淺談八車道城市下穿隧道工程設計

鄧雪峰

(成都市市政工程設計研究院，四川成都 610023)

為緩解城市交通擁堵問題，在城市重要的交通節點采用立交形式，盡管下穿隧道具有對既有管線影響大，一般需設置泵站、投資相對較高等問題，但由于其對城市景觀和周圍建筑影響相對較小，因此近年來在城市建設中越來越廣泛地選用。

根據相交道路寬度和交通量分析預測，合理地確定下穿隧道車道數及寬度，結合成都市的建設情況，目前使用頻率最多的是四車道，其次是六車道，近年來逐步出現較多的雙向八車道下穿隧道斷面形式。

本文結合日月大道(成溫路)快速路改造項目中的成飛大道下穿隧道工程設計，總結分享一些設計經驗。

1 區域位置及現狀概況

日月大道(成溫路)快速路改造工程(三環至四環)全長約5.7km，現狀道路紅線寬度為40～60m，雙向八車道，標準段兩側各有15m綠化帶，現狀道路交通量大，信號燈路口多，現狀通行能力較低，擁堵已常態化。

成飛大道節點與日月大道呈十字相交。成飛大道現狀道路紅線寬度為40～45m，承擔著連通日月大道兩側的重要功能。成飛大道南段有成都市婦女兒童中心醫院和大片居住樓盤，北段有青羊工業園區，交通流量巨大，擁堵情況嚴重。

2 技術標準

(1)道路等級：主干路(主車道無信號燈)。

(2)設計時速：60km/h。

(3)隧道凈空：凈高≥5m。

(4)設計荷載：車行道—城A級，人群荷載—3.5kN/m2，地面超載—取用20kPa。。

(5)地震加速度值為0.10g，抗震設防烈度為7度，特征周期0.45s，設計地震分組為第三組。抗震設防分類為乙類。

(6)結構安全等級：一級。

(7)下穿隧道防水等級：一級。

(8)結構按耐火等級：一級。

(9)設計使用年限：100a。

(10)環境類別：Ⅱ類。

3 平面設計

下穿隧道平面線形同道路中心線一致，隧道中心線在該處設置緩和曲線和大半徑圓曲線，半徑為8 000m。

下穿隧道全長537.258m，其中框架段140m。

4 縱斷面設計

隧道縱斷面設計主要存在以下控制點：

(1)船槽段地面道路設計縱斷面，在船槽端部應與地面道路順接。

(2)道路交叉口切角范圍內應形成隧道框架段，保證地面交通功能。

隧道最大縱坡5 %，凸豎曲線最小半徑1 800m，凹豎曲線最小半徑1 600m，豎曲線最小長度83.964m。

5 橫斷面設計

標準段為雙向八車道，兩側設75cm寬檢修道。船槽段橫斷面布置：0.5m(防撞欄桿)+0.75m(檢修道)+14.25(0.5+3.5×2+3.25×2+0.25)m(車行道)+1.1m(中央分隔帶)+14.25(0.25+3.5×2+3.25×2+0.5)m(車行道)+0.75m(檢修道)+0.5m(防撞欄桿)=32.1m。

框架段橫斷面布置：1.2m(側墻)+0.75m(檢修道)+14.25(0.5+3.5×2+3.25×2+0.25)m(車行道)+1.1m(中央分隔帶)+14.25(0.25+3.5×2+3.25×2+0.5)m(車行道)+0.75m(檢修道)+1.2m(側墻)=33.5m。

隧道橫坡：橫坡由結構起坡，坡率1.5 %。

6 結構設計

隧道框架頂板采用預應力混凝土結構，其余部分采用普通鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級C50，其抗滲等級為P8。隧道船槽段側墻高度較高的段落設計為U形槽結構，混凝土強度等級C40，其抗滲等級為P8。隧道船槽段側墻高度較小的段落側墻設計為擋土墻結構，混凝土強度等級C25。

結構受力鋼筋凈保護層厚度：

(1)頂板臨土面：50mm，頂板臨空面：40mm。

(2)底板臨空面：40mm，底板臨土面：50mm。

(3)側墻臨土面：50mm，側墻臨空面：40mm。

(4)中隔墻：40mm。

框架頂板按預應力A類構件設計。其余結構構件按普通混凝土構件設計，最大裂縫寬度控制在0.2mm以內。

6.1 框架結構

框架結構高8.251m，寬33.5m，單室凈寬15.25m，外側墻厚度1.2m，中隔墻厚度0.6m，頂、底板厚度1.2m。由于箱室截面跨度較大，根據測算，頂板若采用普通鋼筋混凝土結構，厚度偏大，混凝土自重所占比例增加，對支架承載力、混凝土澆筑質量、混凝土養護等提出了更高要求，經過比較確定框架頂板采用預應力鋼筋混凝土結構，框架底板、側墻、中隔墻采用普通鋼筋混凝土結構。

