天津海河沉管隧道横断面方案选择

袁有为，王艳宁，史庆春

（1.同济大学，上海市200092；2.天津市市政工程设计研究院，天津市300051）

1 概述

中央大道海河隧道工程位于天津市滨海新区于家堡中心商务区和东西沽地区，是沟通滨海新区中心商业区海河南北两岸的重要通道。

该工程北起中央大道胜利路与新港三号路交口，南至津滨大道立交，以隧道的形式穿越了新港路、规划永太路、规划友谊路、规划于新道、规划南大街、海河、规划滨河南路、津沽公路等，在津沽公路南侧升至地面，路线全长约4.132km。穿越海河采用沉管法施工工艺，沉管段总长255m，见图1。

图1 海河隧道平面图

2 横断面设计原则

管段建筑横断面设计以充分利用空间为原则，满足隧道正常运营、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求,并能满足管段浮运时所需干舷高度、运营阶段抗浮安全等要求。横断面设计包括隧道建筑限界、设备设置空间、安全疏散设施设计，并考虑适当的施工误差和不均匀沉降预留量。

2.1 建筑限界

本工程按双向六车道城市主干路标准设计，设计车速60km/h。根据《城市道路设计规范》（CJJ37-90），车道宽度取3.75m+2×3.5m，通行净高5.0m。车道两侧路缘带宽0.50m，安全带宽度0.25m，合计侧向净宽0.75m，结合《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004），可考虑在车道两侧设0.75m宽检修道。因此在本工程中管段横断面建筑限界考虑了如下三种形式，见图2～图4。

图2 横断面限界图（一）：外侧设检修通道（单位：mm）

图3 横断面限界图（二）：不设检修通道（单位：mm）

图4 横断面限界图（三）：两侧设检修通道（单位：mm）

推荐采用不设检修道方案，理由如下：由于我国的城市隧道规范正在编制中，隧道设计亦可借鉴《城市道路设计规范》和已建成使用的隧道的设计情况，因海河隧道功能定位为城市主干道，不宜按照《公路隧道设计规范》设计。并根据已建成隧道的日常检修情况来看，由于隧道顶部有大量设备，必须借助特殊车辆或设施登高维修。检修时使用维护车辆进入隧道，采用全面或局部封闭一条车道的方法，维修场地大，人员更安全；在实际维修作业中，检修道利用率是比较低的。故本次建筑限界只考虑车道宽和侧向净宽的要求，不考虑人行检修道。

2.2 设备空间

根据工艺要求，综合考虑安全和美观等因素，在横断面中需要考虑各种设备所需的布置空间，并设定相应的设备限界。

管段横断面中的主要设备有以下几种：车道信号灯、照明灯具、可变情报板、水喷雾器、扬声器、监控摄像机、CO-Ⅵ检测仪、各类设备箱、环形线圈、消防水管以及各种电缆。另外还需预留规划部门提出的高压电缆、Φ1000上水管和Φ1200供热管等专用通道，并预留其它社会管线过海河的管位。

布置这些设备的原则是：

（1）不得侵入车辆通行限界。

（2）满足各设备的工艺要求。

（3）维修保养方便。

3 国内外已建沉管隧道横断面形式

国内外沉管隧道横断面设计中多采用车道孔组合管廊的基本形式，见表1。对向行驶的车道宜分孔集中布置，不仅可减少因对向行驶引起的事故，保证行车安全，而且多车道可增加使用的灵活性；运营设备和安全通道宜结合管廊设置，可减少车辆行驶对其的干扰，确保安全，具体形式见图5～图7。

4 横断面设计方案

根据选取的建筑限界、不同的管廊布置方案，确定适合于本工程的管段断面形式。

4.1 方案一：两孔三管廊方案

根据本隧道为城市主干道的定位标准，按照《城市道路设计规范》，断面设计中考虑在两车道孔之间设中间管廊（纵向贯通），管廊内分为电缆通道、纵向安全通道兼电缆日常检修通道；西侧管廊作为Φ1200供热管专用通道，东侧管廊作为高压电缆和Φ1000上水管专用通道，由于上水管和供热管在隧道上岸后即通过竖井引出地面，因此上岸后该两侧管廊不再布置，见图8。

