黃 延 周青松

（1.杭州市城鄉(xiāng)建設設計院股份有限公司；2.上海市建筑科學研究院有限公司）

杭州市規(guī)劃杭鋼單元（GS13）位于主城拱墅區(qū)北部，半山西麓，范圍南北跨越繞城高速公路，西北、北側和余杭區(qū)接壤，規(guī)劃用地面積為5.66 km2，其核心位置距離延安路及濱湖地區(qū)直線距離約為11 km，距錢江新城直線距離約為13 km，正好處在整合運河與半山景觀資源的重要節(jié)點上。

康園路為杭鋼單元空間結構“一軸一環(huán)”中的城市發(fā)展軸，其作為城市主干路串聯(lián)起了杭鋼單元與杭鋼新城的其他功能區(qū)，是一條重要的交通要道；作為杭鋼休閑文化中心的南北向中心主軸，具有未來成為景觀大道、文化大道的潛力。

1 總體概況

康園路（康橋路—金昌路）規(guī)劃為城市主干路，標準段雙向六車道布置，建設范圍南起金昌路，北至康橋路，全長約為1 162 m。由南向北分別與金昌路、煉鐵路、平安橋路、平煉路和焦北路、獨城路和康橋路相交，全線共涉及2座跨河橋梁和1座下穿隧道。其中，隧道設置在金昌路—獨城路段，隧道暗埋段長為234 m，敞開段長為240 m，雙向4車道布置。隧道分別下穿煉鐵路、平安橋路、平煉路及焦北路，并在地面設置輔道與煉鐵路、平安橋路、平煉路及焦北路平交。地鐵四號線二期區(qū)間段與康園路線位立體交叉，位于康園路與平煉路交叉口下方，交叉口涉地鐵四號線二期區(qū)間段隧道暗埋段箱涵主體（約為54 m）已先期實施完成，本次工程與其順接（圖1）。表1為隧道分段情況。

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2 隧道主要技術標準

（1）設計車速為50 km/h。

（2）車道寬度為3.50+3.50 m；行車凈高為4.5 m。

（3）路面設計荷載為城-A級。

（4）混凝土耐久性設計環(huán)境類別為“二b”類，主體結構設計使用年限為100 a。

（5）結構安全等級為一級；結構重要性系數(shù)γ0=1.1。

（6）隧道防水等級為二級。

（7）結構混凝土強度等級為C40，抗?jié)B等為級P8。

（8）參考地勘資料，抗浮水位按設計地面下0.5m。

（9）本工程地震基本烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.1g?？拐鹪O防分類為丙類，抗震等級取為四級。

3 建筑限界

本工程暗埋段位于地鐵四號線，盾構正上方特別保護區(qū)范圍內的54 m暗埋段箱涵已采用明挖法先期實施，實施段隧道結構凈空高度為5.65 m，凈寬度（單孔）為9.30 m，斷面形式為雙孔一隔墻。新建段根據(jù)該尺寸及相關規(guī)劃要求與之統(tǒng)一。

（1）結構凈高。隧道結構凈空為5.65 m（機動車道凈高限界為4.5 m，設備及指示標志凈高限界為0.50 m，鋪裝層為0.65 m）。

（2）結構凈寬。車行隧道標準結構凈寬度（單孔）為9.30 m，包括0.25 m裝飾寬度+0.85 m內側檢修通道寬度（含側向余寬）+0.50 m路緣帶+3.50 m車道寬+3.50 m車道寬+0.25 m路緣帶+0.25 m側向余寬+0.20 m裝飾寬度（圖2）。

4 工法選擇

文獻［1］對城市隧道施工工法進行了詳細分析介紹。根據(jù)道路等級及交通功能的要求，隧道常用的施工方法可分為明挖法及頂推法、礦山法、盾構法等非開挖法。

頂推法適用于道路等級較高、無法斷交或翻交的道路，其施工難度大、施工技術要求高、隧道線形限制多且造價很高，不適用于本工程。

礦山法一般用于巖層中，因為本工程位于軟土層中，考慮地質、埋深、造價、施工風險等原因，礦山法不適用于本工程。

軟土地區(qū)長距離隧道施工技術上可采用盾構法，盾構法是一種采用盾構機挖掘并使用預制管片拼裝施工的先進隧道施工工法。盾構施工相對較慢、造價較高，但對周邊環(huán)境及交通影響較小。本工程為路口下穿，埋深淺，且位于地鐵四號線盾構正上方的54 m暗埋段已采用明挖法先期實施。所以盾構法不適用于本工程。

明挖法（圖3）適用于道路等級一般、可臨時進行斷交或翻交的道路，施工質量易保證，安全性高，施工速度快，造價較為經(jīng)濟。

本工程周邊環(huán)境大多較為空曠，施工條件好。暗埋段隧道長度僅為234 m，且其中位于地鐵四號線盾構正上方的54 m暗埋段已采用明挖法先期實施，采用明挖法可便于與其對接，故本工程采用明挖法施工。

