城市隧道結構設計實例

李 輝

(1.安徽理工大學，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執法局，安徽 淮南 232001)

城市隧道結構設計實例

李 輝1,2

(1.安徽理工大學，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執法局，安徽 淮南 232001)

結合淮南市城市車行隧道實例,闡述了隧道結構設計的內容和方法,提出了具體的結構設計和施工措施，以供相關技術人員參考借鑒。

城市隧道，結構設計，技術要求

1 項目概況

淮南市中央公園下穿隧道為長距離淺埋式隧道，隧道建筑長度為1 135 m。其中暗埋段長775 m，敞開段長360 m。全線隧道分為敞開段、暗埋段、敞開段的結構布置。暗埋段采用單箱雙室結構。

2 隧址區地質概況

3 隧道橫斷面設計

隧道主洞限界凈寬14.50 m,行車道凈高5.0 m，人行道凈高2.5 m，采用壁龕式局部加高矩形隧道內凈空高度。為了確保隧道的巡查、維修、救援的安全，隧道設置了2處人行橫洞，凈寬2.0 m，凈高2.5 m，采用直墻式斷面。隧道含敞口段長度超過1 km，根據消防部門意見，隧道中部設置1處車行橫洞。車行橫洞采用凈寬4.0 m，凈高4.5 m直墻式斷面。

4 主體結構設計

隧道主體結構物按永久性建筑物設計，結構設計應充分考慮施工階段投資節省、進度符合要求并滿足施工工藝的要求，使用階段結構安全可靠、運用維修經濟節省，按照承載能力極限狀態及正常使用極限狀態的要求，進行承載力、穩定、變形、抗浮、抗裂及裂縫寬度等方面的檢算。結構設計按人防Ⅵ級的抗力標準進行驗算。

1)結構自重：鋼筋混凝土重度γ=26 kN/m3。

2)活荷載：汽車荷載采用“BZZ-100”荷載。

3)人群荷載采用3.5 kN/m2。

4)地面超載：按20 kPa計算，并考慮擴散后作用在地下結構上。對于下穿道路的段落，道路荷載按“BZZ-100”荷載計算，并考慮擴散后作用在地下結構上。

5)地震荷載：按7度地震設防，采用等代靜荷載法，包括：結構本身、結構上方土柱的慣性力以及側向土壓力的增量。

6)人防荷載：Ⅵ 級。

7)隧道施工引起的地面變形和沉降控制標準：地面變形沉降量控制在20 mm以內，隆起量控制在10 mm以內。

8)防水混凝土結構的裂縫寬度控制在0.2 mm以內。

9)隧道結構一般進行橫斷面方向的受力計算，遇到覆土荷載沿隧道縱向有較大的變化或基底地層或基礎有顯著差異情況時，則應對其縱向強度和變形進行分析。

10)結構的安全等級為一級。按荷載效應基本組合進行承載能力計算時重要性系數取γ0=1.1。

11)結構防水等級及標準：隧道防水等級為二級。

結構設計中應根據基坑的保護等級和允許變形的控制標準，嚴格控制基坑開挖引起的地面沉降量和水平位移，防止過量的地面變形對周圍建筑及地下構筑物和市政管線造成危害。

隧道主體結構設置環向施工縫及縱向變形縫，均采用PVC背貼式止水帶加中埋式橡膠止水帶，兩道防水，且嵌縫材料要求防水。變形縫間距在25 m～40 m。另外在地基有較大差異處，在結構截面有顯著變化處必須設置變形縫。

5 洞門設計

在考慮盡量少刷坡和隧道“早進洞、晚出洞”的要求下，隧道南北兩端洞門均選擇接長明洞設置城墻式洞門,U形槽兩側邊墻采用浮雕進行裝飾，以利于今后植被恢復及洞口景觀設計。洞門設計可以根據最終景觀設計的要求進行適當修改。

設計采用三維固土網植草綠化方式進行隧道洞口的邊坡及仰坡防護，臨時仰坡根據地質勘察報告采用錨、網、噴混凝土進行防護。隧道洞口邊仰坡施工時，開挖后應及時按設計施作防護，隧道進洞開挖前，必須完成洞口管棚及洞頂排水設施，以保證邊仰坡的穩定、安全。

6 特殊洞身結構設計

1)明洞工程:為了減少路基開挖形成的高邊坡等病害對隧道口的威脅，以及城市隧道洞口景觀設計的需要，本隧道兩端洞口均設置了明洞一般襯砌，明洞采用C25鋼筋混凝土結構。全隧道右線共設置明洞129 m。

2)洞身淺埋段暗挖處理:隧道南端左右線洞口段埋深較淺，地質較差，施工時，洞口段采用超前大管棚作為超前支護，洞內采用小導管作為超前支護，盡量減少對圍巖的擾動。

3)洞身下穿人防通道段處理:本隧道需穿越已建人防通道，隧道的修建必須保證人防通道的結構安全穩定。本次設計主要考慮加強初期支護，控制圍巖變形。施工時，采用臺階分步法開挖，爆破采用預裂爆破技術，做到“短進尺、弱爆破、勤量測”。

