武汉滨江核心区地下空间环路工程设计与施工技术*

颜 敬，王树峰，贺红星，蒋少武，邱 昌

(1.上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200433； 2.中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430064)

0 引言

中国正进入城市地下空间的高速开发时期，为解决城市核心区开发与交通用地矛盾，立体交通被广泛采纳并实践。新一轮大城市地下空间规划和建设中出现了专门用于联系地下车库与市政道路的地下车行环路，并编入行业标准CJJ 221—2015《城市地下道路工程设计规范》，专业术语定为“城市地下车库联络道”，简称地下环路。

武汉近10年来地下空间迅速发展，王家墩中央商务区核心区地下环路、汉口滨江国际商务区地下环路、武昌滨江核心区地下空间环路等工程均参与构建武汉市主城区地下道路系统，对改善城市交通发挥着积极作用。

1 工程概况

滨江核心区地下空间环路位于武汉市武昌区滨江商务区，环路主线沿经二路、武车二路、武车中路、纬二路等市政道路下方布置，首尾衔接闭合成环，主线长度约3.0km，结构整体标高位于地下2层，局部标高抬升上跨既有三阳路公铁越江隧道及轨道交通8号线(见图1)。环路主线标准断面采用三车道规模，逆时针交通组织(见图2)，主要设计标准如表1所示。

图1 地下空间环路总平面布置

图2 地下环路效果

表1 主要设计标准

2 设计与施工创新

2.1 交通

本地下环路主线长3.0km，13条接驳市政道路的匝道累计长度3.0km(见图3)，为一类城市交通隧道，也是目前华中区域规模最大的地下车库联络道工程，具有以下特点。

图3 地下环路出入口交通组织

1)设置 “5进6出”11条接地匝道(见图3)，分别布置于临江大道、武车二路、武车中路等道路通行能力较强的城市主、次干路上，通过衔接主要交通流向，为核心区到发车辆提供了一条外围道路至地下车库的独立、快速集散路径，提高出行效率。

2)设计 “1进1出”的定向匝道，图3中6，7衔接三阳路公铁越江通道，构建了城市快速路-地下环路-地下车库三级疏解体系，可满足商务区内越江交通需求，便于武昌滨江—汉口滨江跨江联通。

3)在纬三路设置联络道，将长条矩形环路主线分为2个小环路，缩短绕行路径，提高使用效率。

4)环路主线与滨江核心区19个地块均设有车库接口，据统计共串联2.3万个停车泊位，通过将区域内分散的停车资源加以整合，实现错峰平衡与泊位资源利用效益最大化，也为区域停车资源一体化管理提供了条件。

2.2 建筑

环路主线总体位于地下2层，标高约-10.000m，但武车中路主线纬五路—纬六路220m区段，为结合华夏幸福武汉长江中心地下空间设计方案，实现A1，B1地块地下1层商业联通，环路局部下沉约3.5m，并与两地块结构共板，即主线环路直接贯穿两地块地下空间建筑。这是武汉首条与私有地块地下空间融合共建的城市交通隧道，在高效、立体利用地下空间资源的同时，也为项目建设带来了相关问题与挑战。

1)共建段应按照结构一体、功能独立的原则开展设计，环路的建筑、消防、机电、运维自成系统。

2)地下环路属公共基础设施，地下空间属私有地块建筑，前者设计使用年限100年，抗震设防甲类(重点设防)，后者设计使用年限50年，抗震设防乙类(标准设防)，理论上结构主要设计参数及指标均不同，但结构一体造成“公私难分”，目前的做法是粗犷地将环路平面投影范围内的地下室结构及相关基础工程耐久性设计按照环路标准执行，其他问题尚未探究清楚，有待后续更深入研究。

3)为确保环路内部车辆通行不影响地块商业品质，工程设计时应考虑减振降噪措施，如结构设计时避免共振，装修设计时采用隔声吸声材料等。

4)市政环路与地下空间投资主体不同，共建段费用分摊难以做到“专款专用、公私分明”，定额与取费标准的不统一又加大了问题的处理难度，目前主要根据两者在地下空间独占的建筑面积来分摊建设成本，未考虑其他因素。

2.3 基坑

2.3.1地下水控制技术

武汉位于江汉冲积平原，沿江地带第四纪堆积层在长期水力剥蚀及水流分选作用下形成典型的一级阶地二元沉积结构，地表填土层以下依次大致分布黏性土、砂砾与基岩，砂层中饱含承压水且承压水头与外江水位保持密切联系。本环路工程基坑挖深超10m，坑底位于承压含水层顶板附近(部分区段直接揭露承压含水层)，基坑地下水控制面临地层强渗透、高承压所带来的风险。

