城市隧道结构设计实例

李 辉

(1.安徽理工大学，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政执法局，安徽 淮南 232001)

城市隧道结构设计实例

李 辉1,2

(1.安徽理工大学，安徽 淮南 232001； 2.淮南市城市管理行政执法局，安徽 淮南 232001)

结合淮南市城市车行隧道实例,阐述了隧道结构设计的内容和方法,提出了具体的结构设计和施工措施，以供相关技术人员参考借鉴。

城市隧道，结构设计，技术要求

1 项目概况

淮南市中央公园下穿隧道为长距离浅埋式隧道，隧道建筑长度为1 135 m。其中暗埋段长775 m，敞开段长360 m。全线隧道分为敞开段、暗埋段、敞开段的结构布置。暗埋段采用单箱双室结构。

2 隧址区地质概况

3 隧道横断面设计

隧道主洞限界净宽14.50 m,行车道净高5.0 m，人行道净高2.5 m，采用壁龛式局部加高矩形隧道内净空高度。为了确保隧道的巡查、维修、救援的安全，隧道设置了2处人行横洞，净宽2.0 m，净高2.5 m，采用直墙式断面。隧道含敞口段长度超过1 km，根据消防部门意见，隧道中部设置1处车行横洞。车行横洞采用净宽4.0 m，净高4.5 m直墙式断面。

4 主体结构设计

隧道主体结构物按永久性建筑物设计，结构设计应充分考虑施工阶段投资节省、进度符合要求并满足施工工艺的要求，使用阶段结构安全可靠、运用维修经济节省，按照承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，进行承载力、稳定、变形、抗浮、抗裂及裂缝宽度等方面的检算。结构设计按人防Ⅵ级的抗力标准进行验算。

1)结构自重：钢筋混凝土重度γ=26 kN/m3。

2)活荷载：汽车荷载采用“BZZ-100”荷载。

3)人群荷载采用3.5 kN/m2。

4)地面超载：按20 kPa计算，并考虑扩散后作用在地下结构上。对于下穿道路的段落，道路荷载按“BZZ-100”荷载计算，并考虑扩散后作用在地下结构上。

5)地震荷载：按7度地震设防，采用等代静荷载法，包括：结构本身、结构上方土柱的惯性力以及侧向土压力的增量。

6)人防荷载：Ⅵ 级。

7)隧道施工引起的地面变形和沉降控制标准：地面变形沉降量控制在20 mm以内，隆起量控制在10 mm以内。

8)防水混凝土结构的裂缝宽度控制在0.2 mm以内。

9)隧道结构一般进行横断面方向的受力计算，遇到覆土荷载沿隧道纵向有较大的变化或基底地层或基础有显著差异情况时，则应对其纵向强度和变形进行分析。

10)结构的安全等级为一级。按荷载效应基本组合进行承载能力计算时重要性系数取γ0=1.1。

11)结构防水等级及标准：隧道防水等级为二级。

结构设计中应根据基坑的保护等级和允许变形的控制标准，严格控制基坑开挖引起的地面沉降量和水平位移，防止过量的地面变形对周围建筑及地下构筑物和市政管线造成危害。

隧道主体结构设置环向施工缝及纵向变形缝，均采用PVC背贴式止水带加中埋式橡胶止水带，两道防水，且嵌缝材料要求防水。变形缝间距在25 m～40 m。另外在地基有较大差异处，在结构截面有显著变化处必须设置变形缝。

5 洞门设计

在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的要求下，隧道南北两端洞门均选择接长明洞设置城墙式洞门,U形槽两侧边墙采用浮雕进行装饰，以利于今后植被恢复及洞口景观设计。洞门设计可以根据最终景观设计的要求进行适当修改。

设计采用三维固土网植草绿化方式进行隧道洞口的边坡及仰坡防护，临时仰坡根据地质勘察报告采用锚、网、喷混凝土进行防护。隧道洞口边仰坡施工时，开挖后应及时按设计施作防护，隧道进洞开挖前，必须完成洞口管棚及洞顶排水设施，以保证边仰坡的稳定、安全。

6 特殊洞身结构设计

1)明洞工程:为了减少路基开挖形成的高边坡等病害对隧道口的威胁，以及城市隧道洞口景观设计的需要，本隧道两端洞口均设置了明洞一般衬砌，明洞采用C25钢筋混凝土结构。全隧道右线共设置明洞129 m。

