李 輝

(1.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執(zhí)法局，安徽 淮南 232001)

城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

李 輝1,2

(1.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政執(zhí)法局，安徽 淮南 232001)

結(jié)合淮南市城市車(chē)行隧道實(shí)例,闡述了隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法,提出了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工措施，以供相關(guān)技術(shù)人員參考借鑒。

城市隧道，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，技術(shù)要求

1 項(xiàng)目概況

淮南市中央公園下穿隧道為長(zhǎng)距離淺埋式隧道，隧道建筑長(zhǎng)度為1 135 m。其中暗埋段長(zhǎng)775 m，敞開(kāi)段長(zhǎng)360 m。全線隧道分為敞開(kāi)段、暗埋段、敞開(kāi)段的結(jié)構(gòu)布置。暗埋段采用單箱雙室結(jié)構(gòu)。

2 隧址區(qū)地質(zhì)概況

3 隧道橫斷面設(shè)計(jì)

隧道主洞限界凈寬14.50 m,行車(chē)道凈高5.0 m，人行道凈高2.5 m，采用壁龕式局部加高矩形隧道內(nèi)凈空高度。為了確保隧道的巡查、維修、救援的安全，隧道設(shè)置了2處人行橫洞，凈寬2.0 m，凈高2.5 m，采用直墻式斷面。隧道含敞口段長(zhǎng)度超過(guò)1 km，根據(jù)消防部門(mén)意見(jiàn)，隧道中部設(shè)置1處車(chē)行橫洞。車(chē)行橫洞采用凈寬4.0 m，凈高4.5 m直墻式斷面。

4 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隧道主體結(jié)構(gòu)物按永久性建筑物設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮施工階段投資節(jié)省、進(jìn)度符合要求并滿足施工工藝的要求，使用階段結(jié)構(gòu)安全可靠、運(yùn)用維修經(jīng)濟(jì)節(jié)省，按照承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，進(jìn)行承載力、穩(wěn)定、變形、抗浮、抗裂及裂縫寬度等方面的檢算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按人防Ⅵ級(jí)的抗力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算。

1)結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土重度γ=26 kN/m3。

2)活荷載：汽車(chē)荷載采用“BZZ-100”荷載。

3)人群荷載采用3.5 kN/m2。

4)地面超載：按20 kPa計(jì)算，并考慮擴(kuò)散后作用在地下結(jié)構(gòu)上。對(duì)于下穿道路的段落，道路荷載按“BZZ-100”荷載計(jì)算，并考慮擴(kuò)散后作用在地下結(jié)構(gòu)上。

5)地震荷載：按7度地震設(shè)防，采用等代靜荷載法，包括：結(jié)構(gòu)本身、結(jié)構(gòu)上方土柱的慣性力以及側(cè)向土壓力的增量。

6)人防荷載：Ⅵ 級(jí)。

7)隧道施工引起的地面變形和沉降控制標(biāo)準(zhǔn)：地面變形沉降量控制在20 mm以內(nèi)，隆起量控制在10 mm以內(nèi)。

8)防水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度控制在0.2 mm以內(nèi)。

9)隧道結(jié)構(gòu)一般進(jìn)行橫斷面方向的受力計(jì)算，遇到覆土荷載沿隧道縱向有較大的變化或基底地層或基礎(chǔ)有顯著差異情況時(shí)，則應(yīng)對(duì)其縱向強(qiáng)度和變形進(jìn)行分析。

10)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)。按荷載效應(yīng)基本組合進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)重要性系數(shù)取γ0=1.1。

11)結(jié)構(gòu)防水等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)：隧道防水等級(jí)為二級(jí)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)基坑的保護(hù)等級(jí)和允許變形的控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制基坑開(kāi)挖引起的地面沉降量和水平位移，防止過(guò)量的地面變形對(duì)周?chē)ㄖ暗叵聵?gòu)筑物和市政管線造成危害。

隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)置環(huán)向施工縫及縱向變形縫，均采用PVC背貼式止水帶加中埋式橡膠止水帶，兩道防水，且嵌縫材料要求防水。變形縫間距在25 m～40 m。另外在地基有較大差異處，在結(jié)構(gòu)截面有顯著變化處必須設(shè)置變形縫。

5 洞門(mén)設(shè)計(jì)

在考慮盡量少刷坡和隧道“早進(jìn)洞、晚出洞”的要求下，隧道南北兩端洞門(mén)均選擇接長(zhǎng)明洞設(shè)置城墻式洞門(mén),U形槽兩側(cè)邊墻采用浮雕進(jìn)行裝飾，以利于今后植被恢復(fù)及洞口景觀設(shè)計(jì)。洞門(mén)設(shè)計(jì)可以根據(jù)最終景觀設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行適當(dāng)修改。

設(shè)計(jì)采用三維固土網(wǎng)植草綠化方式進(jìn)行隧道洞口的邊坡及仰坡防護(hù)，臨時(shí)仰坡根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告采用錨、網(wǎng)、噴混凝土進(jìn)行防護(hù)。隧道洞口邊仰坡施工時(shí)，開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)按設(shè)計(jì)施作防護(hù)，隧道進(jìn)洞開(kāi)挖前，必須完成洞口管棚及洞頂排水設(shè)施，以保證邊仰坡的穩(wěn)定、安全。

6 特殊洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)明洞工程:為了減少路基開(kāi)挖形成的高邊坡等病害對(duì)隧道口的威脅，以及城市隧道洞口景觀設(shè)計(jì)的需要，本隧道兩端洞口均設(shè)置了明洞一般襯砌，明洞采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。全隧道右線共設(shè)置明洞129 m。

