苏州轨道交通6号线与金鸡湖公路隧道共建方案分析

2019-05-31王仲林

城市轨道交通研究 2019年5期

刘皓王仲林

(广州地铁设计研究院股份有限公司, 510010, 广州//第一作者, 工程师)

金鸡湖位于苏州市工业园区，是我国最大的城市湖泊公园，堪称21世纪苏州“人间新天堂”的象征。为完善环金鸡湖金融贸易区基础设施建设和园区内部交通网络，缓解东西向跨湖交通的压力，加强园区东西向联系，金鸡湖公路隧道的建设已成为当务之急。苏州轨道交通6号线连接高新区、姑苏区和工业园区，强化了金鸡湖东西两岸之间的联系，是城市东西向穿越古城及金鸡湖的重要客流通道。为更好地统筹金鸡湖公路隧道与苏州轨道交通6号线的规划、设计及建设，以合理利用空间，避免反复开挖金鸡湖，降低社会影响，本文对金鸡湖公路隧道与苏州轨道交通6号线共建中的问题进行探讨。

1 工程概况

金鸡湖公路隧道位于苏州工业园区核心区域，是一条连接金鸡湖两岸重要的东西向城市主干路。项目的建设将加强金鸡湖两岸的交通联系，极大地完善园区规划路网布局。

金鸡湖公路隧道沿中新大道线位穿越金鸡湖。隧道西起中新大道西-星海街交叉口以东，东至中新大道东-南施街交叉口西侧，隧道段长约5 345 m。其中，湖西陆域段长度约为1 200 m，湖中水域段长度约为3 000 m，湖东陆域段长度约为1 300 m。湖西在星港街设置一对进出匝道，湖东在星湖街设置向北的一对定向匝道，在星湖街东侧设置长乐街出口匝道。隧道结构宽约39 m。湖西段隧道结构底板埋深0.90～14.80 m，标高-11.4～2.5 m；湖中段结构底板埋深8.80～15.99 m，标高-17.14～-13.68 m；湖东段结构底板埋深0.15～25.50 m，标高-22.00～3.35 m。

轨道交通6号线为苏州西北—东南方向的对角线，连接高新区、古城区和工业园区。其强化了金鸡湖东西两岸之间的联系，并加强了对古城的服务，是城市东西向穿越古城及金鸡湖的重要客流通道，也是城际客流的重要集散线路。6号线全长36.2 km。其中，金鸡湖西站—中塘公园站区间主要沿中新大道西和中新大道东敷设，并下穿金鸡湖，与金鸡湖公路隧道并行。并行段长约4 km。金鸡湖隧道公路与轨道交通合建示意图如图1所示。其建设标准为：金鸡湖公路隧道为城市主干路，双向6车道，主线设计速度为50 km/h,匝道设计速度为40 km/h,车道宽度为3.5 m，通行净高不小于4.5 m，汽车荷载为城-A级。轨道交通6号线采用B型车，6节编组，最高设计速度为80 km/h。

2 总体方案

2.1 隧道平纵方案

隧道主线共设置平曲线5处，星湖街出入匝道各设置平曲线2处，长乐街出口匝道设置平曲线1处。其中，隧道主线5处平曲线由西向东半径分别为3 000 m、3 000 m、1 000 m、1 200 m、2 500 m;星湖街出口匝道2处平曲线由西向东半径分别为700 m和85 m；星湖街入口匝道2处平曲线由西向东半径分别为700 m和73 m；长乐街出口匝道平曲线半径为2 500 m。

湖中明挖段与轨道交通6号线结构合建，由于湖中段需要在岛上设置中间风井，因此湖中线位靠近桃花岛布置，然后隧道以3 000 m的平曲线半径折向东南方向。

隧道湖西主线出口接地点设置在交叉口东侧约150 m处，隧道以5%纵坡向下，在星汉街以西进入暗埋段。主线入口的接地点设置在星汉街东侧，以5%纵坡下穿接入主线。随后，在星港街以东主线接入一对匝道，匝道采用5%纵坡以快速接地。隧道主线在穿越风之园后入湖。

湖中隧道采用-0.3%、0.3%、-0.3%、0.3%、-0.3%、1.0%的缓坡组合，以尽量减小隧道在湖中的埋深，同时满足设计隧道顶部控制标高要求。

进入湖东岸边段后，主线采用3%坡度向下，匝道采用约1.22%坡度向上，匝道在纵向上与主线完全分离以后，匝道与主线叠层行进，在星湖街前转向以5%纵坡迅速爬升，在晨曦桥前接地。隧道主线在与匝道平面分离后，隧道主线以2.41%的坡度穿越星湖街、长乐街后以5%坡度向上，在南施街西侧接地。

金鸡湖隧道平纵断面设计图如图2所示。

a) 平面图

b) 纵断面图

2.2 隧道横断面方案

湖中段主线暗埋段采用四孔一管廊形式。其中，两孔为车行道孔，另外两孔为地铁区间。地铁区间设于隧道北侧。隧道断面为双向6车道，车道宽度为3.5 m×3，通行净高4.5 m，路缘带宽度为0.25 m。

