城市下穿长隧道工程设计

李松柏

1 概述

近年来，城市化进程日益加快，靠近市区的公路两边的荒地很多都已经慢慢城镇化，人流、车行交通量不断增加，为适应经济的发展，很多地方需要对旧路进行大修或改扩建。对交通流量较大的路口平交改立交，由于修建高架桥会影响道路景观、遮挡视线、有行车噪声，从而影响周边地块的商业价值和居住环境，因此越来越多需要做立交的路口采用下穿隧道的形式，若连续几个路口相距很近且周边是重要的商业街或对景观要求高，则下穿隧道的长度会增加，达到规范中长隧道的标准。近4年来，本人在东莞地区设计改造的几条公路中普遍采用下穿隧道的立交形式，其中长隧道4条，中、短隧道8条。

2 城市长隧道的特点

城市车行长隧道的建设与周边自然环境、建设规划条件等密切相关，在一些旧路改造项目当中，场地周边一般分布有较多的房屋、市政管网等，旧路的临时交通也需要进行疏导，因此隧道的施工对环境的控制要求较高。另外由于隧道长度的增加，城市长隧道较短隧道有一些自身的特点，工程设计要点主要体现在如下几个方面:

1 )隧道结构形式及结构分段。城市隧道一般分敞口段与闭口段，敞口段若地质较好，岩层埋置较浅或在地下水位以上时，可采用路肩挡墙+普通路基的结构形式，地质条件较差或地下水位以下时一般采用U形槽结构。为了减少行车墙壁效应，敞口段也有采用侧墙内侧外倾的U形槽结构或者U形槽上部放坡绿化结合的断面形式，提高景观效果。闭口段一般采用封闭式矩形单孔或多孔框架结构。珠三角地区由于地质情况一般普遍较差，目前结构分段一般有两种方式，一种按20 m～25 m左右设置一道沉降缝，另外一种是按40 m～50 m左右设置一道沉降缝，前一种分段方式长度较短，结构施工完后不容易产生混凝土收缩裂缝和沉降不均匀的裂缝，但是由于沉降缝数量多，虽然沉降缝处有防水设计，但是目前的施工工艺很难做到不漏水，因此很容易人为造成结构漏水薄弱点。后一种分段方式由于长度较长，为防止混凝土的收缩裂缝产生，一般都要采取加强带的做法，底板一般采用膨胀加强带，侧墙一般采用后浇加强带，因此造成施工难度增加。两种分段方式各有优缺点，具体采用哪种方式应根据实际施工技术水平的情况选择。

2 )隧道建筑限界。城市隧道建筑限界主要依据《公路隧道设计规范》的要求进行，但是由于城市隧道一般是矩形结构，因此顶面要注意预留照明灯的安装空间，一般是50 cm。侧面要注意预留侧壁装饰的空间，一般取10 cm。

3 )隧道结构抗浮。下穿隧道属地下结构物，结构抗浮有两个内容，一个是如何选取地下水位标高;另一个是结构采用何种方式抗浮。对全埋式的结构物，根据规范，地下水位一般取至地面标高。但有的情况须具体分析，比如隧道所处路基为路堤填土，则取原地面标高比较合理。另外，隧道进出口处的高程也是一个控制因素，地下水水位一般不会高于敞开段进、出口处的标高。若隧道顶覆土达到一定的厚度，隧道闭口段一般靠自重就可抗浮，也可在侧墙外侧添加墙趾，增加抗浮压重。埋置深度超过3 m～4 m的敞开段是抗浮的重点，可利用侧墙外侧的支护桩作为抗浮措施，另外若抗浮力仍不足，可在底板下设计抗拔桩或者抗拔锚杆等，这样既可以增加抗浮力，又能减少底板内力，降低结构配筋率。

4 )隧道防水。隧道防水以结构以自防水为主，附加外防水为辅，其抗渗等级可按P8级，为减少结构收缩裂缝，可根据经验在结构内适当掺入防水抗裂剂(低碱低掺量)。结构外防水采用“外防外贴法”全外包防水。沉降缝处防水采用中埋式及背贴式止水带，施工缝防水采用钢板止水带。

