某車站環路工程地下通道設計實例

高 松

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

隨著國民經濟和城市的發展，交通需求的急劇增長使得越來越多的城市通過修建地下道路來緩解交通壓力。城市地面土地資源的緊缺促進了城市空間向地下發展，地下交通系統是城市地下空間利用的重要組成[1-2]。

城市地下道路作為城市道路的主要組成形式，對解決交通擁堵、土地集約化和美化城市環境等方面都起著極其重要的作用。

本文以某環路工程地下通道設計案例為例，對其進行受力特性分析，結合有限元軟件對地道標準段展開總體結構計算、抗浮等研究，提出相關設計方案及注意事項；在局部大垮節點處比選研究了兩種梁截面形式的受力性能，為同類地下環路工程建設提供參考。

1 工程概況

某車站廣場及配套路網工程位于某大街東段現狀某火車站東側（見圖1）。工程的主要設計內容如下：

（1）配套路網及送客平臺。環線道路、高架送客平臺、接送客上下匝道、廣場相接道路及地道等，環線道路起終點均位于下穿鐵路通道，道路及橋梁總長2.512 km。

（2）地下車庫。占地面積約305 100m2，地下一層為停車場及疏散大廳。

圖1 某車站廣場及配套路網區位圖

（3）地鐵預留工程。地鐵預留車站位于地下車庫中央，為地下二、三、四層空間。

該項目是一項意義重大的綜合性市政工程，對于完善火車站交通疏解、辟通迎澤大街東延、實現鐵路東西兩側區域連通、促進區域整體聯動發展具有重要作用。

配套路網及送客平臺工程包括環線道路、高架送客平臺、接送客上下匝道、廣場相接道路及地道等，下穿鐵路通道。

其中，結構工程設計范圍包括西地道，雙向六車道，標準段單向凈寬14.35 m，設計速度40 km/h；RK匝道，單向雙車道，標準寬度8m，設計速度20km/h；東地道，雙向六車道，標準段單向凈寬14.35 m，設計速度40 km/h；WD匝道，單向雙車道，標準寬度8.2 m，設計速度20 km/h；WS匝道，單向單車道，標準寬度7.5 m，設計速度20 km/h。

2 建筑結構設計

2.1 建筑界限

地道主線標準段為雙向六車道城市次干路，設計速度40 km/h。地道內單向設3.75 m車道兩根，3.5 m車道一根，兩側路緣帶寬0.5 m，安全帶寬0.25 m，檢修道寬0.75 m，合計橫向凈寬13 m。根據地道通行車輛，限界高度為4.5 m。由此機動車道單孔建筑限界為13 m×4.5 m（寬×高）（見圖2）。

圖2 主線標準段建筑界限圖（單位：mm）

2.2 結構形式

地道結構均采用現澆鋼筋混凝土結構，共分三種截面形式：U槽段；暗埋段；暗埋工字梁段。

2.2.1 U槽段

標準U槽段采用U形槽結構段，地道單孔凈寬13.5 m，側墻厚1.1 m，底板厚1.2 m，設置2%橫坡。橫斷面布置為1.1 m（側墻）+0.25 m（裝飾層）+0.75 m（檢修道）+12.5 m（機動車道）+2.5 m（中央分隔帶）+12.5 m（機動車道）+0.25 m（裝飾層）+0.75 m（檢修道）+1.1m（側墻）=31.7 m（見圖 3）。

圖3 U槽標準段橫斷面圖（單位：mm）

2.2.2 暗埋段

標準暗埋段采用單箱雙室斷面，底板及頂板厚1.1 m，側墻厚1.0 m，隔墻厚1.0 m，結構外部尺寸為31.5 m×7.7 m，設置2%橫坡。橫斷面布置為1 m（側墻）+0.25 m（裝飾層）+0.75 m（檢修道）+12.5 m（機動車道）+0.6 m（裝飾層）+0.8 m（隔墻）+0.6 m（裝飾層）+12.5 m（機動車道）+0.75 m（檢修道）+0.25 m（裝飾層）+1.2 m（側墻）=31.9 m（見圖 4）。

2.2.3 暗埋工字梁段

圖4 暗埋標準段橫斷面圖（單位：mm）

地道結構單孔凈寬大于18 m時，地道暗埋段采用工字形頂板結構，即將頂板分為上下兩層，中部架空設置橫向隔板，在減輕結構自重的同時保證頂板的抗彎剛度。上層頂板厚度為0.5 m，下層頂板厚度為0.4 m，中部架空層高度為1.5 m，頂板沿縱向每3 m設置一道0.8 m厚的橫隔板（見圖5）。

