市政下穿隧道与地铁车站合建设计

叶至盛， 杨凤梅

(1. 广州地铁设计研究院有限公司， 广东 广州　510010； 2. 中国电建华东勘测设计研究院

有限公司， 浙江 杭州　310014)



市政下穿隧道与地铁车站合建设计

叶至盛1， 杨凤梅2

(1. 广州地铁设计研究院有限公司， 广东 广州510010； 2. 中国电建华东勘测设计研究院

有限公司， 浙江 杭州310014)

摘要：按照规划，成都市一环路某下穿隧道与地铁车站位于同一路由。简要介绍下穿隧道的地理位置、主要技术标准，以及隧道的平面、纵横断面、结构类型等。重点介绍下穿隧道与地铁车站的位置关系、结构处理方式、设计施工要点等。为了解决2个工程分期建设造成工程浪费、施工风险大和多次影响道路交通，以及先期工程未给后续工程预留施工条件，导致后续工程无法实施等问题，经过方案比选，采用了隧道和车站空间“上下重叠”，隧道底板与车站顶板“共板”，隧道侧墙与车站侧墙“上下对齐”，2个工程同步设计、同步施工的合建方法，得出隧道与车站合建的设计施工方法是可行的，以期为今后类似工程设计提供借鉴及参考。

关键词：下穿隧道； 地铁车站； 共板； 合建

0引言

目前，城市建设和轨道交通快速发展，这就必然导致两者在特定位置产生交叉。如成都地铁2号线中医学院站与下穿隧道“十字交叉”[1-2]；成都地铁3号线省体育馆站、5号线青羊宫站、7号线清江路口站与下穿隧道“上下重叠交叉”；无锡地铁1号线长广溪站站厅层北侧与拟建下穿隧道合建，施工时预留远期下穿隧道实施条件；南宁地铁1号线万象城站与民族大道下穿青秀路隧道合建；郑州地铁5号线京广南路站下穿既有市政隧道[3]等。

在国内多个城市已出现地铁车站站位与既有隧道、规划隧道发生空间关系的情况[4]。国内外对地铁车站和市政下穿隧道位于同一路由的设计理念研究较多，但多为下穿隧道与地铁车站分步设计、分期建设，以及新建地铁车站设置在既有下穿隧道两侧或者通过矿山法下穿既有隧道的情况。而下穿隧道和地铁车站在空间上“上下重叠”的合建方式可有效节约地下空间资源、避免分期建设造成工程浪费、减小工程风险以及减少对道路交通的影响，具有广阔的应用前景和社会价值[5]。

本文通过对下穿隧道与地铁车站合建设计过程中遇到的问题进行分析研究，总结出市政下穿隧道与地铁车站合建设计方法及其各种优点。

1工程概况

该下穿隧道工程位于成都市武侯区一环路与人民南路交叉口，沿一环路呈东西向布置，下穿人民南路。一环路道路红线宽50 m，双向6车道；人民南路道路红线宽64 m，双向8车道。2条道路均为城市主干路，交通十分繁忙。下穿隧道已于2014年底通车。

1、3号线省体育馆站为十字换乘车站。1号线车站已于2010年开通运营，在1号线车站施工时，已同步实施1、3号线换乘节点处长30.2 m、宽21.7 m的下穿隧道框架段结构。3号线车站位于一环路与人民南路交叉路口处，沿一环路呈东西向布置。车站站位处规划有下穿隧道，隧道线路方向与地铁3号线线路方向一致，考虑到隧道与地铁车站的线路平面关系以及竖向道路空间关系，经过多种方案比选，决定将下穿隧道设于车站正上方，采用隧道底板与车站顶板“共板”的方式合建，以节约投资。目前，3号线车站正在建设过程中，预计2015年运营。隧道与车站的平面关系如图1所示，空间关系如图2所示，隧道和车站地处川西平原岷江水系Ⅰ级阶地，为冲洪积地貌，地形平坦。

