市政隧道与地下停车库合建方案研究

夏霄，甘鹏路,2

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江省智慧轨道交通工程技术研究中心，浙江 杭州 311225)

1 引言

近年来，随着我国经济高速发展，城市化进程与城市用地紧缺、城市环境污染的矛盾日益突出，地下空间开发利用已成为解决未来城市可持续发展的必经之路。目前，国内一二线城市正在大规模开展市政隧道、轨道交通等地下交通工程建设。随着地下空间开发利用的不断深化，单一的隧道建设模式受限于周边用地边界，摊大饼式发展模式受到遏制，无法满足于规划用地有序开发的需要。结合隧道建设进行综合地下空间开发逐渐成为大城市的主流[1]。2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，明确指出加强地下空间资源节约集约利用。

然而，城市隧道与地下停车库结合建设的工程案例罕有报道，本文以平湖市建国南路隧道工程为背景，探究合理可行的软土地区隧道与地下停车库合建方案，以降低明挖基坑施工风险，提高历史街区范围内老建筑物安全，同时在保证功能的前提下节约工程建设总投资。本文介绍的合建设计方案可为类似的隧道穿越建筑密集区、统筹开发地下停车库的工程提供参考。

2 工程概况

建国南路隧道工程位于平湖市老城区，是嘉兴地区第一个开工建设的隧道项目。隧道北起县后底，南至建国南路新桥港桥，途径平湖南河头历史文化街区，全长为1010m，其中北敞开段长140m，南敞开段160m，暗埋段710m，全部采用明挖法施工。隧道设计为城市次干路，设计车速40km/h。隧道平面布置图如图1所示。隧道的平面线位由5段圆曲线和2段直线构成，曲线半径由北向南依次为300m，500m，1500m，2000m和300m。

图1 隧道平面示意图

因隧道工程范围内下穿嘉兴塘河、南河头以及南城河三处河道，由于河道底标高限制了隧道埋深，为充分利用隧道上方空间，以河为界设计了三个单层地下非机械小型车辆停车库，且与周边历史街区地下停车库联通，解决主城区停车难的社会问题。从而形成了地下一层为地下停车库，地下二层为城市隧道的合建结构体系。

拟建场地广泛分布厚层状软土，隧道自上而下经过填土层、淤泥质粉质粘土夹粘质粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土层和砂土层。基坑开挖深度范围主要处于淤泥质土层中，且坑底普遍存在8～10m厚的淤泥质土层。淤泥质土层处于流塑状态，压缩性高，承载力特征值仅有65kPa左右。隧道两侧均为历史街区保留的老建筑物，抗变形能力较差，故本工程选用800mm厚地下连续墙作为基坑围护结构，并设计为叠合墙形式。

3 隧道与车库合建方案

根据隧道与地下停车库的建筑布置形式，两者的合建方案分为双立柱合建方案和单立柱合建方案。

3.1 双立柱合建方案

双立柱合建方案标准建筑横断面如图2所示。地下停车库采用双立柱方案，车位垂直布置在车库的两侧，车位尺寸为6.0m×2.4m，中间预留7.1m宽双向车型通道，如图3所示。由于双排立柱与负二层隧道的中隔墙无法对齐，为实现竖向力的转化，在中板处设置转换横梁，并在横梁两端设置边柱。

图2 双立柱合建模式横断面图

图3 单立柱合建模式横断面图

由于隧道与地下停车库合建段采用叠合墙的设计形式，地下连续墙厚800mm，隧道层内衬墙厚600mm，中隔墙厚600mm，车道孔内净宽9.05m。地下车库位于隧道正上方，围护结构竖向对齐，为尽量加大车库横向宽度侧墙相比地下隧道减少200mm厚度，内衬墙宽度为400mm，车库净宽为19.1m。

3.2 单立柱合建方案

单立柱合建方案标准建筑横断面如图3所示。地库采用单立柱方案，地库净宽不变，中间以柱子为中心两侧各预留3.8m宽的车行通道。车位布置于车库中间，交叉斜向45°排列，中间车位尺寸同样为6.0m×2.4m。立柱下方设置同等尺寸的暗柱。

2005年，国务院发布的《关于2005年深化经济体制改革的意见》提到“农村金融体制组织应当得到必要的发展和探索”。2006年“中央一号文件”要求“引导农户发展资金互助组织”。结合我国农村经济发展情况，发展农村合作金融是解决资金供给不足的有效途径。农村资金互助社是一种全新的金融模式，由银行业监督管理机构批准，主要由乡、镇、农村小企业自愿入股组成的社区互助性银行业金融机构，可为社员提供存款、贷款等业务，是缓解社员资金困难情况的一种组织［1］。发展过程中，资金互助社能够有效解决农村资金供给不足问题，完善农村金融体制，但在组织形式、监管方式等方面还存在不足。

