与地下广场衔接的下穿地道设计

周 敏

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

随着城市交通量逐年上涨，而城市用地却越来越紧张，地下空间的有效利用受到越来越多的关注。杭州钱江新城核心区通过动态交通与静态交通的结合，将各个建筑地库相互联系，形成地下空间整体开发[1]；天津滨海新区的泰达现代产业服务区通过在地下修建环路连接各地块的地库，有效整合地下空间，减轻了地面道路的压力[2]；天津海河东路地道及主广场整合了城市地道、城铁出站集散、公交车站、停车场等多种地下空间，解决了人员疏散及交通问题，改善了地面景观环境[3]。

本文介绍了松原市建华路下穿地道项目的全过程设计，包括总体地道方案设计、地道结构节点设计和地道基坑设计。该项目的设计和实施受到业主及社会的广大好评。本文旨在为类似项目建设，尤其是地下空间的开发提供参考。

1 项目背景

该工程位于松原市火车站站房北侧，是松原市中心城区的门户。根据松原市火车站周边地区修建性详细规划，松原火车站南、北两侧将打造成商业广场，南、北商业地块围绕广场布置，勾勒广场围合空间；南、北商业广场设置在地面层，以步行空间为主，如图1所示。火车站前北侧广场开发地下一层，主要为地下商业和地下停车场空间。火车站前北侧道路建华路采用下穿地道的方式通过地面广场。建华路是一条东西走向的城市次干路，设计范围内红线宽度50m。火车站东侧紧邻新建的长途客运站。

图1 火车站前北侧地面层规划图

2 下穿地道方案设计

按照“以人为本”的设计理念，将火车站前广场地面层设计为步行空间，建华路的主线交通放置在地下一层；建华路在地面层设置辅道，辅道交通在站前广场东、西两侧断头。建华路为城市次干路，现状交通流量为803 p c u/h，预测交通流量为1 032 p c u/h。建华路主线采用双向四车道下穿地面广场，能够满足建华路近远期的交通通行需求。为保证建华路地面辅道的通行能力，辅道设置为双向四车道。

站前广场地下一层平面尺寸为226m×69.7m，主要由西侧社会车辆停车场、东侧出租车蓄车场和中部带商业的旅客集散广场组成，服务对象是松原火车站车流和人流，如图2所示。为方便车辆进出地下停车场，设计时将建华路地道与站前地下广场衔接，即在主线下穿地道的南侧设置两根辅道，车辆通过辅道采用右进右出的方式进出地库。同时为满足火车站在地下落客的需求，在中部旅客集散广场北侧设置港湾式停靠站和落客平台，实现全地下停车与落客，旅客可避免极端天气在地面进出站的困扰。下穿地道主线进入辅道由加减速车道过渡，加减速车道长度设计为50m。地道总体设计将市政地下空间和铁路建筑地下空间连为一体，完成市政交通和铁路交通的相互转换，如图3所示。

图2 站前广场地下一层平面图

图3 站前地下一层方案图

根据建华路总体交通组织，建华路地道主要供到发火车站的社会车和出租车以及过境车辆使用。建华路辅道则主要供公交车、长途客运车、沿线地块车辆使用，沿线道路与辅道交叉口采用右进右出的方式。公交车站设置在地面广场东西两侧位置（辅道断头处）。

建华路下穿地道由敞开段和暗埋段组成，暗埋段长度主要由地面广场范围确定，为少占用地面空间，建华路的加减速车道设置为暗埋段，最终确定暗埋段长度为507.074m，其中有226m地道结构与站前地下广场结构合建，地下广场地面为平坡，因而地道暗埋段纵向设置0.8%缓坡衔接。考虑到松原为寒冷地区，下穿地道爬升纵坡不大于3.5%，车行净空高度为4.5m，最终确定地道东、西两侧敞开段各长230m，下穿地道总长967.074m。其总体布置如图4所示。

