高架桥与既有隧道叠建设计方案研究

王雯珊 彭丹 陈娟

摘要：结合成都市沙西线改造工程的跨线桥工程，探讨如何在有限的空间里实现高架桥与既有隧道的疊建，如何恢复桥梁建设破坏的下穿结构，如何利用同一结构满足不同功能的需要。研究表明高架桥与既有隧道的叠建设计不仅充分利用了城市土地，还从空间治理角度探讨了存量空间的利用，提高了市政资源的配置效率，更为城市更新、存量规划及未来城市空间规划提出了新的思路。

关键词：桥隧叠建； 隧道恢复； 隧道防水； 抗浮设计

中图分类号：U442.5+7文献标志码：A

0引言

随着城市发展的日新月异，早期建设的市政道路逐渐不能满足现有交通的需求，常规的道路尚能通过旧路加宽、加铺匹配现有的车流量，但立交桥梁、下穿隧道往往成为一条道路改造的瓶颈，设计、施工都相对较困难。究其主要原因在于近几年来国家大力提倡集约利用土地资源，越来越重视城市空间的综合利用，在规划的道路红线内实现立交桥梁、下穿隧道的改造常常伴随着空间利用的分析和新旧结构的协调，在不损坏既有结构功能的情况下，让新建结构得以实施一直是设计追求目标。现如今为解决城市交通问题、增强城市服务功能、提升城市环境品质，越来越多人关注于挖掘桥下的空间资源［1］，但如果下穿隧道的上方区域规划得好，也能为城市建设增光添彩，笔者以成都市沙西线（西华大道）改造工程中的货运大道-铁路跨线桥设计方案为例，探讨如何在有限的空间里，完成高架桥与既有下穿的叠建设计。

1研究背景

沙西线是连接成都市中心城区与郫都区、彭州市、都江堰市的一条主要市域快速路，属于成都市构建“三环十七射”市域快速路网的重要一环。根据《成都市城建攻坚2025规划》的要求，于2017年全面启动对沙西线改造方案的研究，2020年施工入场实施改造，2023年基本完成改造任务进入项目收尾阶段。

本次沙西线改造工程从三环路交大立交以北起，至金牛区与郫都区交界处结束，改造道路全长约5.5 km，全路段改造完成断面为主道双向6车道+辅道双向4车道。改造前沙西线通过下穿隧道的方式，连通成灌铁路和铁路西环线两侧的市政道路，但仅为双向6车道，和拟改造的道路断面不匹配。通过沟通和论证，在原隧道两侧加下穿框架来拓宽道路无法实施，但为了保证道路断面的连贯，同时满足铁路线的运营要求，只能采用在现有隧道上方架设跨线桥的形式同主道相接，底层隧道由原来的双向6车道改为辅道双向4车道使用，如图1所示。在离铁路线不足500 m的位置为货运大道路口，为保证沙西线方向的直行车流，提高道路服务水平和通行效率，设计采用长高架的形式跨越货运大道和铁路线两个节点。

2方案研究

2.1高架桥设计方案

跨线桥设计全长为1.374 km，设计车速为60 km/h，除铁路线位置，桥梁采用双幅桥设计，单幅桥为单向3车道，两幅桥之间有3 m间距，和道路中分带贯通；在铁路线前后，跨线桥由双幅桥变为单幅桥，采用双向6车道设计，上部结构为2×73 m预应力混凝土连续梁，悬臂浇筑后转体施工跨越铁路线。

既有下穿隧道分为五段，进出段及铁路线两侧为船槽结构，下穿顶面的掉头车道位置及铁路线位置为框架结构，如图2所示。由于成都地铁6号线区间在铁路线的城内侧和下穿有平面交叉，高架桥设计时，不但要考虑到对既有下穿结构的保护，还要在一定范围内避让地铁6号线的通道，这使得跨线桥的下部基础设计至关重要。

2.2桥梁与既有下穿的空间关系

考虑到桥梁荷载对下穿框架的影响较大，设计布跨采用避让下穿框架段，在船槽段内设置桥墩的方式。为保证下穿辅道的使用功能和桥梁下部结构的美观，将承台基础埋于隧道底板下方，如图3所示。但这也带来了一些问题，例如需避让地铁6号线区间的承台尺寸较大，采用预应力混凝土结构，而在下穿底板上的开孔不利于原隧道结构的完整性，也使混凝土自防水功能遭到一定程度的破坏；转体施工墩的承台较一般承台更大，下埋会导致该段下穿隧道底板大部分破坏，如何有效保证施工过程中船槽侧墙的稳定性；原隧道中分带设置有抗拔桩，桥梁桩基施工会导致部分抗拔桩破坏且后期无法恢复，如何应对隧道修补后的上浮问题等。

2.3下穿隧道修复细节设计

既有隧道的周边有金牛六斗渠，金牛六斗渠在沱江河与金牛支渠交汇口上游约150 m处右岸取水，是一条灌排兼用的人工输水渠道，因而隧道结构形成后长期处于高压地下水中，做好下穿工程的防水、抗浮问题是确保工程结构稳定和运营安全的关键。翻查相关资料，原下穿隧道的防水等级为二级，主体结构采用防水混凝土并添加CH-ASEA高效抗裂防水剂，在下穿隧道修复工程中应充分考虑新旧材料的兼容性。地下工程渗漏水大多发生在施工缝、变形缝、穿墙管及预埋件等细部构造部位［2］，本次高架桥修建，对原隧道底板产生了一定的破坏，为了还原结构防水特性，将隧道的防水方案由简单的单道设防提高至多道设防，针对不同部位采取不同的设计方案，从而减少和避免应桥梁修建导致的隧道渗漏水状况。

