武汉长江公铁隧道武昌岸设计方案

李 鹏 干学军

(湖北省城建设计院股份有限公司轨道交通分院， 430051， 武汉∥第一作者， 高级工程师)

1 工程概况

武汉长江公铁隧道距离其下游的长江二桥1.3 km，距离其上游的武汉长江隧道1.9 km。该隧道被规划定位为城市道路与武汉轨道交通7号线(以下简为“7号线”)共用的越江隧道，在汉口岸沿三阳路敷设，在武昌岸沿秦园路敷设。其地理位置如图1所示。

武汉长江公铁隧道采用双向6车道公铁合建双管盾构隧道穿越长江，其越江段隧道横断面布置如图2所示[1]。

武汉长江公铁隧道从汉口岸的三阳路站出发，穿越长江后到达武昌岸，通过武昌风井(工作井)后，公路隧道与地铁隧道竖向分离，为7号线徐家棚站的设置提供条件；在武昌岸通过徐家棚站后，公路隧道与地铁隧道在平面上完全分离。武汉长江公铁隧道纵断面如图3所示[2]。

武汉长江公铁隧道在武昌岸形成三级交通疏解(见图4)：通过武昌风井后，主线双向6车道隧道沿秦园路下方爬升，在团结路、和平大道分别设置进口E、出口F匝道，形成第一级交通疏解；经过一级交通疏解，主线由双向6车道调整为双向4车道，下穿和平大道及沿和平大道敷设的规划5号线后，继续向南前行至7号线徐家棚站，上穿徐家棚站后在友谊大道设置进口G、出口H匝道，形成第二级交通疏解；主线下穿友谊大道后爬坡出地面，形成第三级交通疏解。

地铁线路在毗邻武昌滨江商务区处设置徐家棚站，该车站为线网规划5、7、8号线3线换乘车站。其中，5号线沿和平大道走行，7号线沿秦园路通道过江，8号线沿团结路通道过江。公路隧道与地铁5、7、8号线徐家棚站位置关系如图5所示[3]。

2 工程地质及水文地质

2.1 工程地质

工程场地地貌单元为河流堆积平原，属长江I级阶地。场地表层为松散人工填土层(Qml)，局部分布淤泥质土，厚2～4 m；上部为第四系全新统冲积相(Qal4)软-可塑状态黏性土，软-流塑淤泥质粉质黏土、粉砂、粉土、粉质黏土互层，厚13～15 m；中部为稍密-中密粉细砂、中密-密实状态细砂，约厚40 m；下伏基岩为白垩-下第三系东湖群(K-E)泥质粉砂岩、砂砾岩。

2.2 水文地质

工程场地地下水分为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。孔隙承压水主要赋存于砂性土中，上覆黏性土及下伏基岩为相对隔水层。含水层约厚40 m，主要接受侧向地下水补给，与长江水力联系密切，呈互补关系，且水量丰富。

3 公路隧道与地铁隧道叠交段设计要点

3.1 公路隧道与7号线隧道平行叠交段设计要点

3.1.1 公路隧道与7号线区间平行叠交段设计要点

公路隧道主线里程LK4+119.001—LK4+287.985段为公路隧道与7号线区间隧道平行叠交段。公路隧道结构总宽度为24.077～52.854 m，底板顶部埋深为17.718～28.419 m；其正下方地铁区间隧道顶部埋深为26.615～30.263 m，盾构管片外径为6.2 m。公路隧道与地铁区间隧道在竖向逐渐分离，公路隧道明挖主体结构与地铁盾构隧道的竖向净距：左线由0.809 m逐渐增大至7.129 m，右线由0.874 m逐渐增大至7.133 m。公路隧道左、右线中心线与地铁盾构隧道左、右线中心线基本重合。根据施工筹划，公路隧道先行施工完成后，地铁盾构区间从武昌工作井始发掘进，在徐家棚站调头，最终在武昌工作井接收。该工程设计与施工中存在以下技术难点：