4 合建方案比选及优化

作为嘉兴地区第一个严格意义上的隧道工程，在综合考虑结构安全、使用功能、施工风险以及工程投资等多方面因素的基础上，对两种合建方案进行了详细的对比分析及优化。

4.1 合建结构形式

根据平湖市南河头历史文化街区控制性详细规划，待隧道建成后将在其正上方进行一定规模的商业开发，建造2～3层的临街建筑。地面建筑与隧道脱离，采用筏板基础置于隧道之上。

在充分考虑远期建筑荷载的基础上，通过SAP2000结构分析软件对两类合建结构进行计算分析，三维结构模型及弯矩计算结果分别如图4和图5所示。

图4 三维结构计算模型

图5 合建结构弯矩计算结果

当采用双立柱合建结构时，地下一层车库选用双排600×800的钢筋混凝土立柱，立柱顶部设置两道900×1400上翻纵梁。由于立柱无法与负二层隧道的中隔墙对齐，需在立柱下方设置1000×1400的大横梁实现竖向力转换，并在横梁端部的下方设置900×900边柱，详见图4（a）。因结构中板处的横梁高达1.4m，如若采用下翻设计易在隧道层内形成储烟空腔，无法满足隧道防排烟的要求，遗留了防灾救援的隐患。故横梁必须设计为上翻形式，为满足车库正常行驶功能，需要利用砖砌或者泡沫混凝土填充横梁之间的空腔。

相比之下，单立柱合建结构的立柱与隧道中隔墙对齐，可以取消1000×1400的大横梁。车库层结构调整为中央设置单排600×1200立柱，顶部设置1000×1700上翻纵梁，并在中隔墙内设置与立柱同等尺寸的暗柱，详见图4（b）。经过有限元计算，在考虑土层荷载以及上覆3层商业建筑物荷载的情况下，虽然两种结构形式均可满足结构承载能力及使用状态要求，但结构工程量有较大区别。通过两种结构形式对比，可以发现虽然单立柱合建结构的顶板跨度较大，顶板厚度和梁柱体系的结构尺寸均有一定程度的增加，但能够减少一排立柱以及一道顶板上翻纵梁。更为重要的是，单立柱合建结构取消了转换横梁（间距8.4m）及梁端边柱。取消转换横梁不但可以避免大体量的砖砌或泡沫混凝土填筑，而且有利于降低整个合建结构的竖向高度，间接减小了基坑的开挖深度。

总体而言，单立柱合建结构体系传力形式更为合理，降低施工风险和工程投资的同时，也为远期南河头历史街区上盖建筑方案设计创造了更高的自由度。

4.2 地下停车库建筑布局

双立柱和单立柱合建方案下的地下停车库车位建筑布局如图6所示。地库采用双柱方案时，中间预留一条双向车道，车位双排垂直布置，两侧车位尺寸6.0m×2.4m。所有车辆通过中间7.1m宽双向车道进出。三个地库总停车数设计为241辆，其中1号地库96辆，2号地库104辆，3号地库41辆。

图6 地下停车库车位布置方案

地库采用单柱方案时，地库中间以柱子为中心两侧各预留3.8m宽的车行通道，车位布置于车库两侧，交叉斜向45°排列，中间车位尺寸同样为6.0m×2.4m。所有车辆均采用倒车入库方式停放。三个地库总停车数设计为217辆，其中1号地库84辆，2号地库97辆，3号地库36辆。

由于车位布置方式调整，单立柱合建方案的车位数量相比于双立柱方案减少了10%左右，且斜侧向停车在使用舒适性和车行流线舒畅性上不如垂直停车。但由于单立柱合建方案没有横梁占用竖向空间，负一层地下停车库的有效净高可以从2.9m增大至3.2m，创造更为开敞的使用空间。

4.3 隧道风机布置

本工程隧道采用全射流风机纵向通风/排烟方案。一般而言，隧道射流风机悬挂于顶板下方，为保证射流风机不侵入隧道行车限界，需要通过在30m长风机段内抬高隧道顶板来增加竖向净空。然而，由于本工程隧道上方存在地下停车库的限制，无法局部抬升隧道顶板，必须在合建区段内全线加大隧道竖向净空，创造射流风机悬挂的空间，如图7（a）所示。隧道最小竖向净空从5.7m增大至6.6m，这无疑增加了整体基坑的埋深。

