武漢濱江核心區地下空間環路工程設計與施工技術*

顏 敬，王樹峰，賀紅星，蔣少武，邱 昌

(1.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200433； 2.中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

中國正進入城市地下空間的高速開發時期，為解決城市核心區開發與交通用地矛盾，立體交通被廣泛采納并實踐。新一輪大城市地下空間規劃和建設中出現了專門用于聯系地下車庫與市政道路的地下車行環路，并編入行業標準CJJ 221—2015《城市地下道路工程設計規范》，專業術語定為“城市地下車庫聯絡道”，簡稱地下環路。

武漢近10年來地下空間迅速發展，王家墩中央商務區核心區地下環路、漢口濱江國際商務區地下環路、武昌濱江核心區地下空間環路等工程均參與構建武漢市主城區地下道路系統，對改善城市交通發揮著積極作用。

1 工程概況

濱江核心區地下空間環路位于武漢市武昌區濱江商務區，環路主線沿經二路、武車二路、武車中路、緯二路等市政道路下方布置，首尾銜接閉合成環，主線長度約3.0km，結構整體標高位于地下2層，局部標高抬升上跨既有三陽路公鐵越江隧道及軌道交通8號線(見圖1)。環路主線標準斷面采用三車道規模，逆時針交通組織(見圖2)，主要設計標準如表1所示。

圖1 地下空間環路總平面布置

圖2 地下環路效果

表1 主要設計標準

2 設計與施工創新

2.1 交通

本地下環路主線長3.0km，13條接駁市政道路的匝道累計長度3.0km(見圖3)，為一類城市交通隧道，也是目前華中區域規模最大的地下車庫聯絡道工程，具有以下特點。

圖3 地下環路出入口交通組織

1)設置 “5進6出”11條接地匝道(見圖3)，分別布置于臨江大道、武車二路、武車中路等道路通行能力較強的城市主、次干路上，通過銜接主要交通流向，為核心區到發車輛提供了一條外圍道路至地下車庫的獨立、快速集散路徑，提高出行效率。

2)設計 “1進1出”的定向匝道，圖3中6，7銜接三陽路公鐵越江通道，構建了城市快速路-地下環路-地下車庫三級疏解體系，可滿足商務區內越江交通需求，便于武昌濱江—漢口濱江跨江聯通。

3)在緯三路設置聯絡道，將長條矩形環路主線分為2個小環路，縮短繞行路徑，提高使用效率。

4)環路主線與濱江核心區19個地塊均設有車庫接口，據統計共串聯2.3萬個停車泊位，通過將區域內分散的停車資源加以整合，實現錯峰平衡與泊位資源利用效益最大化，也為區域停車資源一體化管理提供了條件。

2.2 建筑

環路主線總體位于地下2層，標高約-10.000m，但武車中路主線緯五路—緯六路220m區段，為結合華夏幸福武漢長江中心地下空間設計方案，實現A1，B1地塊地下1層商業聯通，環路局部下沉約3.5m，并與兩地塊結構共板，即主線環路直接貫穿兩地塊地下空間建筑。這是武漢首條與私有地塊地下空間融合共建的城市交通隧道，在高效、立體利用地下空間資源的同時，也為項目建設帶來了相關問題與挑戰。

1)共建段應按照結構一體、功能獨立的原則開展設計，環路的建筑、消防、機電、運維自成系統。

2)地下環路屬公共基礎設施，地下空間屬私有地塊建筑，前者設計使用年限100年，抗震設防甲類(重點設防)，后者設計使用年限50年，抗震設防乙類(標準設防)，理論上結構主要設計參數及指標均不同，但結構一體造成“公私難分”，目前的做法是粗獷地將環路平面投影范圍內的地下室結構及相關基礎工程耐久性設計按照環路標準執行，其他問題尚未探究清楚，有待后續更深入研究。

3)為確保環路內部車輛通行不影響地塊商業品質，工程設計時應考慮減振降噪措施，如結構設計時避免共振，裝修設計時采用隔聲吸聲材料等。

4)市政環路與地下空間投資主體不同，共建段費用分攤難以做到“專款專用、公私分明”，定額與取費標準的不統一又加大了問題的處理難度，目前主要根據兩者在地下空間獨占的建筑面積來分攤建設成本，未考慮其他因素。

2.3 基坑

2.3.1地下水控制技術

武漢位于江漢沖積平原，沿江地帶第四紀堆積層在長期水力剝蝕及水流分選作用下形成典型的一級階地二元沉積結構，地表填土層以下依次大致分布黏性土、砂礫與基巖，砂層中飽含承壓水且承壓水頭與外江水位保持密切聯系。本環路工程基坑挖深超10m，坑底位于承壓含水層頂板附近(部分區段直接揭露承壓含水層)，基坑地下水控制面臨地層強滲透、高承壓所帶來的風險。