1) 受武汉长江公铁隧道纵断面线形约束，盾构机出武昌工作井后公路隧道底板顶埋深最大值为28.419 m，为超厚覆土。

2) 受线位限制及盾构始发空间要求约束，明挖矩形隧道底板尺寸不能设置过大。

3) 地铁区间盾构始发时，隧道轨面距明挖公路隧道路面最小值为7.102 m，且两者之间为超薄夹土。公路隧道先行施工完成后，地铁盾构始发引起的地层位移对明挖隧道结构的安全影响较大。

4) 公路隧道基坑开挖宽度为24.077～52.854 m，开挖深度为19.119～29.820 m，属超深基坑；且周边建(构)筑物及地下管线密集，开挖风险大，地表变形控制及环境保护要求高。

针对上述工程难点，采取以下应对措施：

1) 超厚覆土段明挖隧道设置架空层，以控制底板结构厚度。隧道结构上方设置3层架空层，其中，地下一、二层净高为4.5 m；地下三层净高随下方公路隧道纵坡变化，由8.4 m过渡至2.1 m。地下一、二层采用梁-柱框架结构，并且预留架空层与远期周边地块地下开发空间衔接条件。其中，框架边柱外侧设置临时封堵墙，并在远期周边地块地下空间与架空层衔接时将其拆除；沿隧道纵向地下一层结构空间与5、7号线徐家棚站站厅层连通。将底板结构厚度控制在1.20 m，公路隧道与盾构隧道竖向最小净距为0.637 m，满足盾构始发空间要求。设置架空层后的公路隧道横断面如图6所示。

2) 超深基坑围护结构设计。超厚覆土段基坑最大深度达30 m，为超深基坑。该段处于长江I级阶地，砂土层埋藏相对较浅，厚度达40 m；赋存于该层中的承压水水量丰富，与长江水力联系紧密。根据武汉市深基坑施工经验[4]，基坑围护结构采用厚1.2 m地连墙落底方案：地连墙长55.0 m，伸入15b-1弱胶结砾岩的深度不小于1.5 m，以隔断基坑内、外地下水力联系；同时设置疏干降水井和降压降水井进行降水，并设置一定数量的坑外观测井，兼作应急降压降水井；采用工字钢接头作为地连墙接头，地连墙接缝外侧设置2根φ1 000 mm @6 00 mm“双高压”三管旋喷桩，旋喷桩伸至基坑底部下方10 m。

3) 地铁盾构始发掘进时对公路隧道的影响控制。地铁盾构隧道底部与公路隧道底板结构的竖向净距：左线为0.637～7.695 m，右线为0.703～7.747 m，属“超近接”施工。综合类似工程经验[5-6]及计算分析结果，在公路隧道中隔墙下方底板的底部布置钻孔灌注桩(支撑兼抗拔桩)，在横向共布置3根，纵向间距为6 m；考虑后续地铁盾构掘进引起的桩基侧摩阻力损失，计算公路隧道桩基承载力时，桩侧摩阻力须进行折减取值，折减系数为0.5。围护结构采用地连墙和主体侧墙构成的“叠合墙”结构，两墙合一，以增加围护结构的整体刚度，充分发挥地连墙的抗浮作用。为尽可能减小下方盾构掘进对已建公路隧道结构的影响，盾构始发掘进前对公路隧道底板下方土体进行预加固(见图7)；并在其底板下部预埋注浆管，在盾构下穿后进行补充注浆(见图8)。

3.1.2 公路隧道与7号线车站平行叠交段设计要点

主线里程为LK4+326.485—LK4+543.882段公路隧道与7号线徐家棚站合建，公路路面以4.5%的坡度沿车站纵向爬升。为充分利用建筑空间，起始里程段公路隧道上方设置物业开发层，车站与5、8号线通道换乘。武汉长江公铁隧道主体结构为地下4层现浇钢筋混凝土框架结构[7]。该隧道纵段面如图9所示，在其中心里程处基坑深38.36 m。采用盖挖逆作法施工[8]，围护结构采用厚1.5 m地连墙和主体侧墙构成的“叠合墙”结构，主体结构梁-板系统作为围护结构的水平支撑，主体结构永久柱兼作水平支撑的临时支承柱，柱基础采用钻孔灌注桩。