图7 风机段隧道与车库合建断面

结合浙江、上海地区已有工程经验，侧壁龛技术能够很好地契合本工程合建结构通风的需要。通过在布置风机的局部区段将隧道侧墙结构外扩，并将射流风机固定在侧墙偏上位置，可以在基本不增大隧道最小竖向净空的前提下，满足通风功能，如图7（b）所示。风机外扩段长30m，外扩宽度1.8m。双立柱和单立柱合建方案均可采用侧壁龛技术，该项优化不仅规避了不必要的主体结构工程量，同时也有利于控制基坑开挖深度，更有利于保护周边建筑物。

4.4 合建方案纵断面设计

隧道纵断面设计需要避让沿线的三处河流，主要控制点包括嘉兴塘河底控制标高-1.44m，南河头河底控制标高-1.55m，南城河河底控制标高-2.0m（图1）。同时保证地下停车库上方覆土能够满足管线埋设和地面道路施工的要求。当采用双立柱合建方案且风机悬挂设计时，纵断面设计成果如图8（a）所示。隧道的最大纵坡5.5%，位于敞开段范围，最小纵坡0.3%，位于暗埋段范围。暗埋段呈现“V”形坡，对应的最大基坑深度为15.5m。

图8 隧道纵断面示意图

在不改变工程建设内容，不降低工程主要技术标准的前提下，改为采用单立柱合建方案且风机侧挂设计时，纵断面设计成果如图8（b）所示。隧道纵断面设计由“V字”坡调整为“W字”坡形式，最大纵坡为5.5%，最小纵坡为0.3%，基坑最大深度为13.2m。由此可知，合建结构形式以及风机挂设方式对隧道纵断面总体设计存在显著的影响，合理的设计方式能够减少2.3m的最大基坑挖深，降低软土地区施工风险，并产生显著的经济效益。

4.5 对邻近既有老建构筑物影响

本工程明挖基坑下穿南河头历史文化街区，两侧为70～80年代现状保留的老建筑，基本为2～5层砖混结构浅基础建筑，解放路～勤俭路段离隧道围护结构距离在4.9～11.7m（图1）。在隧道与车库合建结构形式的调整，风机段布置形式的调整的基础上，对隧道纵断面线形的调整，最大基坑开挖深度由15.5m减少至13.2m，降低了基坑施工对邻近老建筑物的影响。

采用Plaxis2D有限元软件模拟深基坑开挖对周边建筑的影响，建模示意图如图9所示。双立柱合建方案下，基坑分层开挖深度依次为-4.0m，-8.0m，-12.0m和-15.5m（地表标高0.0m），地连墙深35m。单立柱合建方案下，基坑分层开挖深度依次为-3.5m，-7.0m，-10.5m和-13.2m。均为地连墙结合一道混凝土支撑+三道钢管支撑的支护体系，地连墙深32m。土体模型采用小应变土体硬化HSS模型，建筑结构及地连墙、支撑采用弹性模型，计算参数如表1、表2所示。

图9 数值模拟示意图

土体计算参数取值 表1

结构单元计算参数取值 表2

双立柱与单立柱方案比较 表3

15.5m和13.2m坑深下的数值计算结果分别如图10和图11所示。从图中可以看出，15.5m坑深下，基坑开挖完成后，周边建筑物的最大侧向位移为17.11mm，最大竖向位移为14.44mm。当基坑开挖深度减少至13.2m后，周边建筑物的最大侧向位移变为13.94mm，最大竖向位移变为10.36mm。通过设计优化，基坑开挖引起建筑物侧向位移减少了18%，竖向位移减少了28%。

图10 基坑开挖深度15.5m下的变形云图

图11 基坑开挖深度13.2m下的变形云图

4.5 工程建设投资

基于《浙江省市政工程预算定额》（2010版），分别对双立柱方案和单立柱方案的投资情况进行测算。双立柱方案所需的土建工程费用为34882.04万元，经济技术指标为34.53万元/双延米，而单立柱方案的土建费用仅需30458.68万元，经济技术指标为30.16万元/双延米。可以发现，单立柱方案由于其基坑平均开挖深度降低，进而减少了地下连续墙的围护费用、土方开挖费用以及软土地基弱加固费用。在内部结构方面，取消了车库层大面积的梁间泡沫混凝土回填，并减少了合建结构体系的梁柱工程量。多方面综合影响下，使得土建费用减少了约14%，具有明显的经济效益优势。

经综合比较，推荐采用更经济、更具有可实时性且更安全的单立柱方案。

5 结语

在历史文化街范围内统筹建设地下车行隧道及停车库需要考虑诸多方面的设计因素，本文针对两者合建方案从多个方面进行优化，最终确定了最佳的合建方案，在与规划协调统一的前提下，不但降低了工程实施风险，提高了既有老建筑的安全度，更是缩减了工程投资，利于远期地块开发。对繁华城区隧道与车库综合开发项目具有一定的参考意义。