东旱门过江隧道工程设计

2013-03-01桂建刚

山西建筑 2013年8期

桂建刚

(杭州城建设计研究院有限公司，浙江杭州 310000)

0 引言

东旱门过江隧道位于余姚市东旱门路，下穿最良江。最良江因河道通航等级提高，原有过江东旱门桥不能满足通航要求必须拆除，为了更好地打通最良江两岸机动车、行人及非机动车过江交通功能，优化和完善城区跨越最良江及沿线两岸的路网结构，通过多方案的综合比选，最后确定在原东旱门桥址处修建下穿最良江的隧道方式过江，使过江功能与最良江两岸环境景观相统一，从整体上达到提升城市道路的档次和品位的目的。

1 工程地质及周边环境

1.1 工程地质条件

场地为第四系沉积物，属海积、冲积平原，滨海(湖沼)相软土。该区域地层主要为:①杂填土，该土层碎石含量高，局部有大块石，②淤泥质粘土，③粉质粘土，④粉质粘土，⑤淤泥质粉质粘土，⑥粘土，⑦粉质粘土。

场地的地下水位埋深为1.80 m～2.00 m，属浅层孔隙型潜水。

1.2 周边环境

隧道两侧为高档居民住宅区，小区建筑多为5层钢筋混凝土框架结构，距离隧道基坑较近，最近距离约7 m。最良江两岸为高档景观绿化，环境幽静。

2 工程设计

隧道南起万年桥东路，采用隧道形式穿越南兰江路、最良江、北兰江路，北接世南东路，全长约623.699 m。隧道具有机动车、非机动车及行人过江功能;机动车道为双向两车道，机动车与非机动车在江底段共管通行，在隧道进入岸边地块后，机动车与非机动车分离，非机动车与行人以斜坡推行+台阶踏步方式出地面。

2.1 线路设计

2.1.1 平面线路设计

根据道路总体规划要求，隧道U形槽敞口段不得跨越万年桥东路与世南东路，而且隧道建成后，其两侧地面辅道必须保持双向两车道+两条非机动车道通行条件;因此，隧道内机动车道不得超过两条，以确保地面道路通行宽度;隧道U形槽段结构中心线应与东旱门路中心线一致，以保持两侧地面道路宽度均衡。

线路设计起点为万年桥东路与东旱门路交叉口，桩号为0+ 000;设计终点为世南东路与东旱门路交叉口，桩号为 0+ 623.699，总长约为623.699 m。分别在桩号0+196.784，0+ 373.681及0+529.464处设置了圆曲线，圆曲线半径分别为R1= 5 000 m，R2=2 500 m，R3=5 000 m。

2.1.2 纵断面线路设计

隧道内机动车纵坡要素受如下因素控制:1)地面道路高程与江底高程相差约5.3 m;2)隧道顶板上部必须保持厚度不小于1 m的覆土;3)机动车隧道内净空要求不小于4.0 m;4)隧道两端道路交叉口距离江边约240 m～300 m。隧道拉纵坡条件局促，经综合考虑，将全隧道机动车纵坡设计为“V”字形，最低点设置于江中心下方。

U形槽起点0+035，以－4.450%的坡度下行，至0+140处设一变坡点(竖曲线半径R=4 000 m)，然后以－5.450%的坡度下行，至江底中心0+280处设一“V”字形变坡点(竖曲线半径R= 700 m)，再以3.873%的坡度上行，至0+477处设一变坡点(竖曲线半径R=6 000 m)，继续以4.450%的坡度上行出隧道。

2.2 隧道建筑限界

该隧道设计为双向两车道。隧道机动车道净宽8.5 m，净高4.0 m，其中行车道宽2×3.5 m，为保证行车道的充分利用，增加行车的安全感，在行车道两侧增设路缘带2×0.5 m，两侧余宽2× 0.5 m。为了最大限度地减少行人的空间压抑感，保证过江行人的舒适度，隧道非机动车道净宽按4.0 m，净高按2.5 m考虑。

隧道轮廓设计考虑了满足设置排水沟、电缆安设、照明、消防、通讯及装修等需要;并且还在江中段行人及非机动车通道下预留管廊，供市政管线过江使用。

2.3 隧道结构设计

该隧道因考虑行人过江功能，江中段和江岸段功能不同，结构上采用不同的形式。江中段设计成三跨两柱式矩形结构，中间跨为机动车道，两侧为行人及非机动车过江通道;江岸段设计成直墙圆拱形结构，拱形结构有利于结构受力。隧道边墙与围护桩形成叠合墙结构，达到挡土、止水、抗浮、减小差异沉降和保护周边建(构)筑物等多重目的。