图1　隧道与车站平面关系图

Fig. 1Plane relationship between municipal tunnel and Metro station

2隧道主要技术标准及设计原则

2.1主要技术标准

1)道路等级为城市主干路；

2)设计荷载为城-A级；

3)交通等级为重型交通；

4)路面结构设计使用年限为15年；

5)设计车速为60 km/h；

6)隧道净空≥5.0 m；

7)纵坡最大4.9%，横坡为1.5%；

8)设计基本地震加速度值0.10g，设计特征周期0.45 s。

图2　隧道与车站空间关系图

Fig. 2Spatial relationship between municipal tunnel and Metro station

2.2设计原则

1)建筑结构安全等级为一级，其结构重要性系数γ=1.1。

2)结构设计按地震烈度7度进行抗震验算并设防。

3)结构构件的最大裂缝宽度控制在0.2 mm以内。

4)结构抗浮按最不利地下水位情况验算。合建段隧道与地铁车站连接为整体抗浮，非合建段隧道单独抗浮。

5)结构防水等级。隧道为二级，地铁车站长度范围内的隧道为一级。下穿隧道的防水做法及要求参照地铁车站。

6)抗渗等级不低于P8。

7)结构按一级耐火等级设计，耐火极限不小于2 h。

3隧道设计要点

3.1平面设计

下穿隧道全长443 m，沿一环路方向为一条直线，设计为双向4车道，标准段总宽20.2 m，两侧辅道宽9.5 m，含2个机动车道及1个非机动车道。

西侧挡墙段长80.5 m；西侧U型槽段长92.5 m。框架段长110 m，其中西端框架段长21.9 m；地铁1号线省体育馆站施工时同步建成的框架段长30.2 m；东端框架段长57.9 m。东侧U型槽段长100 m；东侧挡墙段长60 m。地铁3号线省体育馆站长217.95 m。

3.2纵断面设计

隧道纵断面采用“M”字坡，隧道出口接道路设置反向坡，以利于排水。隧道机动车道最大纵坡为4.9%。

3.3横断面设计

隧道横断面布置分为与地铁合建段和非合建段。与地铁3号线省体育馆站合建的隧道框架段横断面如图3所示。U槽段与车站合建与框架段类似，同样采用“共板”的方式合建。与地铁3号线省体育馆站非合建的隧道U槽段横断面如图4所示。

图3隧道西端与车站合建框架段(单位： mm)

Fig. 3Cross-section of west section of municipal tunnel: integration of municipal tunnel and Metro station(mm)

图4　隧道东端与车站非合建U槽段(单位： mm)

3.4结构类型

下穿隧道共分为以下3种结构： 混凝土挡土墙、钢筋混凝土U槽和钢筋混凝土框架。

3.4.1框架结构

隧道框架部分设计结构形式为单箱双室整体框架钢筋混凝土现浇结构。

新建框架段全高7.1～7.5 m，内部净高5.5～6 m，顶板最厚覆土约为1.7 m，箱体侧面2孔净宽9(9.85)m，外侧墙厚0.8m，中隔墙厚0.6 m，顶板厚0.7 m，底板厚度设计为0.8 m。

1号线已建框架全高6.64～7.18 m，内部净高5.34～5.88 m，顶板最厚覆土约为1.7 m，箱体侧面2孔净宽9.95 m，外侧墙厚0.7 m，中隔墙厚0.4 m，顶板厚0.7 m，底板厚度设计为0.6 m，底板下方为1号线省体育馆站轨行区。

3.4.2U槽结构

U槽采用两侧带有立式悬臂的钢筋混凝土现浇结构。

3.4.3挡土墙结构

在地下水位以上部分节段，布置重力式混凝土挡土墙。

4隧道与地铁空间关系及结构处理方式

4.1隧道与地铁空间关系

1号线省体育馆站为地下2层岛式车站，负1层为站厅层，负2层为站台层，负1层站厅被已实施的下穿隧道框架段结构隔开，成为南北2个分离式站厅。3号线省体育馆站为地下3层岛式车站，负1层为下穿隧道，负2层为站厅层，负3层为站台层。下穿隧道西端U槽段、框架段的底板与车站顶板共板，如图5所示。

