横琴岛第三通道下穿立交复杂结构节点设计

黄天荣

（上海市城市建设设计研究总院，上海　200123）

横琴岛第三通道下穿立交复杂结构节点设计

黄天荣

（上海市城市建设设计研究总院，上海200123）

以横琴岛第三通道为例，阐明了越江通道下穿立交复杂结构的节点设计。通过调整标高实现通道与下立交相交段合建，并将排洪箱涵设置在立交上方，解决了多个建（构）筑物交叉的技术难题；通过保留原结构进行人行通道改建、在下立交最低点设置雨水泵房以及对高压燃气管保护等节点设计，最大程度利用了原有结构与节约投资，实现了因地制宜的最优化设计；最后利用数值模拟验证了设计的可行性。

越江通道；下穿立交；复杂节点；优化设计

0　引言

作为一种特殊的地下建筑物，隧道在交通联系中扮演着重要角色。随着人工岛、海岛的逐步开发与利用，由于隧道具有全天候服务等突出优点，近年来正逐渐成为连接岛屿的首选[1]。目前已有一定数量的相关研究与分析，但这些研究主要关注隧道结构本身[2-4]，而对通道与岛上交接部位的研究还鲜有涉及。随着我国城乡一体化建设的加速，深入研究相关问题，对于建设类似项目、加速岛屿开发及提升我国水运及交通能级等[5]均具有积极意义。

1　工程概况

横琴岛第三通道是继横琴大桥、横琴二桥后的主要越江通道，通道沿横琴中路布置，在环岛北路南侧设置部分互通立交。由于环岛路北路下立交位于地下一层、横琴第三通道的上方，工程结构异常复杂。同时工程周边还涉及排洪渠、人行过街通道、高压燃气管、现状共同沟及电力隧道等已建工程，周边情况相对复杂，相关位置见图1。

图1反映出，横琴岛第三通道周边建（构）筑物众多，环境异常复杂。由于隧道本身结构较为特殊，因此该项目结构设计难度较大，需要有针对地进行创新方能满足项目设计要求。

图1　项目位置及周边环境Fig.1　Location of project and surrounding structures

2　设计原则

根据项目特征，从技术、经济等角度出发，提出越江通道与岛上交通连接的设计原则。

1）因地制宜

项目的场地特殊，周边建筑及管线密集，需要从实际情况出发，有针对性地进行工程方案的设计与比选，结合技术先进、经济合理进行分析，得出最适合于场址的设计方案。

2）地下空间集约利用

设计中需要整合原先分开考虑的各单体设计，以实现地下空间资源的高度集约化整合利用。这样既解决技术难题也可降低投资，适应建设环境友好型、资源节约型社会的要求。

3）注重周边环境保护

项目周边有的管线如高压燃气线为重大危险源，建设中稍有不慎便有可能酿成大祸。因此项目设计时，应注重对周边建构筑物的保护，减少对已建工程影响，以确保项目建设安全。

3　主要节点设计

基于上述原则，对横琴岛第三通道下穿立交复杂结构进行节点设计研究，通过方案提出、比选与论证等，最终得出各关键节点的设计方案。以下就主要结构节点设计逐一进行介绍。

3.1下穿立交节点

由于通道所在的横琴中路与环岛北路近似正交，故横琴岛第三通道与下穿立交节点设计至关重要。考虑到环岛北路下立交为双跨钢筋混凝土箱型结构，双向六车道，单跨结构内净尺寸为12.35 m×5.25 m。此处地面标高约为4.00 m，下立交底板底标高约为-6.40 m，横琴三通道明挖段顶板底标高约为-6.70 m。通过将下立交底板底标高下降至-6.70 m与三通道顶板共用，两者相交段采用合建的形式，在相交段两端预留下立交接口，可以达到最大集约化利用地下空间资源的目的。工程的地下道路结构与横琴三通道预留结构衔接，两端接地处与现状道路接顺，详见图2。

工程在实施时，三通道与下立交合建段围护结构采用1.0 m厚地墙。在三通道中隔墙、结构侧墙与下立交中隔墙、侧墙相交处设置暗柱，增加结构强度。同时三通道位于下立交车行道范围内结构侧墙不需浇筑，而设计成顶板梁与暗柱形成框架结构，并预留下立交接口措施。施工两端下立交时，凿除预留接口处地墙并与合建下立交相接。

3.2排洪箱涵改造

在横琴岛第三通道下穿立交的西侧原有一排洪渠，其结构形式采用3.5 m×2.3 m现浇钢筋混凝土箱涵。由于建设的需要，在处理好通道与下穿立交的节点后，也需要对该箱涵进行改造，以保证该区段防洪排水等。经分析研究，提出分建、合建两方案如图3所示。

为得出更适合现场的设计方案，经多渠道搜集资料与计算，形成比选方案见表1。

图2　下立交与三通道合建段结构Fig.2　Cross-section of interchange of underpass and Third Passage

图3　排洪箱涵建设方案示意图Fig.3　Schematic diagram of designsfor box-culvert flood drainage system

表1　排洪渠改造方案比选表Table 1　Comparison of proposals for reconstruction of flood drainage canal

由表1可见，无论是从技术合理还是经济节约等角度，合建的方案具有明显的优越性，更符合因地制宜的设计原则，也能更好地集约利用空间。因此项目最终采用排洪渠与下立交结构一体化合建方案，即下立交顶板与排洪渠底板共板一体化实施。