结构采用C30防水钢筋混凝土，抗渗等级为P8。江中段结构侧墙50 cm厚，顶板80 cm厚+2 cm厚A3钢板，底板为70 cm厚。江岸段结构侧墙50 cm厚，顶、底板均为70 cm厚。

2.4 基坑围护设计

最良江为余姚市汛期排洪的主要河道之一，为了保证河道来年汛期的排洪功能，江中段基坑必须特殊设计。该段采用盖挖逆做法进行设计。即先施工全套管钻孔咬合桩(成桩效果好，挡土止水可靠)、中间竖向支撑，再施工隧道结构顶及结构防水，恢复河道通航，然后在结构顶板的保护下从岸边明挖基坑向江中段暗挖施工，完成剩余结构，见图1。

江岸段基坑采用明挖法施工。基坑离两边居民住宅楼较近，为了基坑施工过程中尽可能地减少对周边环境的影响。该段基坑围护结构采用成桩效果好的全套管钻孔咬合桩(无泥浆排放污染，取土无振动、噪声小)旋挖取土，利用结构自身顶板兼做横撑(永临结合，省去大量临时混凝土支撑的施工和拆除工作，最大限度地缩短工期、节省投资及保护环境)，进行基坑开挖施工，如图2所示。

图1 江中段结构

图2 江岸段结构

2.5 防水设计

隧道建成后，防水效果好坏直接影响隧道后期的使用功能。为了达到防水可靠、一劳永逸、不留后患的目的，隧道结构防水应以混凝土自防水为主，柔性防水层为辅，对变形缝、施工缝特殊部位采用多道防线处理的全封闭密闭防水。隧道防水等级按一级设计。具体防水措施:

1)结构自防水:采用C30防水钢筋混凝土进行结构自防水，混凝土抗渗标号不低于P8。

2)外贴式防水层:江中段顶板利用20 mm厚钢板防水，并在钢板上方铺设70 mm厚C30素混凝土保护层;底板下采用1.5 mm厚的PVC防水卷材(为确保防水板不破损，在防水板外侧设有400 g/m2)，同时在底板防水板上面铺设50 mm厚C15素混凝土保护层，以防钢筋安装时弄破防水板;侧墙与围护桩墙形成叠合墙结构，不再铺设防水板，见图1。江岸段顶板采用PVC防水卷材，防水层上铺设70 mm厚的砂浆保护层;底板及侧墙防水与江中段相同，见图2。

3)施工缝防水:施工缝处预埋止水钢板及注浆管，后续混凝土浇筑前先涂刷MC系列注浆材料，并在结构强度达到设计强度后，压注MC系列注浆材料进行密闭止水。

4)变形缝:该隧道无变形缝设置。

3 工程设计的难点

该隧道工程设计存在以下几方面的难点:

1)因河底标高及江边至两端交叉口间距离过短等地形条件限制，线路拉纵坡条件局促，可选余地小。本方案线路纵坡设计成“V”字形，坡度指标接近规范最大允许值。2)隧道两侧均为居民住宅楼，离隧道最近距离约7 m，且小区进出口大门朝向隧道。基坑施工时选用何种围护结构及支撑体系能够确保基坑安全，且使基坑开挖对周边环境产生的影响最小。本方案围护结构采用性价比高的全套管钻孔咬合桩旋挖取土，该套成桩工法具有环保效果好(无泥浆排放、无振动、噪声小)、对周边环境影响小、成桩质量高、节约混凝土(充盈系数小)等优点。而且咬合桩与结构侧墙可形成叠合墙结构，极大地提高了基坑及隧道结构的安全度和经济性。3)江中段采用盖挖逆作法施工，最大限度地减少江中段施工工期，确保汛期到来时恢复河道的过水防洪功能。4)基坑支撑体系全部采用隧道结构顶板，既提高了基坑安全度，又极大地节约了施工工期和工程造价。5)江中段结构防水设计，如何确保防水可靠。本方案采用结构顶板上外包2 cm厚镀锌钢板，既达到防水可靠目的，又起到防止通航船只抛锚对隧道结构造成破坏的目的。