（1）车道孔设计

一个车道孔建筑限界宽度为:3.75m+3.5m×2+0.5m×2+0.25m×2=12.25m，再考虑侧墙每侧设备安装宽度、建筑装饰层厚度、水平施工误差0.1m和0.15m后，车道孔净宽：12.25m+0.10m+0.15m=12.50m；通行孔建筑限界高度5.0m，设备安装高度0.65m，压舱、路面厚度1.3m（包括竖向施工误差）后，车道孔净高：0.65m+5.0m+1.3m=6.95m。

（2）管廊设计

图5 两孔两管廊方案

图6 两孔三管廊方案

图7 两孔一管廊方案

表1 国内外沉管隧道断面

中间管廊2.0m净宽；东西两侧管廊1.8m净宽，其中西侧管廊上部作为其它社会管线的预留空间、下部布置Φ1200供热管专用通道，管廊中部可敷设通讯电缆并作为检修通道；东侧管廊下部布置Φ1000上水管专用通道兼检修通道，管廊中部可敷设通讯电缆并作为检修通道，管廊上部布置高压电缆；中间管廊下部设集水沟，消防水管和排水管布置在集水沟上，中部作为纵向安全通道和检修通道，管廊上部作为电缆通道，布置隧道内各种电缆。

管段孔顶、底板厚度分别为1.35m和1.40m，中隔墙厚度为0.6m，外侧墙厚度为1.0m。管段外包宽度35m，外包高度9.7m。

4.2 方案二：两孔两管廊方案

两孔两管方案见图9。

（1）车道孔设计

同方案一，此处不再赘述。

（2）管廊设计

中间管廊净宽2.0m，管廊下部设集水沟，消防水管和排水管布置在集水沟上，中部作为纵向安全通道和检修通道，管廊上部作为电缆通道，布置隧道内各种电缆；西侧管廊净宽3.5m，下部布置Φ1000上水管和Φ1200供热管专用通道，管廊中部作为纵向安全通道兼上水管和供热管检修通道，管廊上部为220kV超高压电缆专用通道。

管段孔顶、底板厚度分别为1.35m和1.4m，中隔墙厚度为0.6m，外侧墙厚度为1.0和1.2m。管段外包宽度34.5m，外包高度9.7m。

5 方案比选

两种断面布置形式均能隧道满足交通功能的要求，根据管廊布置方式的不同，分为三管廊对称布置、两管廊不对称布置两种形式，在管段既定长度下，由表2中比较可明显看出：

（1）方案一和方案二均能较好的协调隧道内管线、社会管线和隧道功能之间的关系。

（2）方案一管段干舷高度适中，方案二管段干舷高度略偏大，抗浮安全系数尚显不足，且由于管廊呈不对称布置，断面重心与浮力中心未完全重合，需通过管顶混凝土保护层厚度或者压舱水箱水位调整来控制管段姿态，确保管段起浮、拖运的安全。

（3）从两个方案断面形式综合比较看，方案一管段体积略大，混凝土用量129.08m3/m，为方案二的1.035倍，而管段基槽浚挖量在57.8～58.1万m3之间，基本相当，因此从工程量角度而言两个方案没有很大的差异。

图8 两孔三管廊横断面图（单位：mm）

图9 两孔两管廊方案横断面（单位：mm）

表2 横断面设计方案综合比选表

6 结论

（1）沉管隧道的横断面设计应以充分利用空间为基本原则，满足隧道正常运营、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求。

（2）在净空一定的情况下，为了保证管段浮运时的干舷高度、运营阶段抗浮安全等要求，顶底板及侧墙的厚度需要通过计算进行优化。

（3）一个适宜的横断面必须能够很好的协调隧道内管线、社会管线和隧道功能三者之间的关系。

[1]王艳宁，熊刚.沉管隧道技术的应用与现状分析[J].现代隧道技术,2007(4):1-4.

[2]陈韶章,陈越,张弥.沉管隧道设计与施工[M].北京:科学出版社,2002.

[3]管敏鑫,严金秀,唐英.沉管隧道技术在我国的应用[J].岩石力学与工程学报,1999,18(增):1000-1004.