計算采用橋梁博士，按平面桿系進行結構分析。選取最大埋深截面，覆土厚2.5m。對結構進行離散，劃分單元，結構離散圖見圖1。

圖1 框架結構單元離散

6.1.1 正截面抗裂驗算

根據JTGD62-2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中第6.3.1條，正截面抗裂應對構件正截面混凝土的拉應力進行驗算，并應該符合下列規定：對于A類預應力混凝土構件，在作用短期效應組合下，結構正截面上下緣混凝土拉應力應滿足：

σst-σpc≤0.7ftk=0.7×2.65=1.86MPa

計算結果如圖2所示，正值代表壓應力，負值代表拉應力。

圖2 框架頂板正截面上下緣混凝土最大應力(單位：MPa)

由圖可以看出，在作用短期效應組合下，混凝土截面上、下緣均受壓，滿足規范要求。

在作用長期效應組合下應滿足：

σst-σpc≤0

在作用長期效應組合下，計算得到的混凝土最小應力如圖3所示。

圖3 框架頂板正截面混凝土最小應力(單位：MPa)

由圖可以看出，在作用長期效應組合下，混凝土截面上、下緣均未出現拉應力，滿足設計規范要求。

6.1.2 斜截面抗裂驗算

結構斜截面混凝土主拉應力如圖4所示，負值代表主拉應力。

圖4 框架頂板斜截面混凝土主拉應力(單位：MPa)

根據JTGD62-2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中第6.3.1條，斜截面抗裂應對構件斜截面混凝土主拉應力進行驗算，并應符合下列規定。

在作用短期效應組合下，A類預應力混凝土現場澆筑構件應滿足：

σtp≤0.5ftk=0.5×2.65=1.325MPa

由可以看出，結構斜截面混凝土最大主拉應力為0.3MPa，小于A類構件允許的主拉應力1.325MPa，滿足規范要求。

6.1.3 框架其他部位裂縫驗算

框架其他部位普通混凝土結構裂縫驗算見圖5。

圖5 框架底板、側墻、中隔墻裂縫

根據計算，框架底板、側墻、中隔墻普通混凝土結構最大裂縫為0.18mm，裂縫小于0.2mm，滿足規范要求。

6.2 船槽結構

引道部分結構根據不同的埋置深度，設計為重力式擋土墻結構及U型槽結構類型。重力式擋土墻采用現澆C30混凝土結構；U形船槽采用兩側帶有立式懸臂的C40鋼筋混凝土現澆結構，混凝土抗滲等級P8。

經過對埋深最大處船槽進行計算，得正截面混凝土結構的裂縫如圖6所示。

圖6 船槽底板、側墻裂縫(單位：mm)

U型槽最大裂縫為0.14mm，裂縫小于0.2mm，滿足規范要求。

7 設計總結

(1)根據多年設計經驗，并結合計算結果分析，在正常覆土、正常荷載情況下，隧道框架結構在雙向六車道及以下時，結構采用普通鋼筋混凝土更經濟合理，隧道框架結構在雙向八車道及以上時，框架頂板宜考慮預應力鋼筋混凝土結構更 為經濟合理。

(2)建立模型計算時，底板應考慮為彈性地基梁多點支承。根據受力需要，應對中隔墻位置的底板底面基梁多點支承。根據受力需要，應對中隔墻位置的底板底面進行必要的加強處理。可以考慮增加鋼筋布置，或者同時考慮局部增大該區域的底板厚度，以滿足受力需要。

(3)為防止框架之間、船槽之間、框架與船槽之間結構的不均勻沉降，建議在節段之間設置一根鋼筋混凝土枕梁，根據工程實踐，效果比較明顯。能夠更好地保證路面舒適性。

(4)下穿隧道結構一般采用外、自、內三層防水體系，結構自身通過使用添加劑，達到自防水目的；同時通過外貼防水卷材，達到外防水目的，通過在內部涂刷防水涂料，達到內防水的目的。但根據工程實踐，下穿隧道防水最難和最重要的防水部位應該是節段之間的沉降縫。除了外側防水卷材多層加強，結構之間設置止水帶，還應在內側設置接水槽，作為補救措施，盡可能減小對隧道的影響。

(5)在隧道結構最低點處，應設置引流措施，將隧道鋪裝滲水及時排除，以減小對鋪裝層結構的耐久性影響。

(6)隧道船槽頂設置的輔道欄桿在考慮景觀要求的同時，一定要首先保證防撞功能。

(7)在城市建成區修建下穿隧道，船槽段是瓶頸，一般情況下會考慮支護措施，建議可以將船槽段的支護考慮為永久支護，船槽段結構隨之進行優化，對節省工程投資具有明顯效果。

(8)由于光線的強弱差別大，船槽段剛進入框架段很容易引起駕駛員的視覺空白，在結構、照明、交安等設計時應充分考慮，減小交通安全隱患。

(9)為盡量減小車輛通行下穿隧道產生的噪聲，在設計時應注意盡量采用降噪瀝青路面鋪裝，截水溝進行平整化降噪設計，隧道側壁及框架頂應設置吸音降噪材料。