济南黄河公路大桥改扩建工程公轨合建段区间隧道设计

吴 涛，栾少华，郭永飞，臧韶宁

（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250031；2.招远市政府投资工程建设服务中心，山东 招远 265400；3.招远市规划设计院，山东 招远 265400）

引言

济南黄河公路大桥位于G104 京岚线济南城区段，建于1982 年，是当时亚洲跨径最大的桥梁。由于通车使用多年且超负荷运营，桥梁已出现不同程度的病害。为提高黄河公路大桥服务水平，缓解现状过河通道压力，满足城市空间发展需要，亟需对其进行改扩建。

济南轨道交通7 号线一期工程为中心城区南北向跨黄河骨干线路，跨黄河段与G104 京岚线黄河大桥共路由。根据济南市“三桥一隧”的指导方针，济南市轨道交通7 号线与G104 济南黄河公路大桥扩建工程采用公轨合建的方式跨越黄河，上跑汽车，下通城市轨道交通。

1 工程概况

1.1 共建段

轨道交通7 号线共建段线路自二环北路站出站后向上爬，过济广高速零点立交后逐渐出露地面，与黄河大桥同路由合建走行。线路在二环东路与太白大街交叉口设高架车站，出站后继续和黄河大桥合建走行，至黄河以北逐渐分离，全长约4.9 km。

1.2 区间隧道

起点位于零点立交东南将军东广场绿地内，向北穿越规划中的二环北路、零点立交，在济广高速主线桥下与现状大桥路相交，沿规划大桥路中央分隔带走行，并逐渐由地下转为地上，终点接轨道交通高架桥桥台，多次与新建零点立交匝道桥及主线高架桥桥墩交叉。平面线间距5.2～15.9 m，最大纵坡28.7‰，全长约564 m。经过比选，采用明挖顺作法施工，其中明挖暗埋段394 m，明挖敞口段约170 m。

1.3 工程与水文地质条件

（1）工程地质：钻探深度范围内揭露第四系地层以填土、粉质黏土、粉土、钙质胶结层等为主，第四系覆盖层厚度＞50 m，下伏地层为中生代燕山期侵入辉长岩。（2）水文地质：项目区地下水主要分布在第四系地层中，地下水类型为第四纪松散层孔隙水，含水层主要为粉土、粉砂层。松散岩类孔隙水主要受大气降水补给，总体受季节性变化较明显，丰水期水位上升，枯水期水位下降，在汛期高水位时孔隙水季节性受径流补给。

2 结构形式

2.1 起点暗埋段方案比选

起点暗埋段接二环北路地下站，平面线间距、埋深均较大，设计对比了单跨单层矩形框架和两柱三跨双层框架两种结构形式。

两柱三跨双层方案虽然能够增加二环北路站的使用面积，但也存在缺点：无法避让新建零点立交A 匝道桥桥墩，桥墩需落在区间隧道结构上顶板；覆土较浅，需要增加抗浮桩设计，且对规划二环北路地下管线有影响。

单跨单层方案虽然覆土较深、土石方回填量较大，却能够实现区间隧道主体结构与零点立交匝道桥桥墩相互独立，互不干扰，且对规划二环北路地下管线敷设无影响。

考虑结构功能、施工组织、造价及运营等多种因素，选用单跨单层矩形框架结构。

2.2 结构横断面

区间隧道平面线间距由15.9 m逐渐过渡到5.2 m，设计高程由10.875 m 抬升到26.040 m，对应的结构形式也存在多样性，结构横断面变化趋势：双箱单跨→单箱三跨→单箱两跨→U 型槽，见图1。

图1 典型横断面

3 区间结构与高架桥桥墩位置关系

对于区间隧道结构与零点立交高架位置基本重叠的区段，从两个工程的不同使用功能要求、减少实施期间相互干扰、控制施工风险和经济合理等方面进行综合比选。

3.1 敞口段

敞口段结构埋深较浅，考虑桥梁桩基、承台与区间结构同期施工。高架桥采用整体式承台，U 型槽从桥墩间穿过，并以高架桥承台作为结构底板基础，见图2。

图2 敞口段横断面布置

3.2 暗埋段

3.2.1 匝道桥桥墩与区间结构

新建零点立交A 匝道10#、11#桥墩与区间结构冲突，通过调整匝道桥跨径及桥墩横向间距使其桥墩避开区间结构，见图3。

图3 零点立交A 匝道桥墩与区间结构位置关系

3.2.2 主线桥桥墩与区间结构

区间隧道穿过济广高速后，进入二环东高架桥桥面下，沿规划大桥路中分带走行，34#～42#桥墩承台与区间隧道结构冲突，见图4。

图4 主线桥桥墩与区间结构位置关系

设计将高架桥承台置于区间结构底板以下，承台基坑与区间隧道基坑一起开挖，待桥梁承台浇筑完成后，再实施区间结构。

4 基坑围护

4.1 安全等级

基坑宽约11.6～22.5 m，深约1.1～16.8 m，本着安全、经济、合理的原则，综合考虑基坑周边环境、地质条件的复杂程度等因素，对不同段落划分不同的安全等级：基坑开挖深度＞10 m 时，安全等级为一级；基坑开挖深度＜7 m 时，安全等级为三级；其余为二级。

4.2 围护形式

根据基坑深度不同，分别选用不同的围护结构形式：基坑深度＞7 m 时，采用1 000@1400 或800@1200 钻孔灌注桩+内支撑的支护结构形式；基坑深度＜4 m 时，采用放坡开挖、坡面喷射混凝土的支护形式；其余段落采用Ⅳ型拉森钢板桩+内支撑的支护结构形式。

若高架桥桩基承台与区间隧道围护结构冲突，则将承台基坑合并到区间隧道基坑同时开挖，见图5。

图5 高架桥承台与区间隧道基坑同步开挖/mm

4.3 环境风险等级

区间隧道在济广高速主线桥桥墩西侧穿过，基坑围护桩外缘与桥墩最小水平距离仅1.4 m，环境风险等级为一级。

由于零点立交需要拆除重建，区间隧道基坑分为南、中、北共三个基坑，分两期开挖，见图6。一期开挖基坑边缘距离济广高速桥墩2H（H 为基坑开挖深度）以上，待桥梁拆除后再开挖中间二期基坑环境风险等级降为Ⅳ级。

图6 区间隧道与济广高速桥墩位置关系

5 结语

（1）综合考虑结构功能、经济、施工组织及运营管理等，区间隧道起点段采用单跨单层方案优于两柱三跨双层方案。（2）基坑纵向较长，且深浅不一，分段划分不同的基坑等级，并选用不同的围护形式，有助于节省造价。（3）高架桥34#～42#桥墩承台与基坑围护结构冲突，将其置于区间隧道结构底板下，承台基坑与区间隧道基坑一同开挖，应做好施工组织、合理安排施工顺序。（4）区间隧道近距离侧穿济广高速主线桥下部基础，风险等级较高，结合零点立交重建方案，实施分期开挖更安全、合理。