3.2 公路隧道与5号线盾构隧道垂直叠交段设计要点

3.2.1 主体结构方案比选

公路隧道主线从武昌工作井出发后，沿秦园路继续向南穿越前行，在LK4+287.985—LK4+319.285段秦园路与和平大道交叉路口远期规划有5号线徐家棚站。该车站设置为地下二层，采用矩形框架结构，埋深较浅，在公路隧道竣工通车后实施。根据公路隧道与5号线的线位关系，两者结构设置形式有以下3种方案可供选择：

1) 方案1：地铁车站与公路隧道共板合建(见图10)。规划5号线与公路隧道交叉节点处设置地下二层徐家棚站。地铁车站提前与公路隧道同步实施，形成地下三层结构。其中，地下一、二层分别为车站站厅、站台层，地下三层为公路隧道，均采用明挖法施工。车站与公路隧道共板合建可避免二次开挖，但合建后车站顶板覆土仅厚1.3 m，无法满足市政管线的埋设要求。

2) 方案2：地铁盾构区间上跨公路隧道(见图11)。远期5号线在公路隧道上方以盾构隧道区间穿越。由于公路隧道采用明挖法先行施工，基坑深度约22.5 m，需采用地连墙围护结构。为满足地铁盾构穿越围护结构，盾构穿越区域地连墙采用C15混凝土及玻璃纤维筋。后期盾构机推进时可直接切割纤维筋混凝土，但基坑开挖时存在安全隐患，且盾构穿越地连墙时存在刀盘磨损严重甚至无法切削地连墙的隐患。

3) 方案3：地铁区间隧道与公路隧道共板合建(见图12)。5号线徐家棚站—杨园站区间部分节点提前与公路隧道同步实施，地铁区间隧道与公路隧道合建形成地下3层结构。其中，地下一层为过街通道；地下二层为5号线轨行区，地下三层为公路隧道，采用明挖法施工。本方案可避免二次开挖，且区间顶板覆土达到3.3 m，可满足各类市政管线埋设要求。

综上所述，从施工难度、施工风险及市政管线敷设等因素综合比较，该工程采用方案3，即明挖区间与公路隧道共板合建。

3.2.2 基坑围护结构设计

本段基坑围护结构采用厚1.2 m地连墙方案。同时考虑到本段公路隧道下穿和平大道路口，为维持明挖基坑开挖时和平大道交通及地下市政管线敷设现状，在横跨和平大道路口段采用顶板盖挖逆作法施工。基坑围护结构横断面及主体结构防水关键节点做法如图13所示。

4 结语

1) 城市公路隧道与地铁隧道在越江段合建时，两岸接线工程由于道路与地铁的线位条件及技术要求的不同，存在较多叠交节点。叠交节点处采用结构合建技术，可有效减小主体结构尺寸及基坑规模，从而避免近接施工，降低施工风险。

2) 受越江段线位的约束，两岸工作井后续明挖段埋深较大，可考虑结合周边地块地下空间开发，合理设置架空层并预留衔接条件，以充分利用地下空间。

3) 采用围护结构和主体结构相结合的叠合墙支护方案，结合钻孔灌注桩的设置，形成门架式支撑体系，尽可能减小公路隧道明挖施工完成后，其下方地铁区间盾构近接掘进时对公路隧道结构的影响。

4) 深基坑采用落底式止水帷幕，合理选择地连墙墙缝接头形式，以及在接缝处采用高压旋喷桩止水防渗等措施，成功治理了地下水，有效控制了施工风险。