另一方面根據《武漢市防洪管理規定》：長江堤防線以外50m為禁腳地，禁腳地線以外500m為安全保護區邊界(見圖4)，本工程建設場地位基本都位于河道管理范圍，必須開展防洪影響評價且施工均需在長江枯水期，并應控制基坑抽排地下水對長江防洪堤的影響。

圖4 地下環路與長江武昌岸堤防關系

基坑設計的關鍵是堤防保護與突涌控制，在綜合考慮基坑卸載距離堤防的遠近、降水管井影響半徑與沉降漏斗大小等因素下，大致以50m禁腳地線、距堤300m控制線為基準，分區分段采取地下水控制措施(見圖5)，確保基坑開挖安全、堤防變形可控。

圖5 3種基坑工程地下水控制方案

1)禁腳地范圍內的基坑采用0.8m厚CSM落底式水泥土攪拌墻止水帷幕，有效隔斷坑內與外江的水力聯通，在坑內疏干降水確保挖土便捷的同時，不影響坑外水位，使既有臨近大道及長江防洪堤沉降控制在5mm以內。

2)禁腳地線至距堤300m線之間的基坑采用30m超深三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，充分利用地下水的繞流效應，弱化坑內與外江的水力聯通，同時坑內設計封底水泥土加固，配合坑內減壓降水井按需降水，盡量減小坑外水位降幅和對長江堤防的影響。經計算分析，結構底板澆筑后與封底加固形成的壓重可抵御標高20.000m(1985高程系統)承壓水頭，即當外江水位低于20m時，可不啟用降水管井。

3)距堤300m線之外的基坑采用20m深三軸水泥土攪拌樁懸掛止水帷幕，配合坑內按需降水，適當控制坑外水位下降對周邊環境的影響。

實踐證明，利用武漢長江一級階地承壓水降水300m影響半徑經驗，密切結合主體結構施工進度與水位監測數據按需開啟降水井，分段區別設置止水帷幕，在控制工程造價的同時可有效避免承壓水害，降低基坑實施對周邊環境的影響，控制地表與堤防變形。

2.3.2運營隧道近接施工技術

根據《武漢市軌道交通管理條例》，地下環路多處位于地鐵安全保護區，近接運營地鐵盾構隧道施工：主線2次明挖上跨軌道交通7號線三陽路公鐵越江盾構隧道，豎向凈距最小12m(小于盾構隧道外徑15.2m)；主線2次明挖上跨軌道交通8號線越江盾構隧道，豎向凈距最小9.8m(小于盾構隧道外徑12.1m，見圖6)；匝道6近接軌道交通5號線和平大道雙盾構區間開挖基坑，水平凈距約27m。環路近距離明挖上跨既有運營大直徑盾構隧道，給基坑工程設計帶來了挑戰，必須嚴格控制支護結構變形，將對運營隧道的影響降到最低。

圖6 基坑明挖上跨軌道交通8號線越江盾構隧道

基坑底部近距離下臥盾構隧道，必將產生以下關鍵技術問題。

1)坑壁支護樁不可能打穿隧道，導致圍護結構插入比過小。

2)基坑施工期隧道頂部挖土卸載引發隧道上浮與隆起變形。

3)環路建成后，隧道使用期覆重相比之前減小太多，導致汛期地下水位上漲隧道抗浮能力不夠。

4)受運營隧道裝飾系統遮掩的影響，基坑施工中事故征兆較難發現且事故后應急搶險困難。

針對以上問題，項目綜合采用多種技術手段與精細化施工組織，確保既有隧道運營安全。

1)地基加固 在環路與隧道的交叉節點位置實施地基加固，基坑主動區加固可減小支護結構上的側壓，被動區加固可控制樁體踢腳變形且兼有封底壓重作用以控制隧道上浮。利用具有強制排漿及地內壓力監控功能的MJS工法，實現近接隧道的地層微擾動加固。

2)小坑開挖 根據基坑時空效應理論，將節點基坑分化為若干個小基坑，單個小基坑按照平面分塊、豎向分層、勻稱限時的原則挖土并回筑結構，通過控制單次卸載量，利用未開挖處隧道的錨固效應及本身的縱向抗彎剛度，控制隧道向上位移。

3)板凳樁基 在隧道兩側設置數排抗拔樁，與環路底板形成“板凳”(見圖7)，充分利用底板的抗彎剛度及樁基抗拔作用以抵抗下臥隧道的隆起，達到使用期抗浮穩定的目的。

圖7 底板、樁基形成“抗隆起板凳”