2)洞身浅埋段暗挖处理:隧道南端左右线洞口段埋深较浅，地质较差，施工时，洞口段采用超前大管棚作为超前支护，洞内采用小导管作为超前支护，尽量减少对围岩的扰动。

3)洞身下穿人防通道段处理:本隧道需穿越已建人防通道，隧道的修建必须保证人防通道的结构安全稳定。本次设计主要考虑加强初期支护，控制围岩变形。施工时，采用台阶分步法开挖，爆破采用预裂爆破技术，做到“短进尺、弱爆破、勤量测”。

4)隧道洞口左右线小间距段的处理:本隧道受线形控制的影响，左右线进出口段间距较小，不满足规范规定的普通分离式隧道要求,设计时通过计算分析以及参考相关工程经验，决定对此段隧道结构不做特殊加强，施工可采用双侧壁导坑法开挖，保证左右隧道开挖掌子面间距20 m～30 m(可根据量测实际情况调整)，并加强隧道监控量测，以保证结构稳定及施工安全。

7 结构抗浮设计

抗浮计算考虑施工期和运营期结构抗浮最不利工况进行稳定性验算。考虑基坑围护采用放坡方案，计算均不考虑侧壁摩阻力，U形槽及暗埋段抗浮安全系数不小于1.10；湖底段不小于1.15。

根据地质勘察报告，抗浮验算地下水位取地面以下1 m，湖中段结构水位按最大蓄水高度计算。经计算，除湖底暗埋段外，其他暗埋段均能满足自抗浮要求。隧道敞开段长360 m，经计算大部分敞开段结构在地下水位恢复后存在抗浮能力不足问题。设计按湖底段抗浮系数不小于1.15，敞口段抗浮系数不小于1.1考虑，采用钻孔灌注桩做抗拔桩来满足抗浮要求，即在结构下设置不同数量和深度的钻孔灌注桩。

8 结构工程材料

主体结构采用C35防水钢筋混凝土(抗渗等级P8)，抗拔桩采用C35钢筋混凝土，主体结构采用钢筋HRB335，抗拔桩钢筋HPB235，HRB335。

9 注意事项

1)施工单位在施工前应仔细阅读设计文件，隧道施工必须严格执行JTJ 042—94公路隧道施工技术规范的各项规定要求。2)本隧道南端洞口段地质条件较差，埋深浅，施工前应先做好边仰坡防护，确保其稳定，方可进行主洞开挖，施工时若发现其与设计不符，应在研究处理过后，方可重新施工，以确保施工安全。3)复合式衬砌施工时，必须严格执行围岩的监控量测程序，并以围岩的监控量测信息指导设计与施工，修正围岩预留变形量。修正设计参数应注意以下事项：首先，根据一个断面的量测信息结果，进行设计参数修正，只适用于该断面前后不大于5 m的同级围岩地段；其次，隧道较长地段同类围岩设计参数的修正，特别是降低设计参数，必须不少于三个断面的量测信息为依据。按修正后的设计参数进行开挖的地段，其设计参数的正确性和合理性仍应根据量测信息分析予以验证。4)初期支护钢支撑与围岩应密贴，超前导管以下和开挖轮廓之间局部掉块必须用喷射混凝土充填密实。5)初期支护中，根据围岩量测结果，分4层～6层喷射混凝土，在先期喷射混凝土表面发现有束流地下水处，采用Ω弹簧排水管贴面排水，并在排水管外周低压喷射混凝土及时封闭，使其与隧道衬砌墙脚纵向排水管连通，要求初期支护完成后，表面基本无渗漏现象，才能进行防水层的施工。6)隧道施工时必须作好后期各种设备预埋件的埋设工作。7)隧道施工必须严格按照JTJ 076—95公路工程施工安全技术规范执行，要求安全施工，避免伤亡和设备受损。

10 混凝土监测与控制措施

1)隧道运营期间养护参照JTG H12—2003公路隧道养护技术规范执行。

2)在结构内重点部位分别设置不同预埋式耐久性无损监测传感系统(腐蚀监测传感器及其测读器)。

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[5] 陈七林.城市连拱隧道的结构设计与施工要点[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 辉(1970- )，男，在读工程博士

1009-6825(2015)16-0195-02

U459

A