地道建成后风机设备的使用和维护费用在运营成本中占比较大，为减少后期运营费用，设计利用暗埋段顶板上的中央分隔带空间，在两处暗埋段顶板上开一个17.4m×14m的洞口，形成自然通风口。经复核，地道无须另外设置风机设备即可满足地道通风的要求。通风口位置如图4所示。

图4 地道总体布置图（单位：mm）

地道外侧检修道下设置300mm×500mm的边沟，并在地道两处纵坡低点设置附件式排水泵站，雨水经由检修道边沟进入地道泵房，最终排入市政雨水管网。

3 下穿地道结构设计

3.1 自然条件

该工程地面标高133.65～135.09m，场地地貌单元属于松辽状平原之第二松花江高漫滩。场地土物理力学参数见表1，地道主要位于①杂填土、②细砂和③细砂中。场区地下水稳定水位在2.60～3.40m（标高为 131.19～131.73m），抗浮水位标高为132.50m。松原市抗震设防烈度为8度，设计地震动加速度值为0.20g，设计特征周期为0.35 s，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地20m深度范围内无地震液化影响。

表1 拟建场地岩土层物理力学参数

3.2 地道结构方案

根据地道方案，地道暗埋段设计为整体式箱形结构，主线暗埋段采用单箱双孔结构，单孔净跨9m，覆土厚度为0.88～1.3m，顶底板、侧墙壁厚设计为900mm。有加减速车道的暗埋段采用单箱双孔结构，如图5所示。单孔净跨9～18m，覆土厚度0.3～1.1m，顶底板、侧墙壁厚h按照计算选取：净跨为9～13.5m时，h=1 100mm；净跨为13.5～18m时，h=1 300mm。自然通风口设置在有加减速车道暗埋段范围内，为满足顶板开洞的需要，将顶板改为梁板式结构，如图6所示。有辅道的暗埋段采用单箱三孔结构，单孔净跨8.5～9.0 m，覆土厚度0.77～0.96m，顶底板、侧墙壁厚设计为900mm。

图5 有加减速车道暗埋段图（单位：mm）

考虑到地下水位较高，敞开段采用封闭的U形槽结构，U形槽侧墙高度1.7～8.7m。为减小侧墙底部受力，在敞开段侧墙高度超过7.5m、不侵入建筑限界的情况下，顶部增设撑梁。

图6 自然通风口暗埋段图（单位：mm）

地道结构15～30m设置一条变形缝。拟建场地抗浮水位132.5m（设计地面以下1.2～2.5m），基础埋深较深的敞开段（基底埋深超过5.8m），其自重无法满足抗浮要求，设计采用ø800钻孔灌注桩辅助抗浮。

3.3 大跨箱涵结构计算

有加减速车道的暗埋段净跨达到18m，属大跨结构。地道设计使用年限为100 a，抗震设防类别为乙类，地道结构环境类别为二b类，裂缝控制等级为三级，即最大裂缝宽度不大于0.2mm。设计计算模型如图7所示。计算荷载如下：

图7 大跨箱涵计算简图

（1）覆土荷载：覆土厚度按1m计，重度20 kN/m3。

（2）水、土压力（分算）：土内摩擦角按30°取，侧向土压力系数则为0.333，地下水位按地面以下2m计。

（3）地面超载：按20 kPa计。

（4）地道内汽车荷载：按20 kPa计。

（5）混凝土收缩：按顶板降温15℃考虑。

（6）温度荷载：按顶板±30℃考虑。

（7）地震作用：采用拟静力法[4]，按式（1）计算水平地震力，考虑两个方向的地震作用：

式中：FihE为计算质点的水平地震力，kN；η为水平地震作用修正系数，取0.25；Ag为地震动峰值加速度，为 0.2g，m/s2；mi为计算质点的构筑物质量，t。

