隧道工程總體設計及施工方案分析

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摘要：文忠路位于合肥新站高新區(qū)，為城市主干路。文忠路主線雙向六車道下穿東方大道，雙向八車道下穿少荃湖，其中少荃湖隧道暗埋段長1．09km，是安徽省迄今在建的最寬最長的城市湖底隧道。該文主要論述工程總體設計及施工方案，包括交通組織設計、隧道洞口景觀設計、隧道施工工法等。

關鍵詞：城市湖底隧道；總體設計；交通組織；洞口景觀；施工方案

引言

隨著城市的發(fā)展，城市交通與自然環(huán)境的有機融合愈加緊密。城市隧道由于對河流湖泊等水體無分割，環(huán)境友好，景觀融合性好，目前正處于快速發(fā)展階段，成為城市一道亮麗的風景線。本文結(jié)合合肥市文忠路隧道工程，闡述了城市隧道總體設計和施工中的一些要點。

1工程概況

文忠路（磨店街－荃湖北路）工程位于合肥新站高新區(qū)，全長2．3km，是連接少荃湖北岸北航科學城與南岸職教城、主城區(qū)的重要通道，規(guī)劃為城市主干路，設計速度60km／h。少荃湖公園占地面積約455hm2，著力打造以濱湖濕地景觀為生態(tài)基底的城市綜合公園。文忠路線位處湖面寬度約500m，文忠路雙向八車道下穿少荃湖及公園，少荃湖隧道暗埋段總長1．09km。

2總體設計方案

少荃湖片區(qū)規(guī)劃為新站區(qū)新中心、產(chǎn)城融合示范區(qū)，區(qū)域位置重要。文忠路南北向貫穿少荃湖片區(qū)，服務東北組團集散交通，向南連接老城區(qū)，向北連接高速北部區(qū)域路網(wǎng)，為交通性城市主干道，承擔著區(qū)間交通及區(qū)域集散的雙重功能。

2．1交通組織設計

文忠路全線共與5條道路相交，其中東方大道為主干路，少荃街、荃湖南路、規(guī)劃一路、荃湖北路為次干路或支路。根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)分析及文忠路功能定位，本方案的總體思路是文忠路主輔分離，保證主線交通流連續(xù)暢通，快速溝通少荃湖兩岸中距離交通出行。具體交通組織如下：起點磨店街交口維持現(xiàn)狀，平交燈控，主線連續(xù)下穿東方大道、荃湖南路、少荃湖及公園、規(guī)劃一路，終點與荃湖北路平交；文忠路輔道與少荃街右進右出，與東方大道平交燈控，與荃湖南路T型平交燈控。東方大道為合肥市貫穿東西的重要主干路，紅線寬60m，雙向八車道，交通量大，為保證此交口的交通轉(zhuǎn)換需求，交口以北設置上下行匝道進出主線。

2．2橫斷面設計

文忠路采用雙向六車道下穿東方大道，在東方大道交口北側(cè)設置上下行匝道進出主線，少荃湖隧道是采用雙向六車道還是雙向八車道是確定橫斷面設計的關鍵。若隧道采用雙向六車道，出入口匝道與主線銜接需設置加減速車道，根據(jù)規(guī)范要求，設計速度60km／h的加速車道長度不小于140m，由于匝道縱坡較大，并考慮上坡加速修正系數(shù)1．4，加速車道最小長度為196m。本工程受條件限制，上下行匝道與主線分合流點距隧道洞口僅144m，無法滿足規(guī)范要求。故本次隧道采用雙向八車道，車道分配合理，并滿足遠期交通需求，可保證隧道洞口前后3s行車長度范圍內(nèi)車輛行駛軌跡順暢，隧道洞口段道路加減速、分合流明確，有效保障隧道運營效率，避免隧道洞口成為交通瓶頸。

2．3縱斷面設計

隧道縱斷面設計控制性因素主要包括少荃湖湖底標高、防洪規(guī)劃標高、少荃湖公園規(guī)劃標高、相交道路標高、隧道凈空和覆土要求等。在滿足控制性因素前提下，綜合考慮了隧道長度、通風、排水以及隧道進、出口接線等因素，隧道縱斷面整體呈“V”形布置，最低點設置在少荃湖湖底。根據(jù)《城市地下道路工程設計規(guī)范》，設計速度60km／h的道路最大縱坡一般值為4％，最大值為5％，本次設計最大縱坡為3．956％，最大豎曲線半徑為5000m，最小豎曲線半徑為3000m。

2．4隧道防水設計

隧道防水設計遵循“以防為主、防排截堵相結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則。本隧道結(jié)構(gòu)防水等級為二級，以結(jié)構(gòu)自防水為根本，以變形縫、施工縫等接縫防水為重點，輔以附加防水層提高以防水性能。防水混凝土抗?jié)B等級P10，附加防水措施采用耐穿刺、施工方便、耐久性好的熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材。變形縫是隧道防水設計的重難點，常規(guī)采用的橡膠止水帶耐久性一般為30年，橡膠易老化，修復和替換困難，影響運營安全。本次設計采用壽命長、高穩(wěn)定、低維護、具有良好變形性能的紫銅止水帶，以提高變形縫的止水效果和耐久性。