5 )隧道排水。隧道起点处道路纵断面设反坡(凸曲线)，可防止隧道范围以外周边雨水的进入，隧道内设置纵向排水边沟，闭口段纵坡最低点处设横截式排水沟，将所有雨水汇集在路面最低点处，再导至泵房，经泵房导至地面，经卸压井、检查井与周边管网或河涌衔接。由于隧道内雨水主要是由敞开段汇集，若闭口段较长，为减少雨水在长而缓的隧道闭口段内的距离，一般宜设置两个泵房，在隧道闭口段中部设置凸曲线变坡点，将隧道最低点置于闭口段进、出口附近。

6 )隧道通风。由于闭口段长度较长，通风方式有自然通风与机械通风两种方式，考虑到设置射流风机后期维护费用及增加了隧道埋置深度，从运营和建设成本考虑，隧道尽量采用自然通风，由于城市明挖隧道埋深较浅，因此也有条件在顶板上设置通风天窗，国内有相关的工程实例［3］。但是，关于天窗的设置形式有以下几种:a.在能设置天窗的地段均连续设置;b.在满足通风要求的前提下局部合理地设置天窗。这两种天窗设置的优缺点见表1。结合广州市内的黄埔大道隧道(天窗连续设置)多年的使用经验，天窗连续设置无太多优点，因此目前采用自然通风的长隧道尽量采用局部合理地设置天窗的方案。

7 )隧道防灾、减灾。在敞开段与闭口段相接处中央分隔带断开一段，采用水马分隔，具体长度根据隧道行车道数量来定，当闭口段出现灾情时敞开段的车流可调头避险。隧道进行室内、室外消防系统设计，隧道内放置消防栓、灭火器、消防声光自动报警等安全设施。隧道中隔墙每隔100 m左右设置一处人行安全门洞，根据《公路隧道设计规范》要求在闭口段设置车行横通道，提高防灾能力。目前尚无对隧道进行专门的消防通道设计实例。

表1 不同形式天窗的优缺点比较

8 )隧道施工。城市明挖法长隧道基坑支护方式、施工工法与短隧道无太大区别，支护方式主要可采用放坡、钢板桩、钻孔灌注桩、重力式格栅挡墙、地下连续墙等，止水帷幕可采用水泥搅拌桩或旋喷桩等方式。两者施工不同的地方是长隧道由于长度较长，对过街影响较大，因此一般采取纵向分段进行施工，过街交通可利用已施工好的节段解决。公路大范围的临时交通可利用周边路网合理疏导，公路隧道附近的局部小范围临时交通可在基坑两侧修建临时通车便道疏导。

9 )隧道埋深。隧道闭口段的埋深影响到基坑的深度以及隧道敞开段的长度，直接影响整个工程的建设投资，合理的设计隧道的埋深至关重要。影响隧道埋深的因素主要有:a.隧道闭口段上部是否必须有管线横过;b.隧道顶路面结构的要求;c.结构抗浮的需要;d.明挖施工在地质较差时，基坑深度较深时一般设置两道支撑，为方便施工，隧道闭口段埋深最好大于1 m，以保证第一道支撑与隧道顶板位置不会冲突;e.闭口段采用机械通风时，须预留射流风机的净高。由于隧道埋深影响施工难度以及工程造价，设计时应该进行综合考虑。

3 结语

城市长隧道有其自身的特点，各个不同的项目也有其自身的实际情况，工程师应在遵循安全、美观、经济、合理的条件下灵活进行设计。本文介绍的一些城市长隧道的设计特征是基于广东东莞地区的特点进行的，设计方案经过多次评审，希望能供相关工程作为借鉴。

［1］ 魏立新，刘 芳.广州市城市车行隧道建设技术现状及展望［J］.隧道建设，2007，27(2)：4-8.

［2］ 邢 锦，张贵生.天津津湾广场张自忠路下沉隧道工程设计经验［J］.中国市政工程，2010(5)：32-33.

［3］ 刘爱荣，王定文.广州黄埔大道隧道土建工程设计［J］.公路交通科技，2003(4)：52-56.