地基反力采用弹簧模拟，弹性抗力系数取10 000 kN/m3。地道结构计算荷载组合考虑六种，见表2。其中，荷载组合1～4为承载能力极限状态和正常使用极限状态验算，荷载组合5、6为抗震验算。

表2 地道结构荷载组合

采用midas/Civil建立平面应变模型，模型按结构轴线建立，计算得出有加减速车道地道结构的内力包络图和变形包络图，如图8、图9所示。由内力计算结果可知，地道受力最不利位置为顶底板和中墙交接处、顶底板大跨跨中及转角处，在顶板角部设置1 200mm×300mm加腋，地道结构各部位配筋见表3（部位参照图7），结构配筋主要由正常使用极限状态下荷载组合1～4所产生的弯矩值控制。根据图8c，采用设计壁厚的地道结构均能满足各工况下的斜截面抗剪强度要求。由图9可知，地道顶板大跨跨中变形最大，各部位变形均小于l0/300，其中l0为结构中心线跨度。综上所述，该工程净跨18m的单箱双舱地道箱涵，覆土厚度不大于1m时，设计采用普通钢筋混凝土结构，其受力和变形能够满足要求。

4 下穿地道施工

建华路地道基坑开挖深度1.8～12.9m，开挖宽度22.3～31.7m，涉及的开挖土层主要为①杂填土、②细砂和③细砂。建华路为现状道路，道路沿线有住宅、医院、派出所、火车站房等多层建筑物，均为浅基础建筑物。道路下埋设有电力、热力、给水、雨污水等多种市政公用管线，部分与基坑重叠的管线需搬迁至施工范围以外，其余距离基坑边线小于3倍基坑开挖深度的管线均予以保护。建华路为站前唯一道路，施工期间需维持部分交通，以保证火车站进出站的正常使用。此外，建华路地道基坑南北两侧均需设置10m宽的施工临时便道。综合考虑地道基坑的地质条件和周边环境，地道采用明挖顺筑，围护结构选用排桩+内支撑结构，根据计算，基坑方案如下：

图8 有加减速车道地道结构的内力包络图

图9 有加减速车道地道结构的变形包络图（荷载组合 1～6，单位：mm）

表3 地道结构配筋计算表

（1）开挖深度1.8～2.5 m的敞开段基坑：悬臂式ø650S M W工法桩＋坑内搅拌桩裙边加固。

（2）开挖深度 2.5～5.0 m的敞开段基坑：ø650S M W工法桩+一道钢支撑。

（3）开挖深度 5.0～6.0 m的敞开段基坑：ø850S M W工法桩+一道支撑。

（4）开挖深度 6.0～8.0 m的敞开段基坑：ø850S M W工法桩+两道支撑。

（5）开挖深度 8.0～9.3 m的敞开段基坑：ø800钻孔灌注排桩+ø850三轴搅拌桩止水帷幕+两道支撑。

（6）开挖深度 8.8～9.8m的暗埋段基坑：ø800钻孔灌注排桩+ø850三轴搅拌桩止水帷幕+两道支撑。

（7）开挖深度12.8～12.9 m的泵房段：泵房与暗埋段合建，局部深坑处采用ø850三轴搅拌桩重力坝围护结构。

按照设计方案实施，整个地道施工过程确保了松原火车站的正常运行，同时也保证了周边建筑物、地下管线的变形在允许范围值内。

5 结 语

通过介绍松原火车站前建华路地道项目的设计，获得以下结论：

（1）在主线地道南侧设置辅道，合理将市政地下空间和铁路建筑地下空间连为一体，完成了市政交通和铁路交通的相互转换。

（2）净跨18 m的单箱双舱地道箱涵，覆土厚度不大于1m，设计采用壁厚1 300mm的普通钢筋混凝土结构，其受力和变形能够满足要求。

（3）砂土层地区地道基坑围护选用排桩+内支撑结构，保证地道施工、火车站正常运行及周边环境的安全。