與地下廣場銜接的下穿地道設(shè)計(jì)

周 敏

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

隨著城市交通量逐年上漲，而城市用地卻越來越緊張，地下空間的有效利用受到越來越多的關(guān)注。杭州錢江新城核心區(qū)通過動(dòng)態(tài)交通與靜態(tài)交通的結(jié)合，將各個(gè)建筑地庫相互聯(lián)系，形成地下空間整體開發(fā)[1]；天津?yàn)I海新區(qū)的泰達(dá)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)服務(wù)區(qū)通過在地下修建環(huán)路連接各地塊的地庫，有效整合地下空間，減輕了地面道路的壓力[2]；天津海河?xùn)|路地道及主廣場整合了城市地道、城鐵出站集散、公交車站、停車場等多種地下空間，解決了人員疏散及交通問題，改善了地面景觀環(huán)境[3]。

本文介紹了松原市建華路下穿地道項(xiàng)目的全過程設(shè)計(jì)，包括總體地道方案設(shè)計(jì)、地道結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和地道基坑設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施受到業(yè)主及社會(huì)的廣大好評(píng)。本文旨在為類似項(xiàng)目建設(shè)，尤其是地下空間的開發(fā)提供參考。

1 項(xiàng)目背景

該工程位于松原市火車站站房北側(cè)，是松原市中心城區(qū)的門戶。根據(jù)松原市火車站周邊地區(qū)修建性詳細(xì)規(guī)劃，松原火車站南、北兩側(cè)將打造成商業(yè)廣場，南、北商業(yè)地塊圍繞廣場布置，勾勒廣場圍合空間；南、北商業(yè)廣場設(shè)置在地面層，以步行空間為主，如圖1所示。火車站前北側(cè)廣場開發(fā)地下一層，主要為地下商業(yè)和地下停車場空間。火車站前北側(cè)道路建華路采用下穿地道的方式通過地面廣場。建華路是一條東西走向的城市次干路，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)紅線寬度50m。火車站東側(cè)緊鄰新建的長途客運(yùn)站。

圖1 火車站前北側(cè)地面層規(guī)劃圖

2 下穿地道方案設(shè)計(jì)

按照“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，將火車站前廣場地面層設(shè)計(jì)為步行空間，建華路的主線交通放置在地下一層；建華路在地面層設(shè)置輔道，輔道交通在站前廣場東、西兩側(cè)斷頭。建華路為城市次干路，現(xiàn)狀交通流量為803 p c u/h，預(yù)測交通流量為1 032 p c u/h。建華路主線采用雙向四車道下穿地面廣場，能夠滿足建華路近遠(yuǎn)期的交通通行需求。為保證建華路地面輔道的通行能力，輔道設(shè)置為雙向四車道。

站前廣場地下一層平面尺寸為226m×69.7m，主要由西側(cè)社會(huì)車輛停車場、東側(cè)出租車蓄車場和中部帶商業(yè)的旅客集散廣場組成，服務(wù)對(duì)象是松原火車站車流和人流，如圖2所示。為方便車輛進(jìn)出地下停車場，設(shè)計(jì)時(shí)將建華路地道與站前地下廣場銜接，即在主線下穿地道的南側(cè)設(shè)置兩根輔道，車輛通過輔道采用右進(jìn)右出的方式進(jìn)出地庫。同時(shí)為滿足火車站在地下落客的需求，在中部旅客集散廣場北側(cè)設(shè)置港灣式停靠站和落客平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全地下停車與落客，旅客可避免極端天氣在地面進(jìn)出站的困擾。下穿地道主線進(jìn)入輔道由加減速車道過渡，加減速車道長度設(shè)計(jì)為50m。地道總體設(shè)計(jì)將市政地下空間和鐵路建筑地下空間連為一體，完成市政交通和鐵路交通的相互轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖2 站前廣場地下一層平面圖

圖3 站前地下一層方案圖

根據(jù)建華路總體交通組織，建華路地道主要供到發(fā)火車站的社會(huì)車和出租車以及過境車輛使用。建華路輔道則主要供公交車、長途客運(yùn)車、沿線地塊車輛使用，沿線道路與輔道交叉口采用右進(jìn)右出的方式。公交車站設(shè)置在地面廣場東西兩側(cè)位置（輔道斷頭處）。

建華路下穿地道由敞開段和暗埋段組成，暗埋段長度主要由地面廣場范圍確定，為少占用地面空間，建華路的加減速車道設(shè)置為暗埋段，最終確定暗埋段長度為507.074m，其中有226m地道結(jié)構(gòu)與站前地下廣場結(jié)構(gòu)合建，地下廣場地面為平坡，因而地道暗埋段縱向設(shè)置0.8%緩坡銜接。考慮到松原為寒冷地區(qū)，下穿地道爬升縱坡不大于3.5%，車行凈空高度為4.5m，最終確定地道東、西兩側(cè)敞開段各長230m，下穿地道總長967.074m。其總體布置如圖4所示。