3.3人行通道改造

由于立交上方需要设置辅道等，原有的人行通道宽度变大，需要进行相应的改造，方能满足新的使用功能要求。遵循绿色理念，按照因地制宜、集约利用地下空间的原则，保持环岛北路原有人行地道主体结构不变，进行4个出入口的改建，最大程度利用了原有地下结构，并能满足工程建设新要求，参见图4。

图4　人行通道改造平面图Fig.4　Plan layout of reconstruction of pedestrian passage

由图4可见，原人行通道呈南北走向下穿环岛北路，通道净宽6 m，长约45 m，总建筑面积570 m2，现将原来通道主体位于新建环岛北路下立交部分保留。考虑到现状综合管廊（北侧）、燃气管（南侧）的避让，废除原有的通道出入口，并在两侧各新建3 m净宽的出入口。地面出入口宽度取3 m，设置双向出入口，一侧设置人行楼梯结合自行车推行，而坡道另一侧设置人行楼梯。

竖向设计方面，通道北侧需考虑避让综合管廊（北侧），通道南侧下穿燃气管（南侧）并设置7级楼梯踏步，通道采用双向坡，坡向地道中间最低点，横截沟设置在出入口与通道主体结合处，保留原集水井，设置在通道中心处，通道南侧最低处新设置一集水井考虑排水。地下过街通道综合考虑市政管线及过街作用，通道地坪至地面提升高度在5 m左右，出入口需设置一组楼梯及一组自行车推行坡道，如图5所示。

图5　人行通道纵剖面图Fig.5　Vertical cross section of pedestrian passage

4　附属节点设计

由于工程周边管线密集，节点众多，除了下立交、排洪渠及人行通道主要节点以外，实际上还有许多附属节点需要进行专门设计。鉴于已有文献对项目的共同沟及电力隧道节点进行说明[6]，下面将对雨水泵房、高压燃气管及变电所等节点设计进行专项阐述。

4.1雨水泵房布置

在下立交最低点西北侧设置雨水泵房，敞开段雨水通过边沟、管道和最低点横截沟收集，进入雨水泵房集水池，经水泵提升至下立交外压力窨井后，再排入室外雨水管网。雨水泵房的规模为1.7 m×4.5 m。下部设置集水坑，总净高约为7.6 m，对于高于最低点的地方，需要在地道最低处铺设2个横截沟坡向隧道外侧，并在底部设置集水竖井，结构底板预埋套管坡度1%接入雨水泵房的集水坑内。路面横向单坡为1.5%。

通过这一合理化设计，达到了最大程度自动排水的目的，避免了积水对下立交及通道等造成影响，在节约投资的同时具有良好的工作性能，更能适应构建海绵城市的要求。

4.2高压燃气管保护

横琴岛第三通道附近分布有DN400高压燃气管，是专门向澳门提供燃气的管道。由于道路平面线位发生变化，部分燃气管位于车行道下，需要增加上盖混凝土保护结构或进行搬迁，比选方案详见表2。

表2　高压燃气管保护方案比选Table 2　Comparison of proposals for protection of high pressure fuel gas pipeline

根据因地制宜与节约的原则，经综合考虑后采用保护方案。相应的保护截面见图6。

4.3变电所设计

由于三通道与下立交今后由同一家单位养护管理，为节省投资，下立交变配电所设在隧道WK1+790—WK1+810设备段地下一层空腔内（距下立交结构外边线约30 m），变电所只为下立交工程范围内的用电设备供电，且变电所进出线方式为下进下出。

图6　高压燃气管保护方案横断面图Fig.6　Cross section of high pressure fuel gas protection

5　有限元复核

由上述分析可见，排洪渠与下立交合建结构较为复杂，且排洪渠内有水通过存在渗漏风险，因此该结构的重要性最高。为论证方案可行性，利用ANSYS建立相应有限元三维计算模型进行校核。通过对施工期、使用期各种状态的模拟发现，箱涵结构边缘处出现负弯矩，跨中出现了正弯矩，但由于空间效应，相应内力均不大，可以满足结构合建设计要求[7]。

6　结语

通过标高调整、方案比选及数值模拟等手段，从因地制宜、集约利用地下空间及注重周边保护的设计原则出发，成功实现了横琴岛第三通道下穿立交复杂结构节点设计。该实践表明，对于过江隧道与岛上交通连接段的复杂结构，可以灵活采取多种方式实现其最优化设计。随着我国跨江、跨海隧道的不断增多，相关交通连接部位的节点设计需要有更多方法灵活处理，有待做进一步的研究与探讨。

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Design of structural nodes between the third interchange and upper underpass on Hengqin Island

HUANG Tian-rong
（Shanghai Urban Construction Design Research Institute,Shanghai 200123,China）

The design of nodes of complex underpass structures in a crossing-river passage was introduced based on the Third Interchange on Hengqin Island.Through elevation adjustment to achieve the unifying construction of the interchange and the underpass and setting the drainage box culvert over the underpass,the difficulty of several structures encountered was solved. And the passage was reformed with the main structure unchanged,and the pumping house was built at the lowest point of the underpass and the high pressure fuel gas pipeline was protected.These measures made use the existing structures and cut down the investment to the utmost,as well as optimized the designs.The feasibility of these designs was finally verified with the numerical simulation.

crossing-river passage;underpass;complex node;optimization design

U652；U452.2

A

2095-7874（2016）05-0049-05

10.7640/zggwjs201605012

2016-02-04

2016-03-08

住建部科学技术项目计划（2014-S1A-003）；上海市城市建设设计研究总院科研工程项目（13829S）

黄天荣（1982— ），男，上海市人，博士，注册一级建造师，工程师，主要从事地下结构设计及研究。E-mail：tinyo_huang@126.com