敞口段，該種形式具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、施工快、易于維護的特點，因此應(yīng)用廣泛。但對于降雨量大，地下水位高、地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)需慎重考慮，易出現(xiàn)擋墻側(cè)壁漏水，路基路面病害較多等問題。

U形船槽結(jié)構(gòu)也是普遍采用的另外一種形式，通常采用防水鋼筋混凝土澆筑U型船槽結(jié)構(gòu)，底部及側(cè)面均放置防水材料。該結(jié)構(gòu)常應(yīng)用與地下水豐富、地質(zhì)情況較差的地區(qū)，能完全阻隔地下水的侵入，經(jīng)久耐用、結(jié)構(gòu)可靠性高，當(dāng)然該種結(jié)構(gòu)投資較大，施工相對較復(fù)雜，必須考慮抗浮問題。

敞口段結(jié)構(gòu)形式應(yīng)對用地、投資、地質(zhì)、水文、景觀等情況綜合考慮，通常采用擋墻和U型船槽組合結(jié)構(gòu)形式，在常水位以上采用普通擋墻并加強排水，以下采用U型船槽結(jié)構(gòu)。用地條件允許，起點段可局部結(jié)合綠化采用基坑放坡形式，例如中山市博愛路與興中路交叉口下穿隧道。

城市道路下穿隧道框架段一般采用箱體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須考慮抗浮問題。

隧道框架段和U型船槽段結(jié)構(gòu)宜結(jié)合道路橫坡、超高設(shè)置，減少調(diào)平層混凝土量。U型船槽與擋墻路基銜接處應(yīng)進行加固設(shè)計，設(shè)置搭板和過渡板，各層瀝青混凝土中鋪設(shè)玻纖格柵，緩解路面反射裂縫。隧道坡道瀝青混凝土中面層混合料應(yīng)添加抗車轍劑。對于中、長及特長隧道，鋪裝采用瀝青混凝土?xí)r，應(yīng)添加阻燃劑，例如成都市紅星路南延線下穿隧道，長2 115 m，上面層摻加5 %～8 %改性瀝青重量的阻燃劑，并要求阻燃改性瀝青氧指數(shù)OI≥23%。

2.5 排水系統(tǒng)

下穿隧道排水系統(tǒng)一般由雨水收集系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、泵站、出水管道等組成。近年，時常發(fā)生城市下穿隧道淹水情況，造成生命、財產(chǎn)重大損失，因此排水設(shè)計是隧道工程成功與否的關(guān)鍵。

由于城市下穿隧道周圍用地緊張，部分隧道將泵房布置于地下，日常維護通過隧道檢修道進出，雖然表面上有效地解決了用地問題，但當(dāng)遇到特大暴雨及突發(fā)事件時，隧道一旦淹水，勢必造成泵站機房進水，存在極大安全隱患。例如廣東沿海某下穿隧道，遭遇強降暴雨，外圍排水出口不暢，造成隧道及泵房均進水無法運行，排水出口疏通后，仍需其它抽水設(shè)備降水后才能對隧道水泵進行維修。

因此，根據(jù)成都市近年來建設(shè)、管理部門經(jīng)驗，下穿隧道雨水重現(xiàn)期按P≥30年計取，通常采用地下設(shè)置集水池、地面設(shè)置泵房形式，泵站出水需建設(shè)獨立的雨水系統(tǒng)進入市政雨水干管、溝渠，保證出水通暢。

2.6 附屬設(shè)施設(shè)計

城市下穿隧道在滿足交通功能的同時，還需考慮其內(nèi)外 建筑裝飾，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，敞口段常采用花崗石貼面、浮雕貼面、油漆刷面等；框架段可采用防火漆頂、秀壁板內(nèi)墻裝飾等。另外，隧道內(nèi)照明、通風(fēng)、監(jiān)控、消防可根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進行布置，建議相關(guān)機電設(shè)備與排水泵房結(jié)合設(shè)置，便于維護管理。

3 結(jié)束語

如今城市道路交叉口建設(shè)中，下穿隧道應(yīng)用日益廣泛，也是應(yīng)對城市交通的良好選擇之一。下穿隧道是城市交通的重要節(jié)點，在設(shè)計過程中應(yīng)考慮全面、慎重對待，前期調(diào)查要詳細，在重視“結(jié)構(gòu)”設(shè)計的同時，要認真分析功能需求，做好“平、縱、橫”、交通組織和排水設(shè)計的同時，也要注重細節(jié)處理，設(shè)計中要進行充分的方案比較，應(yīng)盡量避免因設(shè)計考慮不周，帶來交通功能不足以及隧道相關(guān)病害出現(xiàn)。

[1] 劉新民.城市汽車地下通道設(shè)計的幾點體會[J].城市道橋與防洪，2010，(2)

[2] 蘇功軍.淺析城市下穿地道排水系統(tǒng)設(shè)計[J].城市道橋與防洪，2010，(3)

[3] JTG D70-2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[S]