4)智能監測 采用巡檢機器人、三維激光掃描車等自動化監測設備對運營隧道的位移、變形、滲漏等項目進行精密監測，通過數據反饋，指導基坑開挖與支護，實現信息化施工。

5)應急演練 針對卸載可能導致運營盾構隧道突涌的風險，制定應急壓載及降水預案并組織搶險隊伍多次演練。將鋼錠、預制混凝土塊、鐵砂等便于添卸的壓重材料儲存在交通便捷、進出隧道方便的區域并配置好裝載車輛，做好隨時反壓的準備，另外時常檢查備用降水井，保證關鍵時刻可抽水減壓降低隧道受到的浮力。

2.4 防水

2.4.1超長隧道結構，大體積混凝土

環路主線及匝道共計6.0km長，為一類隧道，同時受覆土深度、車道規模、地下水壓的影響，主體結構板厚>1m情況居多，屬大體積混凝土。超長大體積混凝土結構一方面在施工期易因溫度收縮、干燥收縮產生裂縫，另一方面在運維期易受周邊地塊基坑開挖、樁基施工、降地下水、臨時堆載等影響產生不均勻沉降及裂縫。

2.4.2長江一級階地，水文地質情況復雜

根據地質勘察報告，建設場地地下水資源豐富。上層滯水受大氣降水、生活生產排水、地表水滲透補給、豐水枯水期周期變化等因素影響，水位變幅大，結構頂板承受干濕交替作用。底板埋深多揭露一級階地富水砂層，常年接觸高承壓水頭。

2.4.3枯水季節施工，作業條件受限

武漢每年長江汛期維持5個月之久，地下工程有效施工期僅半年，項目工期排布緊張。受用地紅線寬度的影響，環路基坑采用無肥槽設計方案，結構外墻密貼支護樁，只能使用單邊支模現澆工藝，導致結構外墻在養護齡期易受坑邊交通荷載影響而開裂，同時支護樁基面的平整度、垂直度、干燥度難以控制，傳統外包防水施工工藝不適用。

地下工程一直秉承以混凝土結構自防水為根本，提高混凝土密實度和控制結構裂縫發展是解決滲漏問題的關鍵。針對本環路防水工程面臨的挑戰，經多輪技術論證，選擇在主體結構混凝土中添加高性能水泥基滲透結晶型防水劑達到自防水從而取消外防水的目的(見圖8)。

水泥基滲透結晶型防水劑是一種全新的剛性防水設計理念，主要優勢如下。

1)取消了傳統的外包防水層，經分析可節約工期15%～20%。

2)防水粉劑在商品混凝土攪拌站完成添加并與混凝土預拌均勻，罐車運至現場后直接泵送至澆筑位置，實現了防水工程與主體結構同步施工，施工質量容易控制。

3)因混凝土呈現堿性，植物根系喜酸性，存在綠植區域的結構頂板可略去耐根穿刺保護層。

2.5 管理

項目建立了以模型分解結構及編碼體系為核心，串聯設計-施工-運營全生命周期管理的BIM平臺，打通信息孤島，形成地下環路全生命周期數字資產，為武昌濱江商務區總體開發、運營及大數據應用提供必要數據基礎，BIM總體架構如圖9所示。

1)通過BIM模型方案比選，從三維可視化角度輔助確定地下環路與周邊地下車庫的連接，實現交通組織預演。

2)開展各專業設計信息協同與復核，通過精確定位與碰撞檢查，預先模擬土建與機電的工程建造，排除矛盾沖突。

3)通過施工階段數字仿真模擬，降低工程自身建設風險及對周邊環境的不利影響。

4)基于BIM協同管理平臺優勢，加強數據共享，保障信息有效傳遞，提高了參建各方協作管理水平。

根據項目的特點量身定制，研發了BIM智能化協作管理平臺網頁版和手機App版，在項目實際建設管理過程中取得了良好的效果，并得到了相關政府主管部門的肯定。

3 結語

武漢市武昌區濱江核心區地下空間環路EPC工程是武漢市重點城建項目，也是當前武漢在建規模最大的地下車庫聯絡道工程，通過地下環路有機串聯周邊核心商圈、大型商辦、高檔住宅，可有效將濱江核心商務區到發交通導入地下，在凈化地面環境、拓寬慢行空間、改善公交品質、提升區域景觀、樹立城市形象等方面發揮著積極作用。本文著重介紹該項目在交通、建筑、基坑、防水、管理等各個環節的設計與施工創新點，并討論了相關技術問題，以期為同行提供參考和借鑒。