俞明健 羅建暉 游克思　上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司

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中心城地下快速路設(shè)計的挑戰(zhàn)與創(chuàng)新
——以上海北橫通道為例

俞明健 羅建暉 游克思上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司

圖1　.北橫通道總體方案

概述

隨著城市化的發(fā)展，交通擁堵成為當今城市發(fā)展所面臨的普遍問題，構(gòu)建城市立體交通，倡導公共交通，對緩解交通擁堵、改善環(huán)境等具有重要作用。在交通建設(shè)方面除興建軌道交通外，各地也越來越重視城市地下道路的建設(shè)。

從英國早期穿越泰晤士運河的地下道路到當今體現(xiàn)城市地下交通最新技術(shù)發(fā)展水平的波士頓中央大道、法國A86以及東京中央環(huán)狀線以及澳大利亞地下快速路網(wǎng)等，城市地下道路建設(shè)已有百余年的建設(shè)發(fā)展歷程。相比國外，我國城市地下道路建設(shè)發(fā)展歷史較短。1970年上海市建了國內(nèi)第一條水底隧道——打浦路隧道，全長2 761m，連通黃浦江兩岸。近些年來隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，城市化和機動化水平突飛猛進，許多大城市私人小汽車爆發(fā)式的增長給城市交通帶來了更大挑戰(zhàn)。為改善城市交通、打破江河、山嶺等自然阻隔，拓展城市空間、帶動江河兩岸發(fā)展，我國上海、北京、廣州、深圳及南京等許多大城市開展了地下道路的規(guī)劃建設(shè)。

新世紀初，上海市外灘隧道、北京市中關(guān)村地下環(huán)路等一批新類型的系統(tǒng)性地下道路的建設(shè)運營。尤其是上海外灘隧道，在建設(shè)形式方面與以往地下道路存在顯著差異，創(chuàng)造了多個國內(nèi)首次。

正在建設(shè)中的上海北橫通道，穿越上海中心城區(qū)，全線19km，其中地下段約10.2km，建設(shè)規(guī)模大、技術(shù)難度極高。北橫通道工程的建設(shè)代表著我國城市地下道路建設(shè)的最高技術(shù)水準，正與國際化水準相接軌，引領(lǐng)我國城市地下道路建設(shè)向著系統(tǒng)性方向發(fā)展，也體現(xiàn)了我國城市地下道路的建設(shè)順應(yīng)了世界城市地下道路的發(fā)展潮流。

北橫通道建設(shè)背景與工程概況

近年來，上海市城市建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，城市總體空間布局由原來的“單中心”向“多心、多核、一軸兩鏈”轉(zhuǎn)變，隨著城市空間布局的調(diào)整，交通需求結(jié)構(gòu)也將產(chǎn)生新的變化。根據(jù)最新規(guī)劃，未來北橫通道沿線地區(qū)將有較大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，開發(fā)建筑總量將達到1.7億平方米，增幅達40%。然而目前北岸地區(qū)的地面道路系統(tǒng)擴容潛力有限。因此，需要通過立體化改造措施，提升北橫通道容量，以適應(yīng)北部地區(qū)的發(fā)展。在這種背景下，上海提出了建設(shè)北橫通道。

圖2　.橫斷面布置

北橫通道位于上海中心城北部區(qū)域，貫穿中心城北部六區(qū)。北橫通道建設(shè)目標是：適應(yīng)城市功能結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強東西向發(fā)展軸的交通聯(lián)系，緩解延安路高架和內(nèi)環(huán)北段的交通壓力，進一步推動沿線重點地區(qū)發(fā)展；同時每天將8-10萬車次車輛轉(zhuǎn)移至地下，釋放大量地面道路空間資源。

北橫通道全長約19.1km，其中隧道長度約10.2公里，包括7.75km盾構(gòu)段（雙層式雙向6車道），2.45km明挖段以及四座下立交，總體方案如圖1所示。

