橫琴島第三通道下穿立交復雜結構節點設計

黃天榮

（上海市城市建設設計研究總院，上?！?00123）

橫琴島第三通道下穿立交復雜結構節點設計

黃天榮

（上海市城市建設設計研究總院，上海200123）

以橫琴島第三通道為例，闡明了越江通道下穿立交復雜結構的節點設計。通過調整標高實現通道與下立交相交段合建，并將排洪箱涵設置在立交上方，解決了多個建（構）筑物交叉的技術難題；通過保留原結構進行人行通道改建、在下立交最低點設置雨水泵房以及對高壓燃氣管保護等節點設計，最大程度利用了原有結構與節約投資，實現了因地制宜的最優化設計；最后利用數值模擬驗證了設計的可行性。

越江通道；下穿立交；復雜節點；優化設計

0　引言

作為一種特殊的地下建筑物，隧道在交通聯系中扮演著重要角色。隨著人工島、海島的逐步開發與利用，由于隧道具有全天候服務等突出優點，近年來正逐漸成為連接島嶼的首選[1]。目前已有一定數量的相關研究與分析，但這些研究主要關注隧道結構本身[2-4]，而對通道與島上交接部位的研究還鮮有涉及。隨著我國城鄉一體化建設的加速，深入研究相關問題，對于建設類似項目、加速島嶼開發及提升我國水運及交通能級等[5]均具有積極意義。

1　工程概況

橫琴島第三通道是繼橫琴大橋、橫琴二橋后的主要越江通道，通道沿橫琴中路布置，在環島北路南側設置部分互通立交。由于環島路北路下立交位于地下一層、橫琴第三通道的上方，工程結構異常復雜。同時工程周邊還涉及排洪渠、人行過街通道、高壓燃氣管、現狀共同溝及電力隧道等已建工程，周邊情況相對復雜，相關位置見圖1。

圖1反映出，橫琴島第三通道周邊建（構）筑物眾多，環境異常復雜。由于隧道本身結構較為特殊，因此該項目結構設計難度較大，需要有針對地進行創新方能滿足項目設計要求。

圖1　項目位置及周邊環境Fig.1　Location of project and surrounding structures

2　設計原則

根據項目特征，從技術、經濟等角度出發，提出越江通道與島上交通連接的設計原則。

1）因地制宜

項目的場地特殊，周邊建筑及管線密集，需要從實際情況出發，有針對性地進行工程方案的設計與比選，結合技術先進、經濟合理進行分析，得出最適合于場址的設計方案。

2）地下空間集約利用

設計中需要整合原先分開考慮的各單體設計，以實現地下空間資源的高度集約化整合利用。這樣既解決技術難題也可降低投資，適應建設環境友好型、資源節約型社會的要求。

3）注重周邊環境保護

項目周邊有的管線如高壓燃氣線為重大危險源，建設中稍有不慎便有可能釀成大禍。因此項目設計時，應注重對周邊建構筑物的保護，減少對已建工程影響，以確保項目建設安全。

3　主要節點設計

基于上述原則，對橫琴島第三通道下穿立交復雜結構進行節點設計研究，通過方案提出、比選與論證等，最終得出各關鍵節點的設計方案。以下就主要結構節點設計逐一進行介紹。

3.1下穿立交節點

由于通道所在的橫琴中路與環島北路近似正交，故橫琴島第三通道與下穿立交節點設計至關重要。考慮到環島北路下立交為雙跨鋼筋混凝土箱型結構，雙向六車道，單跨結構內凈尺寸為12.35 m×5.25 m。此處地面標高約為4.00 m，下立交底板底標高約為-6.40 m，橫琴三通道明挖段頂板底標高約為-6.70 m。通過將下立交底板底標高下降至-6.70 m與三通道頂板共用，兩者相交段采用合建的形式，在相交段兩端預留下立交接口，可以達到最大集約化利用地下空間資源的目的。工程的地下道路結構與橫琴三通道預留結構銜接，兩端接地處與現狀道路接順，詳見圖2。

工程在實施時，三通道與下立交合建段圍護結構采用1.0 m厚地墻。在三通道中隔墻、結構側墻與下立交中隔墻、側墻相交處設置暗柱，增加結構強度。同時三通道位于下立交車行道范圍內結構側墻不需澆筑，而設計成頂板梁與暗柱形成框架結構，并預留下立交接口措施。施工兩端下立交時，鑿除預留接口處地墻并與合建下立交相接。

3.2排洪箱涵改造

在橫琴島第三通道下穿立交的西側原有一排洪渠，其結構形式采用3.5 m×2.3 m現澆鋼筋混凝土箱涵。由于建設的需要，在處理好通道與下穿立交的節點后，也需要對該箱涵進行改造，以保證該區段防洪排水等。經分析研究，提出分建、合建兩方案如圖3所示。

為得出更適合現場的設計方案，經多渠道搜集資料與計算，形成比選方案見表1。

圖2　下立交與三通道合建段結構Fig.2　Cross-section of interchange of underpass and Third Passage

圖3　排洪箱涵建設方案示意圖Fig.3　Schematic diagram of designsfor box-culvert flood drainage system

表1　排洪渠改造方案比選表Table 1　Comparison of proposals for reconstruction of flood drainage canal

由表1可見，無論是從技術合理還是經濟節約等角度，合建的方案具有明顯的優越性，更符合因地制宜的設計原則，也能更好地集約利用空間。因此項目最終采用排洪渠與下立交結構一體化合建方案，即下立交頂板與排洪渠底板共板一體化實施。