地道建成后風(fēng)機(jī)設(shè)備的使用和維護(hù)費(fèi)用在運(yùn)營成本中占比較大，為減少后期運(yùn)營費(fèi)用，設(shè)計(jì)利用暗埋段頂板上的中央分隔帶空間，在兩處暗埋段頂板上開一個(gè)17.4m×14m的洞口，形成自然通風(fēng)口。經(jīng)復(fù)核，地道無須另外設(shè)置風(fēng)機(jī)設(shè)備即可滿足地道通風(fēng)的要求。通風(fēng)口位置如圖4所示。

圖4 地道總體布置圖（單位：mm）

地道外側(cè)檢修道下設(shè)置300mm×500mm的邊溝，并在地道兩處縱坡低點(diǎn)設(shè)置附件式排水泵站，雨水經(jīng)由檢修道邊溝進(jìn)入地道泵房，最終排入市政雨水管網(wǎng)。

3 下穿地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 自然條件

該工程地面標(biāo)高133.65～135.09m，場地地貌單元屬于松遼狀平原之第二松花江高漫灘。場地土物理力學(xué)參數(shù)見表1，地道主要位于①雜填土、②細(xì)砂和③細(xì)砂中。場區(qū)地下水穩(wěn)定水位在2.60～3.40m（標(biāo)高為 131.19～131.73m），抗浮水位標(biāo)高為132.50m。松原市抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)特征周期為0.35 s，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，場地20m深度范圍內(nèi)無地震液化影響。

表1 擬建場地巖土層物理力學(xué)參數(shù)

3.2 地道結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)地道方案，地道暗埋段設(shè)計(jì)為整體式箱形結(jié)構(gòu)，主線暗埋段采用單箱雙孔結(jié)構(gòu)，單孔凈跨9m，覆土厚度為0.88～1.3m，頂?shù)装濉?cè)墻壁厚設(shè)計(jì)為900mm。有加減速車道的暗埋段采用單箱雙孔結(jié)構(gòu)，如圖5所示。單孔凈跨9～18m，覆土厚度0.3～1.1m，頂?shù)装濉?cè)墻壁厚h按照計(jì)算選取：凈跨為9～13.5m時(shí)，h=1 100mm；凈跨為13.5～18m時(shí)，h=1 300mm。自然通風(fēng)口設(shè)置在有加減速車道暗埋段范圍內(nèi)，為滿足頂板開洞的需要，將頂板改為梁板式結(jié)構(gòu)，如圖6所示。有輔道的暗埋段采用單箱三孔結(jié)構(gòu)，單孔凈跨8.5～9.0 m，覆土厚度0.77～0.96m，頂?shù)装濉?cè)墻壁厚設(shè)計(jì)為900mm。

圖5 有加減速車道暗埋段圖（單位：mm）

考慮到地下水位較高，敞開段采用封閉的U形槽結(jié)構(gòu)，U形槽側(cè)墻高度1.7～8.7m。為減小側(cè)墻底部受力，在敞開段側(cè)墻高度超過7.5m、不侵入建筑限界的情況下，頂部增設(shè)撐梁。

圖6 自然通風(fēng)口暗埋段圖（單位：mm）

地道結(jié)構(gòu)15～30m設(shè)置一條變形縫。擬建場地抗浮水位132.5m（設(shè)計(jì)地面以下1.2～2.5m），基礎(chǔ)埋深較深的敞開段（基底埋深超過5.8m），其自重?zé)o法滿足抗浮要求，設(shè)計(jì)采用?800鉆孔灌注樁輔助抗浮。

3.3 大跨箱涵結(jié)構(gòu)計(jì)算

有加減速車道的暗埋段凈跨達(dá)到18m，屬大跨結(jié)構(gòu)。地道設(shè)計(jì)使用年限為100 a，抗震設(shè)防類別為乙類，地道結(jié)構(gòu)環(huán)境類別為二b類，裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，即最大裂縫寬度不大于0.2mm。設(shè)計(jì)計(jì)算模型如圖7所示。計(jì)算荷載如下：

圖7 大跨箱涵計(jì)算簡圖

（1）覆土荷載：覆土厚度按1m計(jì)，重度20 kN/m3。

（2）水、土壓力（分算）：土內(nèi)摩擦角按30°取，側(cè)向土壓力系數(shù)則為0.333，地下水位按地面以下2m計(jì)。

（3）地面超載：按20 kPa計(jì)。

（4）地道內(nèi)汽車荷載：按20 kPa計(jì)。

（5）混凝土收縮：按頂板降溫15℃考慮。

（6）溫度荷載：按頂板±30℃考慮。

（7）地震作用：采用擬靜力法[4]，按式（1）計(jì)算水平地震力，考慮兩個(gè)方向的地震作用：

式中：FihE為計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的水平地震力，kN；η為水平地震作用修正系數(shù)，取0.25；Ag為地震動(dòng)峰值加速度，為 0.2g，m/s2；mi為計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的構(gòu)筑物質(zhì)量，t。