图5　西端与车站结合框架段

4.2结构处理方式

1)隧道底板与3号线车站共用结构板长度为114.5 m，宽度为21.9 m，坡度为 4.9%(见图6)。由于下穿隧道底板直接与外界雨水接触，为防止隧道内的水通过隧道底板渗漏进入地铁车站站厅层，在“共板”范围内加设纤维类添加剂，掺量为0.9 kg/m3，以提高混凝土抗裂性和耐久性。结构计算时分别按《地铁设计规范》和相关市政道桥设计规范进行验算，并进行地铁车站、隧道单体、车站与隧道合建等不同结构形式变形协调的计算分析[6-7]。经计算分析，得出共板段板厚设计为0.8 m。

图6　隧道与车站“共板”(单位： mm)

Fig. 6Floor slab of municipal tunnel used as roof slab of Metro station concurrently(mm)

2)与地铁3号线省体育馆站合建的隧道框架段、U槽段横断面宽为21.9 m，较非合建段宽20.2 m增加了1.7 m，目的是为了使下穿隧道侧墙与地铁车站侧墙竖向“上下对齐”，以利于结构受力，避免隧道侧墙直接落于顶板上引起局部应力集中、抗剪能力较差。经计算分析，得出隧道侧墙和车站侧墙厚度为0.8 m。同时，增加的宽度可作为设备安装及管线敷设空间使用。

5隧道与地铁合建段设计要点

1)由于下穿隧道位于3号线车站正上方，为节约道路资源，避免分期建设造成工程浪费，隧道西端与车站结合段同步设计、同步施工是经济合理的。

2)1号线省体育馆站目前已开通运营，其中与1号线相交部分的下穿隧道框架段已在1号线车站施工时同步建设完成，新建隧道的框架段与1号线已建成部位同宽，顺接已建成的框架结构，做好新旧结构间连接的处理。对既有结构的破除要求采用静力切割(绳锯)，同时加强对已运营1号线车站的监测。在设计和施工时，明确和已运营1号线的相互关系、保护标准及安全措施。

3)在地铁3号线省体育馆站施工时，为保证交通疏解的需要，在隧道西端U槽段上方架设临时路面体系，由结构梁板柱及路面铺装层组成，在下穿隧道通车前，将其凿除，可最大程度减少对交通的影响。

4)3号线省体育馆站为地下3层岛式车站，负1层为下穿隧道，负2层为站厅层，负3层为站台层。由于覆土较少、地下水位较高等原因，经计算得出，合建段结构不满足抗浮计算，故在车站底板增设抗拔桩以满足抗浮要求。非合建段的下穿隧道U槽段利用底板两侧外伸的脚趾抗浮，框架段利用围护桩及抗浮压顶梁满足抗浮要求。

5)下穿隧道与地铁3号线省体育馆站合建，建议采用工程费用分摊原则。车站与下穿隧道共用顶板的工程量，由车站和下穿隧道均摊，各占一半；整个基坑的围护桩及土石方的工程量，以下穿隧道底板为界，底板以上的部分计入下穿隧道的工程量，底板以下的部分计入车站的工程量；运营维护费用需分别计列。

6施工结果

3号线省体育馆车站主体结构从2012年12月18日动工，采用明挖法，于2013年7月31日完成，下穿隧道西端与地铁车站同步施工完成。下穿隧道与车站非合建段从2013年11月1日开始动工，历时1年零1个月时间，于2014年12月31日正式通车(见图7)。

图7　下穿隧道通车照片

7结论与建议

目前，城市建设快速发展，国内多个城市已出现地铁车站站位与既有隧道、规划隧道发生空间关系的情况。当城市规划同一位置有下穿隧道和地铁车站的情况，建议两者合建、同步设计、同步施工，可有效节约道路资源，避免分期建设造成工程浪费，减少地铁车站采用“矿山”等工法下穿既有隧道带来的工程风险，减少对道路交通的影响，以及由于先期工程未给后续工程留好条件，导致后续工程无法实施等情况，具有广阔的应用前景和社会价值。

