城市地下道路设计方案比选

李建林

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

0 引言

近年来，随着我国经济快速发展，许多城市的规模正在迅速增长，城市的发展和城市人口密度的增加给城市地面土地资源带来了很大的压力。

城市地面土地资源的紧缺促进了城市空间向地下发展，地下交通系统是城市地下空间利用的重要组成。城市地下交通的建设可以有效缓解地面交通拥堵及地面资源的紧缺，鉴于此，未来我国城市地下道路必将迎来大发展、大建设[1]。

目前，城市地下道路常用的施工方法主要有明挖法、浅埋暗挖法及盾构法，本文以实际工程为背景，通过结构设计、施工工序、工程造价、施工工期及施工风险等几个方面的对比研究确定明挖法和浅埋暗挖法的安全性、经济性及合理性。

1 工程概况

根据《国务院、中央军委关于同意建设北京新机场的批复》[2012]217号，北京新机场选址落户于北京大兴区与河北廊坊市两省交界处，距离北京市中心约50 km，定位为综合性超大型国际枢纽机场。

次干一路位于新机场北部，西起106国道，东至青礼路，长约15.1 km；规划为城市次干路，红线宽度为40 m，设计速度40 km/h；该次研究范围为次干一路下穿新机场高速Y线、京霸铁路、机场快轨及新机场高速X线节点封闭区段，全长495 m，工程地理位置如图1所示。

图1工程地理位置图

2 设计方案对比

根据《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）、《城市地下道路工程设计规范》（CJJ 221—2015），道路净宽 8.0 m，净高 4.5 m[2，3]。

断面布置如下：0.5 m（路缘带）+2×3.5 m（行车道）+0.5 m(路缘带)；限高 4.5 m；限界外预留装饰及消防等设施安装空间；该工程的防撞等级为A级，防撞护栏高度高于行车道0.81 m。

下面将分别从结构设计、工程规模、施工工序、工程造价及工程工期几个方面针对浅埋暗挖法和明挖法进行对比分析。

图2 隧道建筑限界图（单位：cm）

2.1 标准结构横断面

浅埋暗挖法结构包括超前支护、初期衬砌、防水层及二次衬砌，结构横断面设计图如图3所示。

图3 浅埋暗挖结构横断面设计图（单位：cm）

明挖法结构包括防水层及闭合框架结构，结构横断面设计图如图4所示。

图4 明挖结构横断面设计图（单位：cm）

浅埋暗挖结构由初期支护承担部分荷载，二次衬砌承担剩余荷载，初期支护和二次衬砌共同形成统一的支护体系，同时初期支护施作前，超前支护的加固作用也非常重要，对浅埋暗挖的安全施工起着至关重要的作用。

明挖法结构由闭合框架承担全部荷载，受力明确，计算相对简单[4-6]。

2.2 工程规模

浅埋暗挖法施工时有最小覆土要求，需保证大管棚能正常施作，起到安全进洞的作用，本文中浅埋暗挖与明挖分界为最小覆土3.0 m。浅埋暗挖法工程规模如图5所示。

图5 浅埋暗挖法工程规模

明挖法工程规模如图6所示。

图6 明挖法工程规模

该次对比研究范围为除两侧U槽段，全长495m，浅埋暗挖法由闭合框架段115 m和浅埋暗挖段380 m组成，明挖法由闭合框架段495 m组成。

2.3 施工方法[7，8]

浅埋暗挖段为四连拱隧道，施工需采用多导洞中洞法施工，施工步序如图7所示。

图7 浅埋暗挖法施工步序

连拱隧道跨度大，结构复杂，施工步序繁，在动态施工过程中，其支护体系受力状态不断发生变化和调整，土体经多次扰动而变形，产生多次叠加，施工难度较大。

明挖法施工采用桩（地下连续墙）+内支撑支护方式与土钉墙支护方式相结合，其中土钉墙支护基坑施工步序如图8所示。

图8 明挖法施工步序

明挖法施工，工序简单，工作面多，受力体系相对比较明确，首先开挖支护形成稳定的工作面，然后施作闭合框架结构，最后回填恢复原地面，施工难度相对较小。

2.4 工程造价

浅埋暗挖段全长380 m，工程量及土建造价见表1。

表1浅埋暗挖段工程量及土建造价

其中明挖段全长115 m，土建造价0.68亿元，故该次研究范围495 m总土建造价为3.49亿元。

明挖法全长495 m，工程量及土建造价见表2。

表2 明挖段工程量及土建造价

通过上述对比研究可知，浅埋暗挖法工程造价相比明挖法明显较高，投资控制不利。

2.5 工程工期

浅埋暗挖法施工工序复杂，主要包括超前帷幕注浆加固、导洞超前支护施作、各导洞分步开挖、初期支护施作、防水层施工及二次衬砌浇筑，经工程实践证明浅埋暗挖平均日进尺0.5 m，共两个工作面，土建施工工期约13个月。

明挖法施工，通过基坑纵向分段，竖向分层，可形成多个工作面，根据工程实践证明明挖法平均日进尺1 m，土建施工工期约6个月。

具体工程具体分析，每个工程均有各自的特点，故不同工程需根据自身情况进行工期筹划安排，同时总工期需考虑非技术原因停工级节假日等诸多因素。

3 结论

通过上述研究可得出如下结论：

（1）明挖法施工工艺成熟，风险小且可控，同时坑内降水引起地面变形较小；浅埋暗挖法施工工艺较成熟，施工风险很大，地面无建、构筑物时可控，有建、构筑物时不可控，需全断面帷幕注浆或区域降水解决暗挖时地下水问题；

（2）明挖法施工工序简单，受力相对较为明确，浅埋暗挖法施工工序复杂，受力体系复杂，施工过程中需经过多次体系转换；

（3）明挖法土建造价约为浅埋暗挖法工程造价的0.8倍，不同工程根据实际情况有不同结果，本结论仅适用于浅埋隧道；

（4）明挖法工期约为浅埋暗挖法工期的0.5倍，且明挖法工期可通过增加工作面缩短工期，浅埋暗挖可通过设置施工竖井或辅助通道增加工作面，但会增加工程投资及工程风险。