2．5隧道洞口景觀設計

隧道洞口作為隧道的標志性構(gòu)筑物，應融入周邊環(huán)境，既要與自然景觀相協(xié)調(diào)，又應體現(xiàn)周邊的人文環(huán)境，是隧道的標志符號和象征。本項目位于新站高新區(qū)磨店老街，磨店是晚清名臣李鴻章的出生之地，“文忠”“少荃”均源于其名號，周邊建筑以徽派風格為主。隧道洞口采用端墻形式，賦予其白墻、黑瓦、馬頭墻、鏤空花窗等徽派元素，既體現(xiàn)了當?shù)貧v史文化底蘊，又與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3隧道施工方案

3．1隧道施工工法

少荃湖隧道的施工工法是本項目的關鍵點，根據(jù)不同建設條件及工程特點，對于水下隧道，目前國內(nèi)成熟的施工工法主要有盾構(gòu)法、沉管法、礦山法（鉆爆法）及圍堰明挖法等。根據(jù)地勘報告，場地土以粉質(zhì)黏土和黏土為主，湖底覆蓋0．5～3m淤泥層。礦山法隧道一般適用于較穩(wěn)定的巖層，要求地質(zhì)巖性好、透水性小，在土質(zhì)圍巖地區(qū)需要埋深很大，兩岸接線長，下穿湖底施工風險高，不適宜本工程；盾構(gòu)法隧道一般適用于隧道較長、地層均勻性好的水下隧道，同時要求隧道埋深較大，盾構(gòu)機始發(fā)和接收需要較大的施工場地，盾構(gòu)法斷面形狀一般為圓形，對于以交通功能為主的隧道，圓形斷面利用率較低；沉管法隧道一般適用于水深較大，水道湖床穩(wěn)定、水流較緩的水下隧道，需要大型施工用船和沉管制作干塢場地；圍堰明挖法則適用于水道寬度較短、水深不大的水下隧道，需水中設置圍堰。綜上，根據(jù)本工程特點，權衡各工法利弊，少荃湖隧道推薦采用圍堰明挖法施工。該工法風險可控，工程規(guī)模合適，空間利用緊湊，工程投資節(jié)省，符合本項目的建設特點和要求。

3．2基坑施工方案

本隧道基坑深度為8．0～17．0m，綜合考慮本項目場地條件、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件以及經(jīng)濟性等方面，基坑圍護結(jié)構(gòu)的形式選擇主要有以下四種：放坡＋土釘支護、SMW工法樁、地下連續(xù)墻以及鉆孔咬合樁。放坡＋土釘支護是一種邊坡穩(wěn)定式的支護，是明挖法隧道最常用的基坑圍護結(jié)構(gòu)，施工工藝簡單，施工速度快，造價經(jīng)濟；SMW工法樁屬柔性支護，變形大，不適合深度較大基坑；地下連續(xù)墻需要采用專用的挖槽設備，適用于變形控制要求高、防滲要求嚴格的地下墻體結(jié)構(gòu)，造價較高，工期較長；鉆孔咬合樁具有防滲效果好、泥漿污染小、不易塌孔等優(yōu)點，但造價較高，施工精度要求嚴格。經(jīng)綜合比選，本工程采用放坡＋土釘支護方案。

3．3圍堰施工方案

圍堰形式及材料應結(jié)合水深、地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)、基坑支護及環(huán)保要求等因素確定。結(jié)合本工程建設條件、隧道結(jié)構(gòu)及施工工法，可采用的圍堰形式主要有土石圍堰、鋼板樁圍堰和混凝土圍堰。土石圍堰技術簡單，施工方便，適用于水深較淺、水流很緩的河、湖、塘的臨時圍堰，造價較低；鋼板樁圍堰施工較難，技術成熟，適用于水深較大、防滲要求較高的臨時圍堰，造價較高；混凝土圍堰施工較難，圍堰底部基礎處理困難，一般結(jié)合周邊的水利建設作為永久結(jié)構(gòu)。本工程圍堰為臨時擋水結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場條件，黏性土資源豐富，且黏性土抗?jié)B性能好，故采用黏性土圍堰。

4結(jié)束語

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，城市骨架路網(wǎng)加速形成，城市道路與自然水體交匯愈加頻繁，穿越水體的結(jié)構(gòu)形式也由單一的橋梁形式向多種結(jié)構(gòu)發(fā)展，城市湖底隧道在環(huán)境保護、景觀融合協(xié)調(diào)等方面具有一定的優(yōu)勢，應用愈加廣泛。文忠路隧道工程為安徽省目前在建的最長最寬的市政湖底隧道，其建設具有一定的引領作用。本文主要介紹了文忠路隧道的總體設計思路和主要施工方案，希望可為今后類似工程的設計施工提供一定的參考。

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作者：章凱 單位：合肥市市政設計研究總院有限公司