圖5 暗埋工字梁段橫斷面圖（單位：mm）

3 標準段總體計算

3.1 計算內容

（1）強度驗算。不考慮軸力影響，按純彎構件進行配筋和強度驗算，大跨度構件考慮豎向地震作用。

（2）裂縫驗算。按0.2 mm最大裂縫寬度的控制要求進行驗算。

（3）抗剪驗算。驗算抗剪最小截面及抗剪強度，按計算結果設置抗剪箍筋。

（4）抗浮計算。按最不利狀態計算結構抗浮，抗浮力穩定系數取1.05（不考慮摩擦力）。

（5）基底承載力驗算。不計浮力，計算全部恒、活載在基底產生的應力，與地基容許承載力進行比較，如不滿足，則需采取地基加固措施或提高地基承載力。

3.2 計算荷載

（1）暗埋段頂板覆土荷載按地面輔道設計標高計算。

（2）汽車荷載（含沖擊）和地面超載統一按20 kN/m2考慮；道路綠化荷載按5.0 kN/m2。

（3）箱內外溫度梯度按±5℃考慮。

（4）考慮頂（底）板最后澆筑時，頂（底）板的混凝土收縮按降溫10℃考慮。

（5）抗震基本設防烈度為7度，0.10g，場地類別為Ⅲ類，地震分組為第二組，特征周期為0.55 s。

（6）抗浮安全系數為1.05。

（7）地基承載力安全系數為1.1。（8）荷載計算一般公式如下：

就生產過程而言，上海新星陸續投資了1000多萬元進行設備改造，包括對于甲苯回收裝置的革新，將以燒煤提供能源的方式全部改為燒天然氣，以及對于污水排放的把關，等等。而去年年底，公司以壓延工藝代替涂布工藝，使橡皮布的生產過程中甲苯零排放，最終生產的橡皮布甲苯零含量。可以說，壓延技術的推出是橡皮布生產領域的一次新的革命。中國科技院對于該項技術的評價是“國內領先，國際先進”，此外，公司在江蘇泰州設立新廠區也不啻為一種手段，新廠區的安全、環保性能完全按照國家規定進行建設和驗收，且生產的產品以環保的壓延技術為主。

頂板水土壓力 =γwh+γ0h

底板水壓力=γwh

水土側壓力 =γwh+k0γ0h

汽車土側壓力=20k0

3.3 模型計算

采用midas Civil軟件，建立標準暗埋段、敞開段的分析模型。模型板件尺寸、厚度等參數均嚴格按設計圖模擬。計算示意簡圖如圖6所示。

圖6 計算示意簡圖

主線六車道等寬暗埋段單孔凈距為14.35 m，覆土最大深度為2.2 m，該斷面頂板厚1.1 m，底板厚1.2 m，側墻厚1.2 m，中墻厚0.8 m。按頂板恒載44 kN/m2、活載 20 kN/m2、覆土 2.2 m 計算，計算結果如圖7、圖8所示。

圖7 彎矩包絡圖

圖8 剪力包絡圖

對結構內力進行計算分析，給出內力較大的單元（見表1）。

表1 截面強度驗算表

表2 截面裂縫驗算表

由表1、表2可知承載力及裂縫滿足設計要求。

抗浮驗算：基底恒載反力/水浮力=3 805/2 907=1.30，滿足規范要求，可以不設置上拔樁。

基底承載力驗算如圖9所示。經修正后，地基承載力容許值[fa] =360 kPa＞133 kPa,原始地基承載力能夠滿足設計要求。

圖9 基礎反力包絡圖（單位：kN）

4 大垮節點方案比選

地道主線標在覆土及跨度較大處一般采用加中隔板或工字隔板的空腔結構形式，有效減少了覆土荷載和提高了頂板的剛度，使箱涵結構更經濟、合理[3-4]。

在此項目中，某大垮變寬暗埋段斷面凈跨極大，為27.3 m，平面布置如圖10所示。覆土最大深度為1.6 m，荷載按頂板恒載32 N/m2、活載20 kN/m2考慮。現按工字形截面和T形截面兩種方案進行比較，確定優選方案。

圖10 大垮變寬暗埋段平面示意圖（單位：m）

采用工字梁形式，工字梁高度為2.2 m，上翼緣板厚度為0.5 m，下翼緣板厚度為0.2 m，中間每隔3 m設置一道0.8 m厚的腹板，底板厚1.5 m，側墻厚1.4 m，中墻厚0.8 m；采用T形梁時，梁上翼緣板厚度為0.5 m，梁間距為3 m，梁高2.5 m，底板厚1.5 m，側墻厚1.4 m，中墻厚0.8 m。比較結果見表3、表 4。

表3 工字形頂板截面強度驗算表

表4 T形頂板截面裂縫驗算表

工字梁計算內力圖如圖11、圖12所示。

圖11 大垮變寬段工字梁彎矩示意圖

圖12 大垮變寬段工字梁剪力示意圖

通過表5的計算結果可知：T形截面在梁高加高到2.5 m時，跨中底板配筋還需要34根?32鋼筋，鋼筋需要至少4排；2.2 m高的工字形截面經過底板厚度減少到200 mm優化后，跨中底板配筋只需41根?32鋼筋，底板只需配置2排即可。另外，該處頂板高度受道路設計限制，梁高2.5 m已是極限，根據工程實際情況考慮，該節點采用工字形梁截面。

5 結 語

本文以某地下環路箱涵結構為背景，通過內力計算及分析，比選后得出以下結論：

（1）地下結構抗浮需要考慮整體和局部抗浮，跨度較大時設置抗拔樁能有效減少跨中彎矩，減少截面配筋。

（2）標準暗埋段在覆土及跨度較大處采用加中隔板或工字隔板的形式使結構做成空腔能有效減少覆土荷載和提高頂板剛度，使箱涵結構更經濟、合理。

表5 工字形頂板截面強度驗算表