两车道孔之间设置管廊。管廊上部设置电缆通道，中部为安全通道兼检修通道，下部为水管沟。

车道顶部限界至顶板之间为设备安装空间，布置隧道内照明灯具、信号灯、扬声器、摄像机等，需安装射流风机处，局部抬高顶板形成风机安装壁龛。

根据综合隧道的建筑限界、设备安装、道路摊铺、装修，以及轨道交通限界等要求，湖中段箱体直线段处的横断面最小内净尺寸宽度为37.30 m，曲线段处的横断面最小内净尺寸宽度为37.72 m，结构箱体内净高受道路隧道高度控制，为5.7 m。

暗埋段内每间隔约100 m设置人员疏散的安全门，两车道孔互为备用。

金鸡湖隧道湖中段横断面设计图如图3所示。

图3 金鸡湖隧道湖中段横断面设计图

3 关键节点分析

金鸡湖西站为轨道交通3号线与6号线的换乘站，3号线呈南北向布置，6号线呈东西向布置并与公路隧道平行。其节点平面图如图4所示。

图4 金鸡湖西站节点平面图

公路隧道穿越金鸡湖西站3号线车站主体，车站结构已对隧道进行了预留(见图5)。隧道结构设计时在车站两侧设置变形缝，缝距35 m。两侧隧道结构实施完成后凿除车站预留封堵墙，连通隧道结构。

6号线金鸡湖西站与公路隧道平行设置。车站为地下三层，站中心底板埋深27.16 m。隧道围护外边界距离车站围护结构边线约1.65 m,车站与隧道埋深高差约14 m。公路隧道与车站围护平面及横断面示意图如图6及图7所示。公路隧道工程实施完毕后，实施6号线车站主体。

图6 公路隧道与6号线车站围护平面示意图

图7 公路隧道与6号线车站围护横断面示意图

4 湖中合建段沉降分析

湖中段公路隧道与轨道交通6号线区间采用明挖合建。由于明挖区间大部分位于湖中大开挖段，土体大面积的卸载、回填等会引起土体回弹及沉降变形。为保证轨道交通线路运行的平顺性和行车安全性，需对合建段结构变形进行控制。借鉴GB 50157—2013《地铁设计规范》第10.1.11节桥梁相对沉降标准，设计时按绝对沉降(回弹)10 mm进行控制。

采用荷兰公司开发的Plaxis有限元软件对湖中段隧道结构的沉降进行分析，从而确定合适的桩长。土体模型采用强化土模型(HS模型)，其中刚度参数E50ref、Eoedref采用金鸡湖隧道岩土工程勘察报告中Es1-2压缩模量的具体数值，Eurref视土体性质取3～5倍的压缩模量Es1-2。根据工程实际尺寸建立几何模型(见图8)，赋予材料属性后生成有限元模型(见图9)。

图8 几何模型

图9 有限元模型

工况考虑了以下情况:①基坑开挖前降水、桩基施工、放坡开挖、结构回筑、覆土回填、恢复水位;②进行为期6～12个月的机电安装后进入运营阶段;③在长达100年的使用期内隧道结构的整体变形。

本次设计分别对比了不设置桩基以及设置20 m和35 m长桩基的最终土体变形情况。计算结果如图10所示。由图可知，无桩基时的沉降值为4.38 mm，设置20 m长桩基时沉降值为1.82 mm，设置35 m长桩基时沉降值为0.59 mm。可见，三种情况下的沉降值均能满足使用期内绝对沉降值和轨道交通运行要求。为确保安全并结合抗浮设计，最终选用φ600 mm、桩长20 m钻孔灌注桩。根据计算结果，配置16根φ20 mm纵向钢筋，可满足桩身强度要求。

5 施工方案

金鸡湖隧道湖中段采用围堰的施工方案，两侧围堰基本平行于隧道布置，围堰内边缘距离基坑顶不小于(1.5～2.0)H(H为基坑开挖深度)。围堰总长6 832 m。为确保金鸡湖水质，湖中段围堰共分两期(以湖中心桃花岛为界)，一期围堰长度为4 623 m,二期围堰长度为1 924 m，一、二期共用围堰长度为285 m。围堰主要采用双排钢桩(钢管桩和钢板桩)。金鸡湖隧道湖中段围堰典型断面图如图11所示。

6 疏散救援方案

如图12～14所示，当道路隧道内发生火灾事故时，事故点前方的车辆应尽快驶离隧道，事故点后方的车辆受阻，架乘人员弃车，在无烟的环境中向后方撤离。逃生人员可通过事故后方的安全门进入管廊内的安全通道进行疏散，另一车道孔应及时关闭隧道入口，尽快清空车辆。逃生人员也可由安全门进入另一孔安全车道疏散。火灾车道孔受阻后，消防救援车辆应由对向车道孔进入隧道，利用火灾点就近的安全门至火场进行扑救。

a) 无桩基

b) 设置20 m长桩基

c) 设置35 m长桩基

共建段轨道交通6号线区间内左、右线仅一墙之隔，便于火灾下的疏散、救援组织。在车辆行驶方向的左侧设置疏散平台，平台的宽度不小于0.8 m；防火隔断墙上每隔300 m设置一对安全门，人员可通过安全门由事故孔疏散至另一安全孔内。当区间内的一孔发生火灾时，受阻列车上的乘行人员可通过疏散平台至安全门进入另一安全孔内逃生。地铁安全门如图15所示。