地基反力采用彈簧模擬，彈性抗力系數(shù)取10 000 kN/m3。地道結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載組合考慮六種，見表2。其中，荷載組合1～4為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，荷載組合5、6為抗震驗(yàn)算。

表2 地道結(jié)構(gòu)荷載組合

采用midas/Civil建立平面應(yīng)變模型，模型按結(jié)構(gòu)軸線建立，計(jì)算得出有加減速車道地道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖和變形包絡(luò)圖，如圖8、圖9所示。由內(nèi)力計(jì)算結(jié)果可知，地道受力最不利位置為頂?shù)装搴椭袎唤犹帯㈨數(shù)装宕罂缈缰屑稗D(zhuǎn)角處，在頂板角部設(shè)置1 200mm×300mm加腋，地道結(jié)構(gòu)各部位配筋見表3（部位參照?qǐng)D7），結(jié)構(gòu)配筋主要由正常使用極限狀態(tài)下荷載組合1～4所產(chǎn)生的彎矩值控制。根據(jù)圖8c，采用設(shè)計(jì)壁厚的地道結(jié)構(gòu)均能滿足各工況下的斜截面抗剪強(qiáng)度要求。由圖9可知，地道頂板大跨跨中變形最大，各部位變形均小于l0/300，其中l(wèi)0為結(jié)構(gòu)中心線跨度。綜上所述，該工程凈跨18m的單箱雙艙地道箱涵，覆土厚度不大于1m時(shí)，設(shè)計(jì)采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其受力和變形能夠滿足要求。

4 下穿地道施工

建華路地道基坑開挖深度1.8～12.9m，開挖寬度22.3～31.7m，涉及的開挖土層主要為①雜填土、②細(xì)砂和③細(xì)砂。建華路為現(xiàn)狀道路，道路沿線有住宅、醫(yī)院、派出所、火車站房等多層建筑物，均為淺基礎(chǔ)建筑物。道路下埋設(shè)有電力、熱力、給水、雨污水等多種市政公用管線，部分與基坑重疊的管線需搬遷至施工范圍以外，其余距離基坑邊線小于3倍基坑開挖深度的管線均予以保護(hù)。建華路為站前唯一道路，施工期間需維持部分交通，以保證火車站進(jìn)出站的正常使用。此外，建華路地道基坑南北兩側(cè)均需設(shè)置10m寬的施工臨時(shí)便道。綜合考慮地道基坑的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，地道采用明挖順筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用排樁+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，根據(jù)計(jì)算，基坑方案如下：

圖8 有加減速車道地道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖

圖9 有加減速車道地道結(jié)構(gòu)的變形包絡(luò)圖（荷載組合 1～6，單位：mm）

表3 地道結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算表

（1）開挖深度1.8～2.5 m的敞開段基坑：懸臂式?650S M W工法樁＋坑內(nèi)攪拌樁裙邊加固。

（2）開挖深度 2.5～5.0 m的敞開段基坑：?650S M W工法樁+一道鋼支撐。

（3）開挖深度 5.0～6.0 m的敞開段基坑：?850S M W工法樁+一道支撐。

（4）開挖深度 6.0～8.0 m的敞開段基坑：?850S M W工法樁+兩道支撐。

（5）開挖深度 8.0～9.3 m的敞開段基坑：?800鉆孔灌注排樁+?850三軸攪拌樁止水帷幕+兩道支撐。

（6）開挖深度 8.8～9.8m的暗埋段基坑：?800鉆孔灌注排樁+?850三軸攪拌樁止水帷幕+兩道支撐。

（7）開挖深度12.8～12.9 m的泵房段：泵房與暗埋段合建，局部深坑處采用?850三軸攪拌樁重力壩圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施，整個(gè)地道施工過程確保了松原火車站的正常運(yùn)行，同時(shí)也保證了周邊建筑物、地下管線的變形在允許范圍值內(nèi)。

5 結(jié) 語

通過介紹松原火車站前建華路地道項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，獲得以下結(jié)論：

（1）在主線地道南側(cè)設(shè)置輔道，合理將市政地下空間和鐵路建筑地下空間連為一體，完成了市政交通和鐵路交通的相互轉(zhuǎn)換。

（2）凈跨18 m的單箱雙艙地道箱涵，覆土厚度不大于1m，設(shè)計(jì)采用壁厚1 300mm的普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其受力和變形能夠滿足要求。

（3）砂土層地區(qū)地道基坑圍護(hù)選用排樁+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，保證地道施工、火車站正常運(yùn)行及周邊環(huán)境的安全。