4)隧道洞口左右線小間距段的處理:本隧道受線形控制的影響，左右線進出口段間距較小，不滿足規范規定的普通分離式隧道要求,設計時通過計算分析以及參考相關工程經驗，決定對此段隧道結構不做特殊加強，施工可采用雙側壁導坑法開挖，保證左右隧道開挖掌子面間距20 m～30 m(可根據量測實際情況調整)，并加強隧道監控量測，以保證結構穩定及施工安全。

7 結構抗浮設計

抗浮計算考慮施工期和運營期結構抗浮最不利工況進行穩定性驗算。考慮基坑圍護采用放坡方案，計算均不考慮側壁摩阻力，U形槽及暗埋段抗浮安全系數不小于1.10；湖底段不小于1.15。

根據地質勘察報告，抗浮驗算地下水位取地面以下1 m，湖中段結構水位按最大蓄水高度計算。經計算，除湖底暗埋段外，其他暗埋段均能滿足自抗浮要求。隧道敞開段長360 m，經計算大部分敞開段結構在地下水位恢復后存在抗浮能力不足問題。設計按湖底段抗浮系數不小于1.15，敞口段抗浮系數不小于1.1考慮，采用鉆孔灌注樁做抗拔樁來滿足抗浮要求，即在結構下設置不同數量和深度的鉆孔灌注樁。

8 結構工程材料

主體結構采用C35防水鋼筋混凝土(抗滲等級P8)，抗拔樁采用C35鋼筋混凝土，主體結構采用鋼筋HRB335，抗拔樁鋼筋HPB235，HRB335。

9 注意事項

1)施工單位在施工前應仔細閱讀設計文件，隧道施工必須嚴格執行JTJ 042—94公路隧道施工技術規范的各項規定要求。2)本隧道南端洞口段地質條件較差，埋深淺，施工前應先做好邊仰坡防護，確保其穩定，方可進行主洞開挖，施工時若發現其與設計不符，應在研究處理過后，方可重新施工，以確保施工安全。3)復合式襯砌施工時，必須嚴格執行圍巖的監控量測程序，并以圍巖的監控量測信息指導設計與施工，修正圍巖預留變形量。修正設計參數應注意以下事項：首先，根據一個斷面的量測信息結果，進行設計參數修正，只適用于該斷面前后不大于5 m的同級圍巖地段；其次，隧道較長地段同類圍巖設計參數的修正，特別是降低設計參數，必須不少于三個斷面的量測信息為依據。按修正后的設計參數進行開挖的地段，其設計參數的正確性和合理性仍應根據量測信息分析予以驗證。4)初期支護鋼支撐與圍巖應密貼，超前導管以下和開挖輪廓之間局部掉塊必須用噴射混凝土充填密實。5)初期支護中，根據圍巖量測結果，分4層～6層噴射混凝土，在先期噴射混凝土表面發現有束流地下水處，采用Ω彈簧排水管貼面排水，并在排水管外周低壓噴射混凝土及時封閉，使其與隧道襯砌墻腳縱向排水管連通，要求初期支護完成后，表面基本無滲漏現象，才能進行防水層的施工。6)隧道施工時必須作好后期各種設備預埋件的埋設工作。7)隧道施工必須嚴格按照JTJ 076—95公路工程施工安全技術規范執行，要求安全施工，避免傷亡和設備受損。

10 混凝土監測與控制措施

1)隧道運營期間養護參照JTG H12—2003公路隧道養護技術規范執行。

2)在結構內重點部位分別設置不同預埋式耐久性無損監測傳感系統(腐蝕監測傳感器及其測讀器)。

[1] 李 剛,黎 丁.廣州城市隧道結構設計與景觀優化探討[J].山西建筑,2010，36(11)：57-59.

[2] 張 京,胡 鵬,李國峰.城市隧道結構設計研究[J].地下空間與工程學報,2014(S1)：95-97.

[3] 王中岳.軌道車站及地下空間行人仿真模型速度研究[A].面向低碳經濟的隧道及地下工程技術——中國土木工程學會隧道及地下工程分會隧道及地下空間運營安全與節能環保專業委員會第一屆學術研討會論文集[C].2010.

[4] 張季超,劉 晨,劉茂龍,等.廣州珠江新城地下空間關鍵技術應用研究[A].第19屆全國結構工程學術會議論文集(第Ⅰ冊)[C].2010.

[5] 陳七林.城市連拱隧道的結構設計與施工要點[J].福建建筑，2011(5)：83-85.

The urban tunnel structure design examples

Li Hui1,2

(1.AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001,China；2.HuainanAdministrativeLawEnforcementBureau,Huainan232001,China)

Taking Huainan city urban tunnel as an example, expounds content and method of tunnel structure design, structure design and construction measures are proposed, to serve as a reference for technical personnel.

city tunnel, structure design, technical requirements

2015-03-26

李 輝(1970- )，男，在讀工程博士

1009-6825(2015)16-0195-02

U459

A