本文重点研究车站与隧道空间“上下重叠”、同步设计、同步实施的情况，建议可进一步研究车站与隧道“正交、斜交”、分步设计、分步实施的情况。若车站先

实施，研究如何预留后期下穿隧道实施条件；若隧道先实施，研究如何预留后期车站实施(矿山法通过)条件等，以及桥梁、地下空间等市政工程与地铁工程合建的设计施工方法。还可以进一步研究隧道和车站合建后的运营维护责任及费用分担等问题。

参考文献(References)：

[1]杨莉．成都市一环路中医学院路口下穿隧道总体设计[J].四川建筑科学研究，2005,31(2): 115-118.(YANG Li．Chengdu Yihuan Overall design of underground tunnel at Zhongyixueyuan Crossing of No.1 Ring Road is Chengdu[J]．Sichuan Building Science,2005,31(2): 115-118.(in Chinese))

[2]陈海勇，石达强．成都地铁中医学院站施工安全风险分析[J]．隧道建设，2011,31(5): 559-565．(CHEN Haiyong,SHI Daqiang．Analysis on safety risks in construction of Zhongyixueyuan station of Chengdu Metro[J]．Tunnel Construction ,2011,31(5): 559-565.(in Chinese))

[3]马荷荷．地铁车站下穿市政隧道、下沉式道路的方案研究[J]．低碳世界,2015(1): 260-262．(MA Hehe．Study on scheme of Metro station crossing underneath municipal tunnel and depressed road[J]．Low Carbon World,2015(1): 260-262.(in Chinese))

[4]魏重丽．武汉地铁徐家棚换乘站设计方案研究[J]．铁道工程学报，2012(6): 109-113．(WEI Chongli．Research on design plan for Xujiapeng transfer station of Wuhan Metro[J]．Journal of Railway Engineering Society，2012(6): 109-113.(in Chinese))

[5]施仲衡．地下铁道设计与施工[M].西安: 陕西科学技术出版社，2002．(SHI Zhongheng. The design and construction for Metro[M].Xi’an: Shaanxi Science and Technology Press，2002.(in Chinese))

[6]GB 50157—2013地铁设计规范[S]北京： 中国建筑工业出版社，2013．(GB 50157—2013 Code for Metro design[S].Beijing: China Architecture & Building Press,2013.(in Chinese))

[7]CJJ 37—2012 城市道路工程设计规范[S]．北京： 中国建筑工业出版社，2012.(CJJ 37—2012 Code for design of unban road engineering[S].Beijing: China Architecture & Building Press,2012.(in Chinese))

Case Study on Integration of Municipal Tunnel and Metro Station

YE Zhisheng1, YANG Fengmei2

(1.GuangzhouMetroDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510010,Guangdong,China;

2.PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou310014,Zhejiang,China)

Abstract:A municipal tunnel in Chengdu, China is planned to be on the same path of a Metro station. In the paper, the location, main technical standards, plane route, longitudinal profile and structural feature of the municipal tunnel are presented, and the relationship between the municipal tunnel and the Metro station, the structure of the municipal tunnel and the key points in the design and construction of the municipal tunnel are highlighted. The scheme of integrating the municipal tunnel into the Metro station is adopted after comparison and analysis. The municipal tunnel is constructed on the top of the Metro station, with the floor slab of the municipal tunnel used as the roof slab of the Metro station concurrently and the side wall of the municipal tunnel being at the same vertical position as that of the Metro station. The municipal tunnel and the Metro station are designed and constructed at the same time. The municipal tunnel has been completed and opened to traffic successfully. The practice shows that it is feasible to integrate the municipal tunnel into the Metro station.

Keywords:integration of municipal tunnel and Metro station; integrated design; integrated construction; shared slab

中图分类号：U 452.2

文献标志码：B

文章编号：1672-741X(2015)12-1301-05

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2015.12.011

作者简介：第一 叶至盛(1985—)，男，四川成都人，2008年毕业于四川理工学院，土木工程专业，本科，工程师，主要从事地铁车站、区间及市政工程设计工作。

收稿日期：2015-03-24; 修回日期: 2015-10-16