2.3.1隧道防水恢复

下穿隧道底板开孔尺寸应严格按照桥梁承台的平面尺寸确定，扣减承台钢筋绑扎、预应力张拉、混凝土支模浇筑所需的操作空间后，开孔尺寸不应过大，且开孔位置须留有原船槽钢筋的一定长度，方便后期底板恢复的钢筋接长。在船槽上钻孔须采用相应的降水措施，防止施工时地下水从船槽开孔处溢出。底板开孔后，应在竖向钢筋混凝土护壁的防护下开挖基坑土体，防止土体位移导致孔口周边的底板下方脱空，也可将部分护壁作为桥梁承台混凝土浇筑的模板使用。桥梁承台完成后，须恢复原下穿隧道底板的结构自防水，主要通过修补钢筋和原船槽钢筋焊接、修补材料优先选用微膨胀混凝土、新旧混凝土位置预埋注浆管和遇水膨胀止水条来实现。隧道防水的总原则是以防为主、多道设防、刚柔结合、综合整治［2］，对变形缝、沉降缝、施工缝等特殊部位还需要采取多种加强措施，如图4所示。

下穿隧道恢复时，防水设计需要落实到细节。首先，设计计算承台顶标高，尽量减少承台顶和船槽底板底的缝隙，后期底板和承台的缝隙、承台四周和护壁的间隙采用素混凝土回填密实；在船槽浇筑前，先在底板的下方涂刷水泥凝胶粘结层和满铺粘结型高分子湿铺防水卷材，水泥的刚性和卷材的柔性形成了双层防水体系，养护到位后几乎不会出现地下水沿底板和防水卷材结合面渗漏的情况；然后，为了进一步加强隧道防水，底板下方沿着桥墩四周和承台之间设置一圈橡胶止水带，内外缘嵌设双组份聚硫密封胶，可有效防止地下水从承台和底板之间的间隙渗出地面；同时在底板浇筑时，和桥墩之间内嵌一圈遇水膨胀止水条，保证隧道防水实现真正意义上的多道设防。

2.3.2转体墩处隧道恢复

由于桥梁转体施工的需要，转体墩位置的下穿隧道底板大部分被破除，但该位置的船槽侧墙较高，底板破除过大会导致侧墙的滑移甚至倾覆。为保证施工期间侧墙的安全，首先须对侧墙后方的土体卸荷，当依靠侧墙自重及基底摩擦力能够独立抵抗墙后土压力时，方能破除现状船槽底板。且底板破除期间，不得有车辆在侧墙上方和现状下穿位置通行，侧墙顶面不得有其他施工荷载增加，并加强对侧墙变形的监控。

由于转体墩较其他桥墩更大，船槽底板恢复需要将一个完整船槽改建成为两个相对独立的U型船槽，如图5所示。这就意味着，该位置船槽还建不仅是结构的改造，更是下穿隧道防水的重点。由于该处新建底板面积较大，选用防水材料及措施时除了考虑新结构的防水性能，还要思考如何让新旧防水层之间达到连续整体的密封性。设计采用沿底板新旧混凝土结合面，设置一圈遇水膨胀止水条；新浇筑底板下方和侧墙外侧铺设两层粘结型高分子湿铺防水卷材，在破除点和旧船槽防水卷材相接；在新浇筑底板时，横向沉降缝处同步设置B400型橡胶止水带。

2.3.3隧道抗浮设计

根据相关资料，原下穿隧道采用的抗浮方式为结构、覆土、抗拔桩共同作用抗浮，隧道抗浮安全系数在不考虑侧壁摩擦力的有利作用下，按1.05考虑，而船槽主要抗浮方式为结构自重抗浮。由于桥梁承台、桩基的施工，导致部分抗拔桩破坏，但各种结构空间上的重叠又使得原下穿隧道的抗拔桩无法恢复。抗拔桩的基本原理是在受到地下水浮力作用时，依靠桩体的自重及桩与周边土体的摩阻力提供抗拔力［3］。要达到隧道抗拔桩的近似效果，设计利用桥梁系梁作为下穿隧道的抗浮结构使用。先修补船槽底板及隧道调平层，再在双柱桥墩之间增设一道钢筋混凝土系梁，同桥墩一起浇筑，既能增加高墩的稳定性，又能利用跨线桥整体结构的自重作用实现船槽的抗浮，如图6所示。

3结束语

本次沙西线（西华大道）改造工程中货运大道-铁路跨线桥的修建，很好地实现了在有限空间里高架桥与既有下穿隧道的叠建设计。通过分析高架桥与下穿结构在空间上的协调，下穿部分结构及功能破坏后的恢复，下穿隧道和桥梁利用同一结构满足自身功能的需要等，在一定程度上为市政道路节点改造解决了难题，不仅实现了城市公用土地的利用程度加大，也从空间治理角度探讨了如何利用存量空间提高市政资源的配置效率，更为城市更新、存量规划及未来城市空间规划提出了新的思路。

参考文献

［1］吕麦霞，唐曉辉，李振辉，等.城市桥下空间利用研究［J］.城市道桥与防洪，2022（10）：53-56.

［2］汪家纬.施工空间受限时的下穿隧道设计［J］.公路交通科技：应用技术版，2018（9）：245-247.

［3］白晓宇，秘金卫，王雪岭，等.抗拔桩在抗浮工程中的研究进展［J］.科学技术与工程，2022，22（17）：6781-6789.

［作者简介］王雯珊（1986—），女，硕士，高级工程师，从事桥隧设计工作。