另一方面根据《武汉市防洪管理规定》：长江堤防线以外50m为禁脚地，禁脚地线以外500m为安全保护区边界(见图4)，本工程建设场地位基本都位于河道管理范围，必须开展防洪影响评价且施工均需在长江枯水期，并应控制基坑抽排地下水对长江防洪堤的影响。

图4 地下环路与长江武昌岸堤防关系

基坑设计的关键是堤防保护与突涌控制，在综合考虑基坑卸载距离堤防的远近、降水管井影响半径与沉降漏斗大小等因素下，大致以50m禁脚地线、距堤300m控制线为基准，分区分段采取地下水控制措施(见图5)，确保基坑开挖安全、堤防变形可控。

图5 3种基坑工程地下水控制方案

1)禁脚地范围内的基坑采用0.8m厚CSM落底式水泥土搅拌墙止水帷幕，有效隔断坑内与外江的水力联通，在坑内疏干降水确保挖土便捷的同时，不影响坑外水位，使既有临近大道及长江防洪堤沉降控制在5mm以内。

2)禁脚地线至距堤300m线之间的基坑采用30m超深三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，充分利用地下水的绕流效应，弱化坑内与外江的水力联通，同时坑内设计封底水泥土加固，配合坑内减压降水井按需降水，尽量减小坑外水位降幅和对长江堤防的影响。经计算分析，结构底板浇筑后与封底加固形成的压重可抵御标高20.000m(1985高程系统)承压水头，即当外江水位低于20m时，可不启用降水管井。

3)距堤300m线之外的基坑采用20m深三轴水泥土搅拌桩悬挂止水帷幕，配合坑内按需降水，适当控制坑外水位下降对周边环境的影响。

实践证明，利用武汉长江一级阶地承压水降水300m影响半径经验，密切结合主体结构施工进度与水位监测数据按需开启降水井，分段区别设置止水帷幕，在控制工程造价的同时可有效避免承压水害，降低基坑实施对周边环境的影响，控制地表与堤防变形。

2.3.2运营隧道近接施工技术

根据《武汉市轨道交通管理条例》，地下环路多处位于地铁安全保护区，近接运营地铁盾构隧道施工：主线2次明挖上跨轨道交通7号线三阳路公铁越江盾构隧道，竖向净距最小12m(小于盾构隧道外径15.2m)；主线2次明挖上跨轨道交通8号线越江盾构隧道，竖向净距最小9.8m(小于盾构隧道外径12.1m，见图6)；匝道6近接轨道交通5号线和平大道双盾构区间开挖基坑，水平净距约27m。环路近距离明挖上跨既有运营大直径盾构隧道，给基坑工程设计带来了挑战，必须严格控制支护结构变形，将对运营隧道的影响降到最低。

图6 基坑明挖上跨轨道交通8号线越江盾构隧道

基坑底部近距离下卧盾构隧道，必将产生以下关键技术问题。

1)坑壁支护桩不可能打穿隧道，导致围护结构插入比过小。

2)基坑施工期隧道顶部挖土卸载引发隧道上浮与隆起变形。

3)环路建成后，隧道使用期覆重相比之前减小太多，导致汛期地下水位上涨隧道抗浮能力不够。

4)受运营隧道装饰系统遮掩的影响，基坑施工中事故征兆较难发现且事故后应急抢险困难。

针对以上问题，项目综合采用多种技术手段与精细化施工组织，确保既有隧道运营安全。

1)地基加固 在环路与隧道的交叉节点位置实施地基加固，基坑主动区加固可减小支护结构上的侧压，被动区加固可控制桩体踢脚变形且兼有封底压重作用以控制隧道上浮。利用具有强制排浆及地内压力监控功能的MJS工法，实现近接隧道的地层微扰动加固。

2)小坑开挖 根据基坑时空效应理论，将节点基坑分化为若干个小基坑，单个小基坑按照平面分块、竖向分层、匀称限时的原则挖土并回筑结构，通过控制单次卸载量，利用未开挖处隧道的锚固效应及本身的纵向抗弯刚度，控制隧道向上位移。

3)板凳桩基 在隧道两侧设置数排抗拔桩，与环路底板形成“板凳”(见图7)，充分利用底板的抗弯刚度及桩基抗拔作用以抵抗下卧隧道的隆起，达到使用期抗浮稳定的目的。

图7 底板、桩基形成“抗隆起板凳”