全線遵循服務(wù)重點區(qū)域，銜接骨干路網(wǎng)的原則，立體擴容段共布置北虹路、瀘定路、江蘇路、恒豐路、河南路5對出入口匝道，匝道平均間距2.6km，并與中環(huán)北虹路、南北高架形成兩處全互通立交。

在設(shè)計標準上，地下道路段設(shè)計速度60km/h，為小客車專用快速路，凈空高度 3.2m（限高3.0m）；車道寬度為3.0m/車道。在橫斷面布置時，盾構(gòu)段采用單管雙層形式，雙向6車道（圖2）。

應(yīng)對工程設(shè)計挑戰(zhàn)的若干技術(shù)創(chuàng)新

由于位于高密度開發(fā)的中心城區(qū)，建設(shè)條件極其復雜，給工程設(shè)計帶來了極大挑戰(zhàn)：交通組織復雜，多點進出超長地下道路；安全保障難度高、通風排煙及安全疏散救援方式全新挑戰(zhàn)；線位多次穿越蘇州河防汛墻，建筑物樁基及軌道交通等；大斷面、小半徑盾構(gòu)施工難度大。

針對工程規(guī)劃設(shè)計中面臨的挑戰(zhàn)，開展了一系列新技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)與應(yīng)用。

創(chuàng)新的選線設(shè)計理念由于原道路規(guī)劃線位局部路段上已建和在建4座地鐵車站，若仍按原線位將導致工程無法實施。因此設(shè)計采用盾構(gòu)形式，利用深層地下空間改線蘇州河和中山公園予以避讓，平均深度40m以下，打破了上海地下空間建設(shè)的深度記錄。同時通過工作井設(shè)置道路出入口，與周邊地面道路進行銜接。

小客車專用地下道路線形技術(shù)標準研究與應(yīng)用 城市地下道路建設(shè)條件復雜、經(jīng)濟成本高、橫斷面尺寸上任何微小的增加都會引起額外巨額的工程造價和施工風險等。北橫通道主要服務(wù)中長距離到發(fā)交通，服務(wù)對象以小型車為主，因此對橫斷面布置進行綜合比選（圖3），研究小客車專用地下道路的標準。

圖3　.橫斷面方案比選

通過理論計算、實測、駕駛仿真模擬等多種措施，對新建路隧道、人民路隧道進行實車自然駕駛試驗，通過激光測距儀、視頻數(shù)據(jù)分析采集側(cè)向間距數(shù)據(jù)，最終論證，實際觀測證實行駛車速為60km/h時，觀測車道寬度小于3.0m，即3.0m能夠保證行車安全。在工程中，對兩種橫斷面方案進行了綜合比選，采用方案一形式。因此，在原有地面道路標準上實現(xiàn)了突破，采用了車道寬度最小3.0m，通行凈空3.2m的設(shè)計標準。針對車道標準的研究也為中國首部針對地下道路領(lǐng)域的規(guī)范《城市地下道路工程設(shè)計規(guī)范》的編制提供了支撐，成果納入最新規(guī)范的相關(guān)條文中。

圖4　.穿越軌道交通示意

超大直徑盾構(gòu)長距離穿越城市深層地下空間技術(shù)采用大直徑盾構(gòu)單管雙層布置，長距離從深層穿越飽和軟土地基的上海市中心城區(qū)，避讓已建建筑軌道交通車站和線路。連續(xù)穿越多幢已建構(gòu)筑物、多次下穿蘇州河防汛墻及大量市政管線。在盾構(gòu)襯砌、盾構(gòu)機選型，實施期間對周邊環(huán)境的影響和保護要求等，都是上海乃至全國在隧道設(shè)計、施工管理、應(yīng)急救援等方面的重大突破。在大直徑盾構(gòu)深層穿越、轉(zhuǎn)彎半徑、穿越軌道線路等方面均有創(chuàng)新和突破。

北橫通道在市中心建筑密集區(qū)穿越，沿線共穿越建筑90多處（140多幢），建筑類型包括多層、高層及地下室，穿越類型包括下穿和側(cè)穿，水平與建筑基礎(chǔ)最小距離為1m（圖4）。