5 主體結構設計

5.1 結構成型工藝選擇

現(xiàn)澆施工法為最常用的施工方法。采用這種施工方法可以大面積作業(yè)，將整個工程分割為多個施工標段，以便于加快施工進度。

現(xiàn)澆施工法優(yōu)點：經(jīng)濟性好，施工技術要求低，施工質量能夠得以保證。

本工程隧道敞開段及暗埋段結構尺寸隨埋深不同而相應變化，預制拼裝標準化施工較為困難。同時考慮到經(jīng)濟性及隧道施工場地空曠，本隧道推薦采用現(xiàn)澆施工法。

5.2 暗埋段結構設計

參考國內的既有工程實例，明挖法常用的隧道斷面布置有“雙孔一隔墻”兩艙斷面與“雙孔一管廊”三艙斷面2種形式。由于本工程先期預埋段已按雙孔一隔墻實施，本次設計采用“雙孔一隔墻”形式。

考慮明挖暗埋段結構埋深及U型槽不同的入土深度，同時考慮基坑圍護形式和變形縫設置的需要，按明挖結構厚度不同分成若干段，各段尺寸見表2。

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5.3 敞開段結構設計

敞開段均采用U形槽結構（結構尺寸見表3），部分設置抗浮樁。

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5.4 隧道結構計算

5.4.1主體結構計算模型

隧道結構計算分施工階段及使用階段。施工階段考慮由臨時支護結構承擔水土壓力及施工期間荷載。使用階段不考慮臨時支護結構作用，由隧道主體結構承擔水土壓力及地面荷載等。

5.4.2荷載計算

5.4.2.1永久荷載

（1）結構自重應力。鋼筋混凝土容重γ=25kN/m3。

（2）覆土重應力。覆土容重取γ=19 kN/m3。

（3）側向水土壓力。施工階段作用在支護結構的土壓力采用朗金主動土壓力，黏性土層采用水土合算，其他土層采用水土分算。

（4）靜水壓力和浮力。水容重為10 kN/m3，計算時按最不利水位考慮，最不利水位按設計地面以下0.5 m計。

（5）混凝土收縮的影響。假定混凝土降低溫度10℃。

（6）側向土體抗力。以土彈簧模擬。

5.4.2.2可變荷載

（1）地面超載。施工階段及使用階段均取20 kPa。

（2）施工活載。考慮施工時可能情況的組合。

（3）溫度變化影響。地下結構溫度變化影響使用階段按15～46℃考慮。施工期間按混凝土內部峰值溫度75℃考慮。

（4）地震作用。地震基本烈度為7度。

（5）荷載組合。①恒載+活載；②恒載+部分活載+地震荷載。

（6）本工程地下結構重要性系數(shù)取1.1，結構設計時按結構整體或單個構件可能出現(xiàn)的最不利組合，依據(jù)相關規(guī)范進行計算，并考慮施工過程中荷載變化情況分階段計算。

5.4.3結構計算示例

以標準暗埋段內部結構為計算模型（圖4），計算結果見圖5～圖7。

5.5 隧道抗浮設計

隧道結構的抗浮是隧道設計的關鍵［2］，常規(guī)成熟可行的隧道抗浮方法有增加結構自重應力、結構底板外挑、采用抗拔樁以及倒濾層等4種，現(xiàn)對此隧道抗浮方法進行分析比較（表4）。

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擬建隧道部分埋深較深的敞開段抗浮不滿足要求，根據(jù)各抗浮措施優(yōu)缺點的比較及當?shù)仡愃扑淼拦こ痰慕?jīng)驗，采用鉆孔灌注樁作為隧道的抗浮措施。

5.6 地基處理

根據(jù)地質報告，本工程范圍內地質情況良好，暗埋段及U3～U6基底位于5-1，5-2，5-3粉質黏土層，不需進行特別地基處理。U1、U2基底位于雜填土層采用級配碎石換填。U7、U8基底位于2-3黏質粉土層，承載能力較弱，采用水泥攪拌樁加固土體。

5.7 回填

隧道頂部道路范圍內采用級配碎石回填，道路范圍外采用原土回填。放坡開挖基坑底部三角區(qū)密實困難處采用素混凝土回填，其余部分采用級配碎石回填至現(xiàn)狀地面。

變形縫兩側1 m范圍內采用1 m厚黏性土回填。

5.8 結構變形縫設計

隧道結構縱向變形的處理：在隧道節(jié)段間設置變形縫，以減小混凝土因溫差、干縮和不均勻沉降引起的橫向裂縫，將裂縫寬度控制在設計允許限度內，且變形縫應具有一定的剛度，以適應適量的不均勻沉降。結合本工程隧道暗埋段以及兩側敞開段的長度，沿縱向每隔30 m在結構、地基、基礎和荷載發(fā)生變化的部位設置變形縫，變形縫處隧道底板設置榫槽，側墻設置剪力銷以保證隧道結構的連續(xù)性，調整兩者間的不均勻沉降。