2)洞身淺埋段暗挖處理:隧道南端左右線洞口段埋深較淺，地質(zhì)較差，施工時(shí)，洞口段采用超前大管棚作為超前支護(hù)，洞內(nèi)采用小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

3)洞身下穿人防通道段處理:本隧道需穿越已建人防通道，隧道的修建必須保證人防通道的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)主要考慮加強(qiáng)初期支護(hù)，控制圍巖變形。施工時(shí)，采用臺(tái)階分步法開(kāi)挖，爆破采用預(yù)裂爆破技術(shù)，做到“短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)”。

4)隧道洞口左右線小間距段的處理:本隧道受線形控制的影響，左右線進(jìn)出口段間距較小，不滿足規(guī)范規(guī)定的普通分離式隧道要求,設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)計(jì)算分析以及參考相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)此段隧道結(jié)構(gòu)不做特殊加強(qiáng)，施工可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，保證左右隧道開(kāi)挖掌子面間距20 m～30 m(可根據(jù)量測(cè)實(shí)際情況調(diào)整)，并加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全。

7 結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)

抗浮計(jì)算考慮施工期和運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)抗浮最不利工況進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算?？紤]基坑圍護(hù)采用放坡方案，計(jì)算均不考慮側(cè)壁摩阻力，U形槽及暗埋段抗浮安全系數(shù)不小于1.10；湖底段不小于1.15。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，抗浮驗(yàn)算地下水位取地面以下1 m，湖中段結(jié)構(gòu)水位按最大蓄水高度計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，除湖底暗埋段外，其他暗埋段均能滿足自抗浮要求。隧道敞開(kāi)段長(zhǎng)360 m，經(jīng)計(jì)算大部分敞開(kāi)段結(jié)構(gòu)在地下水位恢復(fù)后存在抗浮能力不足問(wèn)題。設(shè)計(jì)按湖底段抗浮系數(shù)不小于1.15，敞口段抗浮系數(shù)不小于1.1考慮，采用鉆孔灌注樁做抗拔樁來(lái)滿足抗浮要求，即在結(jié)構(gòu)下設(shè)置不同數(shù)量和深度的鉆孔灌注樁。

8 結(jié)構(gòu)工程材料

主體結(jié)構(gòu)采用C35防水鋼筋混凝土(抗?jié)B等級(jí)P8)，抗拔樁采用C35鋼筋混凝土，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋HRB335，抗拔樁鋼筋HPB235，HRB335。

9 注意事項(xiàng)

1)施工單位在施工前應(yīng)仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)文件，隧道施工必須嚴(yán)格執(zhí)行JTJ 042—94公路隧道施工技術(shù)規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定要求。2)本隧道南端洞口段地質(zhì)條件較差，埋深淺，施工前應(yīng)先做好邊仰坡防護(hù)，確保其穩(wěn)定，方可進(jìn)行主洞開(kāi)挖，施工時(shí)若發(fā)現(xiàn)其與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)在研究處理過(guò)后，方可重新施工，以確保施工安全。3)復(fù)合式襯砌施工時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行圍巖的監(jiān)控量測(cè)程序，并以圍巖的監(jiān)控量測(cè)信息指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，修正圍巖預(yù)留變形量。修正設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：首先，根據(jù)一個(gè)斷面的量測(cè)信息結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)修正，只適用于該斷面前后不大于5 m的同級(jí)圍巖地段；其次，隧道較長(zhǎng)地段同類(lèi)圍巖設(shè)計(jì)參數(shù)的修正，特別是降低設(shè)計(jì)參數(shù)，必須不少于三個(gè)斷面的量測(cè)信息為依據(jù)。按修正后的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行開(kāi)挖的地段，其設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性和合理性仍應(yīng)根據(jù)量測(cè)信息分析予以驗(yàn)證。4)初期支護(hù)鋼支撐與圍巖應(yīng)密貼，超前導(dǎo)管以下和開(kāi)挖輪廓之間局部掉塊必須用噴射混凝土充填密實(shí)。5)初期支護(hù)中，根據(jù)圍巖量測(cè)結(jié)果，分4層～6層噴射混凝土，在先期噴射混凝土表面發(fā)現(xiàn)有束流地下水處，采用Ω彈簧排水管貼面排水，并在排水管外周低壓噴射混凝土及時(shí)封閉，使其與隧道襯砌墻腳縱向排水管連通，要求初期支護(hù)完成后，表面基本無(wú)滲漏現(xiàn)象，才能進(jìn)行防水層的施工。6)隧道施工時(shí)必須作好后期各種設(shè)備預(yù)埋件的埋設(shè)工作。7)隧道施工必須嚴(yán)格按照J(rèn)TJ 076—95公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，要求安全施工，避免傷亡和設(shè)備受損。

10 混凝土監(jiān)測(cè)與控制措施

1)隧道運(yùn)營(yíng)期間養(yǎng)護(hù)參照J(rèn)TG H12—2003公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

2)在結(jié)構(gòu)內(nèi)重點(diǎn)部位分別設(shè)置不同預(yù)埋式耐久性無(wú)損監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)(腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器及其測(cè)讀器)。

[1] 李 剛,黎 丁.廣州城市隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與景觀優(yōu)化探討[J].山西建筑,2010，36(11)：57-59.

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[5] 陳七林.城市連拱隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].福建建筑，2011(5)：83-85.

The urban tunnel structure design examples

Li Hui1,2

(1.AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001,China；2.HuainanAdministrativeLawEnforcementBureau,Huainan232001,China)

Taking Huainan city urban tunnel as an example, expounds content and method of tunnel structure design, structure design and construction measures are proposed, to serve as a reference for technical personnel.

city tunnel, structure design, technical requirements

2015-03-26

李 輝(1970- )，男，在讀工程博士

1009-6825(2015)16-0195-02

U459

A