城市地下道路隧道结构方案比选研究

杨明哲

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

1 概 述

北京广渠路是市区通往副中心的一条主要通道，是仅次于长安街的一条东西向城市连廊，将打造成景观大道，从东二环至东六环，道路全长约23 km（见图 1）。

图1 工程位置示意图

广渠路东延（怡乐西路—东六环路）是广渠路的一部分，道路规划为城市主干路，道路红线宽度为60 m，长约7.6 km；是中心城与城市副中心、行政副中心的重要联系通道，是通州城区与中心城的重要联系通道，是公共交通骨干网络东西向通道，是快速公交的重要走廊。

广渠路东延道路工程按地面、地下两套系统设置。规划为城市主干路（预留远期提级为快速的条件）；道路红线宽度为60 m；设计车速地下道路为80 km/h，地面道路为60 km/h。

2 隧道方案比选

2.1 比选原则

为充分利用地下空间，综合考量了市政基础设施建设需求、现场实际情况、施工工期、施工的环境影响等诸多因素。此次设计针对全线明挖方案、盖挖方案、盖挖与盾构相结合的方案进行了综合研究。

考虑该工程的具体情况，决定地下道路结构形式和施工方法的主要有以下四个因素：

（1）是否有利于与城市地下空间（综合管廊等）相结合。

（2）施工期间尽量减少对现况交通、自然和社会环境的影响。

（3）新建地面道路的竣工时间和景观需求；新建地下道路的竣工时间。

（4）如何妥善解决现况地面道路管线不满足规划要求的问题（例如现况雨、污水是合流的）。

2.2 工程及水文地质状况

2.2.1 地质条件

该工程沿线第四纪沉积物主要由古金沟河及古潮白河冲积形成。沿线地层主要为黏性土、粉土与砂卵石互层沉积为主。地层沉积物的组构、空间相变规律具有较为明显的区域性特征和过渡、渐变性，并具有典型的多沉积旋回的特征。

2.2.2 水文条件

地面下埋深7～15 m的砂类土层中分布有潜水，地面下埋深15～30 m的砂类土层中分布有层间水，地面下埋深30 m以下的砂类土层中分布有承压水，其水位年变幅一般为1～3 m。

地质纵断面如图2所示。

图2 地质纵断面示意图

2.3 设计标准

（1）道路设计标准：城市主干路（预留远期提级为快速的条件），主路60 km/h（平纵横线形按80 km/h）。

（2）道路断面：小客车+小客车+公交专用道，净高4.5 m，行车道2×3.50 m+3.75 m，路缘带为0.5 m，安全带为0.25 m。

2.4 比选方案

现状地面道路交通流量大，管线错综复杂，地下道路的施工将对其带来较大影响。为充分利用、开发地下空间，该次地下道路的设计结合明挖法、盾构法、盖挖法进行比选研究，充分考虑地下综合管廊的设置条件。结合工程实际情况，该工程进行过如下方案的设计（由于该工程所在地段地下水丰富，且土质渗透能力较强、降水难度大，不适宜大范围暗挖施工，因此未考虑暗挖法施工）。

2.4.1 明挖法

明挖法施工质量有保证，结构断面布置灵活且适用性强，并可将管廊和车行隧道等有效结合。但明挖施工队现状交通影响较大，受现场施工条件制约。考虑到现状地面道路交通流量大，管线错综复杂等因素，可分别采用半铺盖法及分幅施工法。明挖法典型断面如图3所示。明挖隧道设置见表1。

图3 明挖法典型断面图（单位：cm）

2.4.2 盾构法

盾构法施工车行隧道对现状道路交通影响小，但对于该工程有以下问题：该工程综合管廊长度约6.5 km，如果采用盾构法施工，盾构直径7.5 m；地面100 m需设置一处出线井；下方的道路大直径盾构每1 000 m需设置一处车行横通道井；再加上地面道路的景观升级改造；施工期间地面的交通影响、社会影响并没有显著改善。而且管廊、八通线以西、车行横通道、空气净化用房等仍需要明挖，对比其他方案施工周期明显增加，因此盾构方案无明显优势。

表1 明挖设置一览表

相关图表如图4、图5所示，见表2、表3。

图4 盾构法平面图

图5 明挖结合盾构纵断图

表2 盖挖结合盾构设置一览表

表3 明挖结合盾构设置一览表

2.4.3盖挖法

盖挖法施工结构断面布置灵活且适用性强，并可将管廊和车行隧道等有效结合，地下空间施工时上部交通影响时间短。但盖挖法施工有以下问题：

（1）盖挖法的顶板、中板、底板与地下连续墙的节点难以处理，防水问题突出。

（2）盖挖法施工工期较长，工程造价高。

（3）为加快施工速度需设置大量出土口，出土口的设置对交通及道路景观等影响较大。

相关图表如图6、图7所示，见表4。

图6 盖挖隧道典型横断面图（单位：cm）

图7 盖挖隧道平面图

2.4.4 推荐方案

广渠路东延隧道考虑地下道路施工工艺，综合管廊及地下空间和车行隧道一起实施，综合考虑各方案，最终推荐选用明挖方案。各方案对比见表5。

表4 盖挖设置一览表

3 基坑方案比选

隧道全段拟采用明挖法施工，局部地段采用铺盖法。基坑围护形式的选择根据基坑开挖深度、宽度、地质条件、场地条件、地下水情况、边坡稳定条件及周边建（构）筑物变形控制、环境保护、水土保持、交通导改等要求，遵循“安全、环保、适用、经济”的原则，通过多方案比选确定。

该工程基坑宽度约30.1 m，含管廊的标准基坑断面深度在17～28 m，平均深度约20 m。工程沿线上部的粉土层及砂类土层具有赋存上层滞水的条件。工程场区深部砂、卵砾石层内分布有多层承压水。

该工程基坑位于繁华闹市区，周边建筑物密集；场地地下水位较高，因此基坑等级按一级考虑。结合北京地区常见的基坑施工工艺，现对基坑方案进行比较，具体比较见表6。

经综合比较，该工程基坑支护形式主要采用

0.8～1 .2 m厚钢筋混凝土地下连续墙+内支撑体系，内支撑根据需要可在第一道撑采用钢筋混凝土撑，其余均采用钢管支撑。局部地段采用排桩或咬合桩+内支撑体系（见图8）。

表5 各方案对比表

表6 基坑方案综合比较表

4 结语

本文对北京广渠路东延道路城市隧道结构方案进行比选研究，对比了明挖法、盾构法、盖挖法的优缺点，认为明挖法施工质量有保证，结构断面布置灵活且适用性强，并可将管廊和车行隧道等有效结合，更适合该工程的实际情况。基坑的开挖方案选取地下连续墙+内支撑体系。

隧道方案比选应充分利用地下空间，综合考量基础设施建设需求、现况条件、施工组织、环境影响等诸多因素，以求发挥城市地下道路服务城市的最大功能。

图8 基坑围护结构典型断面图（单位：cm）