4)智能监测 采用巡检机器人、三维激光扫描车等自动化监测设备对运营隧道的位移、变形、渗漏等项目进行精密监测，通过数据反馈，指导基坑开挖与支护，实现信息化施工。

5)应急演练 针对卸载可能导致运营盾构隧道突涌的风险，制定应急压载及降水预案并组织抢险队伍多次演练。将钢锭、预制混凝土块、铁砂等便于添卸的压重材料储存在交通便捷、进出隧道方便的区域并配置好装载车辆，做好随时反压的准备，另外时常检查备用降水井，保证关键时刻可抽水减压降低隧道受到的浮力。

2.4 防水

2.4.1超长隧道结构，大体积混凝土

环路主线及匝道共计6.0km长，为一类隧道，同时受覆土深度、车道规模、地下水压的影响，主体结构板厚>1m情况居多，属大体积混凝土。超长大体积混凝土结构一方面在施工期易因温度收缩、干燥收缩产生裂缝，另一方面在运维期易受周边地块基坑开挖、桩基施工、降地下水、临时堆载等影响产生不均匀沉降及裂缝。

2.4.2长江一级阶地，水文地质情况复杂

根据地质勘察报告，建设场地地下水资源丰富。上层滞水受大气降水、生活生产排水、地表水渗透补给、丰水枯水期周期变化等因素影响，水位变幅大，结构顶板承受干湿交替作用。底板埋深多揭露一级阶地富水砂层，常年接触高承压水头。

2.4.3枯水季节施工，作业条件受限

武汉每年长江汛期维持5个月之久，地下工程有效施工期仅半年，项目工期排布紧张。受用地红线宽度的影响，环路基坑采用无肥槽设计方案，结构外墙密贴支护桩，只能使用单边支模现浇工艺，导致结构外墙在养护龄期易受坑边交通荷载影响而开裂，同时支护桩基面的平整度、垂直度、干燥度难以控制，传统外包防水施工工艺不适用。

地下工程一直秉承以混凝土结构自防水为根本，提高混凝土密实度和控制结构裂缝发展是解决渗漏问题的关键。针对本环路防水工程面临的挑战，经多轮技术论证，选择在主体结构混凝土中添加高性能水泥基渗透结晶型防水剂达到自防水从而取消外防水的目的(见图8)。

水泥基渗透结晶型防水剂是一种全新的刚性防水设计理念，主要优势如下。

1)取消了传统的外包防水层，经分析可节约工期15%～20%。

2)防水粉剂在商品混凝土搅拌站完成添加并与混凝土预拌均匀，罐车运至现场后直接泵送至浇筑位置，实现了防水工程与主体结构同步施工，施工质量容易控制。

3)因混凝土呈现碱性，植物根系喜酸性，存在绿植区域的结构顶板可略去耐根穿刺保护层。

2.5 管理

项目建立了以模型分解结构及编码体系为核心，串联设计-施工-运营全生命周期管理的BIM平台，打通信息孤岛，形成地下环路全生命周期数字资产，为武昌滨江商务区总体开发、运营及大数据应用提供必要数据基础，BIM总体架构如图9所示。

1)通过BIM模型方案比选，从三维可视化角度辅助确定地下环路与周边地下车库的连接，实现交通组织预演。

2)开展各专业设计信息协同与复核，通过精确定位与碰撞检查，预先模拟土建与机电的工程建造，排除矛盾冲突。

3)通过施工阶段数字仿真模拟，降低工程自身建设风险及对周边环境的不利影响。

4)基于BIM协同管理平台优势，加强数据共享，保障信息有效传递，提高了参建各方协作管理水平。

根据项目的特点量身定制，研发了BIM智能化协作管理平台网页版和手机App版，在项目实际建设管理过程中取得了良好的效果，并得到了相关政府主管部门的肯定。

3 结语

武汉市武昌区滨江核心区地下空间环路EPC工程是武汉市重点城建项目，也是当前武汉在建规模最大的地下车库联络道工程，通过地下环路有机串联周边核心商圈、大型商办、高档住宅，可有效将滨江核心商务区到发交通导入地下，在净化地面环境、拓宽慢行空间、改善公交品质、提升区域景观、树立城市形象等方面发挥着积极作用。本文着重介绍该项目在交通、建筑、基坑、防水、管理等各个环节的设计与施工创新点，并讨论了相关技术问题，以期为同行提供参考和借鉴。