5.9 主體結構主要材料

本工程隧道受力結構一般采用鋼筋混凝土?；炷恋脑牧虾团浔?、最低強度等級、最大水灰比、每立方米混凝土的水泥用量、外加劑的性能及摻加量等應符合耐久性要求。同時要滿足抗裂和抗侵蝕的需要。本工程地下結構混凝土強度見表5。鋼筋采用HPB300或HRB400級鋼筋。焊條采用E43XX型和E55XX型。

5.10 隧道基坑設計

5.10.1基坑支護方案設計

本工程暗埋段與地鐵4號線區(qū)間近乎垂直相交，暗埋段的基坑圍護設計（圖8）分為以下3個部分。

（1）與暗埋段已完工部分的接口。已完工部分已先于4號線下穿前完工、覆蓋了地鐵特別保護區(qū)兩側約為15 m范圍。圍護工法采用的是放坡，內部結構留有封堵墻并預留了接口。

（2）已完工部分至地鐵控制保護區(qū)范圍內。因位于地鐵50 m保護區(qū)范圍內，需嚴控暗埋段基坑開挖、降水對地鐵區(qū)間造成的影響。

（3）地鐵控制保護區(qū)外。該部分基坑按照基坑安全等級二級進行設計。

綜上所述，結合地質、場地周邊情況，基坑圍護方案如下。

（1）與已完工結構位置的接口處理（K0+464.8，K0+516.3）。該2處基坑深度約為9 m，與四號線二期地鐵隧道水平距離約為15 m，基坑開挖對區(qū)間有一定影響，是工程基坑設計的難點。基坑東西兩側采用鉆孔樁+攪拌樁止水帷幕作為圍護結構，與已完工結構搭接，搭接范圍內采用旋噴樁填充土體空隙，端頭處采用MJS樁進行封堵；基坑與既有結構南北兩端自坑底至中風化層采用鉆孔樁+MJS樁進行橫向封堵。采取以上措施后，可保證新建基坑與既有結構在接口位置的嚴密封堵，將基坑開挖對區(qū)間的影響減到最小。

（2）已完工部分至地鐵控制保護區(qū)范圍內。該范圍內基坑深度約為9 m，采用直徑1 m鉆孔樁+攪拌樁止水帷幕作為主要圍護結構，支護方案采用1道混凝土撐+1道鋼支撐，基坑開挖后變形可滿足安全等級為一級的要求。

（3）地鐵保護區(qū)域范圍以外。該范圍內基坑埋深為2～9 m，場地周邊較空曠，基坑安全等級為二級、三級?；又ёo體系分為2個方案：①基坑埋深＞4 m的，采用“SMW工法樁+支撐”方案，支撐方案為混凝土撐+局部鋼支撐；②基坑埋深≤4 m的，采用放坡開挖的圍護方案?；咏邓捎每油饪刂菩越邓?坑內降水相結合的方案。

5.10.2基坑支護計算

以基坑開挖深度約為9.2 m的節(jié)段為例，基坑支護采用直徑1 m鉆孔樁+攪拌樁止水帷幕方案。文獻［3］詳細介紹了此類支護結構的設計與施工方法。整體穩(wěn)定與墻底抗隆起計算如圖9所示。

6 基坑施工監(jiān)測建議及結果

6.1 基坑施工監(jiān)測建議

基坑工程施工過程中會導致周邊建（構）筑物發(fā)生位移、沉降或傾斜，甚至會影響周邊建（構）筑物正常使用［4］。因此，基坑開挖施工期間需對基坑、支護結構、周邊建筑物變形進行監(jiān)測?；颖O(jiān)測測點布置如圖10所示。同時緊鄰地鐵隧道的基坑工程，施工過程中要對地鐵隧道進行實時自動化監(jiān)測，并預測該基坑工程施工是否會造成緊鄰隧道的破壞，判斷對隧道的影響程度，從而可以采取有效的措施，以便最大程度降低基坑開挖對緊鄰隧道帶來的影響［5］。對地鐵隧道自動化監(jiān)測測點布置如圖11所示。

6.2 監(jiān)測結果

開挖完成后，圍護樁體最大水平位移監(jiān)測值為16.3 mm，滿足規(guī)范要求。地鐵隧道因基坑施工引起的位移監(jiān)測值約為2.7 mm，滿足杭州地鐵保護要求。

7 結語

受拆遷和用地等一系列因素的影響，城市未來利用城市隧道緩解城市交通問題成為趨勢和必然選擇。不同于公路隧道，城市隧道一般位于地表以下，會受到地鐵、地下管線、地上構筑物等限制，本項目的成功實施為同類條件的隧道設計提供參考。