3.3人行通道改造

由于立交上方需要設置輔道等，原有的人行通道寬度變大，需要進行相應的改造，方能滿足新的使用功能要求。遵循綠色理念，按照因地制宜、集約利用地下空間的原則，保持環島北路原有人行地道主體結構不變，進行4個出入口的改建，最大程度利用了原有地下結構，并能滿足工程建設新要求，參見圖4。

圖4　人行通道改造平面圖Fig.4　Plan layout of reconstruction of pedestrian passage

由圖4可見，原人行通道呈南北走向下穿環島北路，通道凈寬6 m，長約45 m，總建筑面積570 m2，現將原來通道主體位于新建環島北路下立交部分保留。考慮到現狀綜合管廊（北側）、燃氣管（南側）的避讓，廢除原有的通道出入口，并在兩側各新建3 m凈寬的出入口。地面出入口寬度取3 m，設置雙向出入口，一側設置人行樓梯結合自行車推行，而坡道另一側設置人行樓梯。

豎向設計方面，通道北側需考慮避讓綜合管廊（北側），通道南側下穿燃氣管（南側）并設置7級樓梯踏步，通道采用雙向坡，坡向地道中間最低點，橫截溝設置在出入口與通道主體結合處，保留原集水井，設置在通道中心處，通道南側最低處新設置一集水井考慮排水。地下過街通道綜合考慮市政管線及過街作用，通道地坪至地面提升高度在5 m左右，出入口需設置一組樓梯及一組自行車推行坡道，如圖5所示。

圖5　人行通道縱剖面圖Fig.5　Vertical cross section of pedestrian passage

4　附屬節點設計

由于工程周邊管線密集，節點眾多，除了下立交、排洪渠及人行通道主要節點以外，實際上還有許多附屬節點需要進行專門設計。鑒于已有文獻對項目的共同溝及電力隧道節點進行說明[6]，下面將對雨水泵房、高壓燃氣管及變電所等節點設計進行專項闡述。

4.1雨水泵房布置

在下立交最低點西北側設置雨水泵房，敞開段雨水通過邊溝、管道和最低點橫截溝收集，進入雨水泵房集水池，經水泵提升至下立交外壓力窨井后，再排入室外雨水管網。雨水泵房的規模為1.7 m×4.5 m。下部設置集水坑，總凈高約為7.6 m，對于高于最低點的地方，需要在地道最低處鋪設2個橫截溝坡向隧道外側，并在底部設置集水豎井，結構底板預埋套管坡度1%接入雨水泵房的集水坑內。路面橫向單坡為1.5%。

通過這一合理化設計，達到了最大程度自動排水的目的，避免了積水對下立交及通道等造成影響，在節約投資的同時具有良好的工作性能，更能適應構建海綿城市的要求。

4.2高壓燃氣管保護

橫琴島第三通道附近分布有DN400高壓燃氣管，是專門向澳門提供燃氣的管道。由于道路平面線位發生變化，部分燃氣管位于車行道下，需要增加上蓋混凝土保護結構或進行搬遷，比選方案詳見表2。

表2　高壓燃氣管保護方案比選Table 2　Comparison of proposals for protection of high pressure fuel gas pipeline

根據因地制宜與節約的原則，經綜合考慮后采用保護方案。相應的保護截面見圖6。

4.3變電所設計

由于三通道與下立交今后由同一家單位養護管理，為節省投資，下立交變配電所設在隧道WK1+790—WK1+810設備段地下一層空腔內（距下立交結構外邊線約30 m），變電所只為下立交工程范圍內的用電設備供電，且變電所進出線方式為下進下出。

圖6　高壓燃氣管保護方案橫斷面圖Fig.6　Cross section of high pressure fuel gas protection

5　有限元復核

由上述分析可見，排洪渠與下立交合建結構較為復雜，且排洪渠內有水通過存在滲漏風險，因此該結構的重要性最高。為論證方案可行性，利用ANSYS建立相應有限元三維計算模型進行校核。通過對施工期、使用期各種狀態的模擬發現，箱涵結構邊緣處出現負彎矩，跨中出現了正彎矩，但由于空間效應，相應內力均不大，可以滿足結構合建設計要求[7]。

6　結語

通過標高調整、方案比選及數值模擬等手段，從因地制宜、集約利用地下空間及注重周邊保護的設計原則出發，成功實現了橫琴島第三通道下穿立交復雜結構節點設計。該實踐表明，對于過江隧道與島上交通連接段的復雜結構，可以靈活采取多種方式實現其最優化設計。隨著我國跨江、跨海隧道的不斷增多，相關交通連接部位的節點設計需要有更多方法靈活處理，有待做進一步的研究與探討。

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Design of structural nodes between the third interchange and upper underpass on Hengqin Island

HUANG Tian-rong
（Shanghai Urban Construction Design Research Institute,Shanghai 200123,China）

The design of nodes of complex underpass structures in a crossing-river passage was introduced based on the Third Interchange on Hengqin Island.Through elevation adjustment to achieve the unifying construction of the interchange and the underpass and setting the drainage box culvert over the underpass,the difficulty of several structures encountered was solved. And the passage was reformed with the main structure unchanged,and the pumping house was built at the lowest point of the underpass and the high pressure fuel gas pipeline was protected.These measures made use the existing structures and cut down the investment to the utmost,as well as optimized the designs.The feasibility of these designs was finally verified with the numerical simulation.

crossing-river passage;underpass;complex node;optimization design

U652；U452.2

A

2095-7874（2016）05-0049-05

10.7640/zggwjs201605012

2016-02-04

2016-03-08

住建部科學技術項目計劃（2014-S1A-003）；上海市城市建設設計研究總院科研工程項目（13829S）

黃天榮（1982— ），男，上海市人，博士，注冊一級建造師，工程師，主要從事地下結構設計及研究。E-mail：tinyo_huang@126.com