北橫通道主線明挖段穿越蘇州河，主線結(jié)構(gòu)與規(guī)劃蘇州河底最小凈距為0.6m。北橫通道主線在天目路蘇州河東側(cè)明挖上跨已建軌道交通13號線盾構(gòu)區(qū)間，暗埋段基坑最大開挖深度12.77m，距離13號線隧道頂部6.122m，影響范圍165m左右。

在盾構(gòu)段小半徑轉(zhuǎn)彎路段，平面最小曲線半徑為500m，全線平面曲線半徑小于600m段占盾構(gòu)段總長52%。北橫通道盾構(gòu)直徑與平面曲線半徑比R/ D為目前已建大直徑隧道中最小，小半徑的轉(zhuǎn)彎盾構(gòu)實施使得主線盡可能減少了對周邊建筑的影響。

多點進出、超長地下道路安全保障與防災救援技術(shù)根據(jù)北橫通道地下道路設(shè)計資料構(gòu)建初始三維模型，在此基礎(chǔ)上，進行三維模型修飾，以建立較為逼真的模擬場景。設(shè)計相應(yīng)的試驗方案，通過仿真模擬，對設(shè)計成果實施評價，診斷潛在問題。模擬器采用同濟大學交通運輸學院的8自由度駕駛模擬器。通過定性和定量兩種分析方法進行評估。定性分析以駕駛?cè)酥庇^的行車感受評價為主。定量化分析是通過模擬器輸出的運動學指標或其他計算來直接或間接評價道路行車安全性。通過駕駛仿真模擬，對駕駛?cè)酥庇^行車感受進行了調(diào)研，結(jié)果表明主線總體線形指標較好，運行速度連續(xù)性較好，視線誘導連續(xù)，安全隱患不大。

作為國內(nèi)最長的盾構(gòu)法雙層隧道，多點進出的形式使之與傳統(tǒng)點到點隧道呈現(xiàn)出不同的形態(tài)特征，在通風排煙及安全疏散救援方式的全新挑戰(zhàn)。由于設(shè)置多對匝道，地下道路多點進出，節(jié)點多、分支多、氣流組織復雜，對地下道路通風環(huán)境影響較大，基于活塞效應(yīng)的縱向通風、非阻塞工況排煙系統(tǒng)是否仍然有效或受到了多大影響，特別是火災工況下，匝道口外部大氣環(huán)境是否會對煙氣組織產(chǎn)生不利影響。雙層隧道斷面空間極為有限，風道設(shè)置受到了制約，如何設(shè)置煙道，保證煙道排煙的效率，并保障在其環(huán)境控制下安全疏散，也是設(shè)計中面臨的挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新的提出了分段式防災技術(shù)總體構(gòu)思，將超長地下道路分為若干段，化整為零，降低超長隧道作為單個系統(tǒng)的安全風險，任何一段因火災、事故、維護檢修而需要關(guān)閉時，其他段仍可以正常運營?！胺侄巍笔枭⒕仍M織方式及設(shè)施布置。

研究其形態(tài)對通風排煙的影響，并首次提出復雜網(wǎng)絡(luò)通風計算、排煙控制方法；以模擬及實驗研究的方式，研究雙層隧道的上、下層煙道的特殊形式及其排煙效率，創(chuàng)新提出適合空間限制較大的橫斷面條件下排煙道布置及控制方式。

通過研究，支撐設(shè)計，使得地下道路能夠具備8MW火災條件下的排煙能力；安全疏散控制在15min內(nèi)。

我國城市地下道路建設(shè)越來越多，北橫通道作為中國規(guī)模最大、技術(shù)水平最高的城市地下道路，受建設(shè)條件制約，規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)面臨著巨大挑戰(zhàn)。本文重點簡要介紹了其中幾項創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，為未來類似地下道路建設(shè)提供參考。

［責任編輯：遙 醒］