浅谈八车道城市下穿隧道工程设计

邓雪峰

(成都市市政工程设计研究院，四川成都 610023)

为缓解城市交通拥堵问题，在城市重要的交通节点采用立交形式，尽管下穿隧道具有对既有管线影响大，一般需设置泵站、投资相对较高等问题，但由于其对城市景观和周围建筑影响相对较小，因此近年来在城市建设中越来越广泛地选用。

根据相交道路宽度和交通量分析预测，合理地确定下穿隧道车道数及宽度，结合成都市的建设情况，目前使用频率最多的是四车道，其次是六车道，近年来逐步出现较多的双向八车道下穿隧道断面形式。

本文结合日月大道(成温路)快速路改造项目中的成飞大道下穿隧道工程设计，总结分享一些设计经验。

1 区域位置及现状概况

日月大道(成温路)快速路改造工程(三环至四环)全长约5.7km，现状道路红线宽度为40～60m，双向八车道，标准段两侧各有15m绿化带，现状道路交通量大，信号灯路口多，现状通行能力较低，拥堵已常态化。

成飞大道节点与日月大道呈十字相交。成飞大道现状道路红线宽度为40～45m，承担着连通日月大道两侧的重要功能。成飞大道南段有成都市妇女儿童中心医院和大片居住楼盘，北段有青羊工业园区，交通流量巨大，拥堵情况严重。

2 技术标准

(1)道路等级：主干路(主车道无信号灯)。

(2)设计时速：60km/h。

(3)隧道净空：净高≥5m。

(4)设计荷载：车行道—城A级，人群荷载—3.5kN/m2，地面超载—取用20kPa。。

(5)地震加速度值为0.10g，抗震设防烈度为7度，特征周期0.45s，设计地震分组为第三组。抗震设防分类为乙类。

(6)结构安全等级：一级。

(7)下穿隧道防水等级：一级。

(8)结构按耐火等级：一级。

(9)设计使用年限：100a。

(10)环境类别：Ⅱ类。

3 平面设计

下穿隧道平面线形同道路中心线一致，隧道中心线在该处设置缓和曲线和大半径圆曲线，半径为8 000m。

下穿隧道全长537.258m，其中框架段140m。

4 纵断面设计

隧道纵断面设计主要存在以下控制点：

(1)船槽段地面道路设计纵断面，在船槽端部应与地面道路顺接。

(2)道路交叉口切角范围内应形成隧道框架段，保证地面交通功能。

隧道最大纵坡5 %，凸竖曲线最小半径1 800m，凹竖曲线最小半径1 600m，竖曲线最小长度83.964m。

5 横断面设计

标准段为双向八车道，两侧设75cm宽检修道。船槽段横断面布置：0.5m(防撞栏杆)+0.75m(检修道)+14.25(0.5+3.5×2+3.25×2+0.25)m(车行道)+1.1m(中央分隔带)+14.25(0.25+3.5×2+3.25×2+0.5)m(车行道)+0.75m(检修道)+0.5m(防撞栏杆)=32.1m。

框架段横断面布置：1.2m(侧墙)+0.75m(检修道)+14.25(0.5+3.5×2+3.25×2+0.25)m(车行道)+1.1m(中央分隔带)+14.25(0.25+3.5×2+3.25×2+0.5)m(车行道)+0.75m(检修道)+1.2m(侧墙)=33.5m。

隧道横坡：横坡由结构起坡，坡率1.5 %。

6 结构设计

隧道框架顶板采用预应力混凝土结构，其余部分采用普通钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C50，其抗渗等级为P8。隧道船槽段侧墙高度较高的段落设计为U形槽结构，混凝土强度等级C40，其抗渗等级为P8。隧道船槽段侧墙高度较小的段落侧墙设计为挡土墙结构，混凝土强度等级C25。

结构受力钢筋净保护层厚度：

(1)顶板临土面：50mm，顶板临空面：40mm。

(2)底板临空面：40mm，底板临土面：50mm。

(3)侧墙临土面：50mm，侧墙临空面：40mm。

(4)中隔墙：40mm。

框架顶板按预应力A类构件设计。其余结构构件按普通混凝土构件设计，最大裂缝宽度控制在0.2mm以内。

6.1 框架结构

框架结构高8.251m，宽33.5m，单室净宽15.25m，外侧墙厚度1.2m，中隔墙厚度0.6m，顶、底板厚度1.2m。由于箱室截面跨度较大，根据测算，顶板若采用普通钢筋混凝土结构，厚度偏大，混凝土自重所占比例增加，对支架承载力、混凝土浇筑质量、混凝土养护等提出了更高要求，经过比较确定框架顶板采用预应力钢筋混凝土结构，框架底板、侧墙、中隔墙采用普通钢筋混凝土结构。

计算采用桥梁博士，按平面杆系进行结构分析。选取最大埋深截面，覆土厚2.5m。对结构进行离散，划分单元，结构离散图见图1。

图1 框架结构单元离散

6.1.1 正截面抗裂验算

根据JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中第6.3.1条，正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应该符合下列规定：对于A类预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下，结构正截面上下缘混凝土拉应力应满足：

σst-σpc≤0.7ftk=0.7×2.65=1.86MPa

计算结果如图2所示，正值代表压应力，负值代表拉应力。

图2 框架顶板正截面上下缘混凝土最大应力(单位：MPa)

由图可以看出，在作用短期效应组合下，混凝土截面上、下缘均受压，满足规范要求。

在作用长期效应组合下应满足：

σst-σpc≤0

在作用长期效应组合下，计算得到的混凝土最小应力如图3所示。

图3 框架顶板正截面混凝土最小应力(单位：MPa)

由图可以看出，在作用长期效应组合下，混凝土截面上、下缘均未出现拉应力，满足设计规范要求。

6.1.2 斜截面抗裂验算

结构斜截面混凝土主拉应力如图4所示，负值代表主拉应力。

图4 框架顶板斜截面混凝土主拉应力(单位：MPa)

根据JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中第6.3.1条，斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土主拉应力进行验算，并应符合下列规定。

在作用短期效应组合下，A类预应力混凝土现场浇筑构件应满足：

σtp≤0.5ftk=0.5×2.65=1.325MPa

由可以看出，结构斜截面混凝土最大主拉应力为0.3MPa，小于A类构件允许的主拉应力1.325MPa，满足规范要求。

6.1.3 框架其他部位裂缝验算

框架其他部位普通混凝土结构裂缝验算见图5。

图5 框架底板、侧墙、中隔墙裂缝

根据计算，框架底板、侧墙、中隔墙普通混凝土结构最大裂缝为0.18mm，裂缝小于0.2mm，满足规范要求。

6.2 船槽结构

引道部分结构根据不同的埋置深度，设计为重力式挡土墙结构及U型槽结构类型。重力式挡土墙采用现浇C30混凝土结构；U形船槽采用两侧带有立式悬臂的C40钢筋混凝土现浇结构，混凝土抗渗等级P8。

经过对埋深最大处船槽进行计算，得正截面混凝土结构的裂缝如图6所示。

图6 船槽底板、侧墙裂缝(单位：mm)

U型槽最大裂缝为0.14mm，裂缝小于0.2mm，满足规范要求。

7 设计总结

(1)根据多年设计经验，并结合计算结果分析，在正常覆土、正常荷载情况下，隧道框架结构在双向六车道及以下时，结构采用普通钢筋混凝土更经济合理，隧道框架结构在双向八车道及以上时，框架顶板宜考虑预应力钢筋混凝土结构更 为经济合理。

(2)建立模型计算时，底板应考虑为弹性地基梁多点支承。根据受力需要，应对中隔墙位置的底板底面基梁多点支承。根据受力需要，应对中隔墙位置的底板底面进行必要的加强处理。可以考虑增加钢筋布置，或者同时考虑局部增大该区域的底板厚度，以满足受力需要。

(3)为防止框架之间、船槽之间、框架与船槽之间结构的不均匀沉降，建议在节段之间设置一根钢筋混凝土枕梁，根据工程实践，效果比较明显。能够更好地保证路面舒适性。

(4)下穿隧道结构一般采用外、自、内三层防水体系，结构自身通过使用添加剂，达到自防水目的；同时通过外贴防水卷材，达到外防水目的，通过在内部涂刷防水涂料，达到内防水的目的。但根据工程实践，下穿隧道防水最难和最重要的防水部位应该是节段之间的沉降缝。除了外侧防水卷材多层加强，结构之间设置止水带，还应在内侧设置接水槽，作为补救措施，尽可能减小对隧道的影响。

(5)在隧道结构最低点处，应设置引流措施，将隧道铺装渗水及时排除，以减小对铺装层结构的耐久性影响。

(6)隧道船槽顶设置的辅道栏杆在考虑景观要求的同时，一定要首先保证防撞功能。

(7)在城市建成区修建下穿隧道，船槽段是瓶颈，一般情况下会考虑支护措施，建议可以将船槽段的支护考虑为永久支护，船槽段结构随之进行优化，对节省工程投资具有明显效果。

(8)由于光线的强弱差别大，船槽段刚进入框架段很容易引起驾驶员的视觉空白，在结构、照明、交安等设计时应充分考虑，减小交通安全隐患。

(9)为尽量减小车辆通行下穿隧道产生的噪声，在设计时应注意尽量采用降噪沥青路面铺装，截水沟进行平整化降噪设计，隧道侧壁及框架顶应设置吸音降噪材料。