夏霄，甘鵬路,2

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江省智慧軌道交通工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311225)

1 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程與城市用地緊缺、城市環(huán)境污染的矛盾日益突出，地下空間開發(fā)利用已成為解決未來城市可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。目前，國內(nèi)一二線城市正在大規(guī)模開展市政隧道、軌道交通等地下交通工程建設(shè)。隨著地下空間開發(fā)利用的不斷深化，單一的隧道建設(shè)模式受限于周邊用地邊界，攤大餅式發(fā)展模式受到遏制，無法滿足于規(guī)劃用地有序開發(fā)的需要。結(jié)合隧道建設(shè)進(jìn)行綜合地下空間開發(fā)逐漸成為大城市的主流[1]。2019年9月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，明確指出加強(qiáng)地下空間資源節(jié)約集約利用。

然而，城市隧道與地下停車庫結(jié)合建設(shè)的工程案例罕有報道，本文以平湖市建國南路隧道工程為背景，探究合理可行的軟土地區(qū)隧道與地下停車庫合建方案，以降低明挖基坑施工風(fēng)險，提高歷史街區(qū)范圍內(nèi)老建筑物安全，同時在保證功能的前提下節(jié)約工程建設(shè)總投資。本文介紹的合建設(shè)計方案可為類似的隧道穿越建筑密集區(qū)、統(tǒng)籌開發(fā)地下停車庫的工程提供參考。

2 工程概況

建國南路隧道工程位于平湖市老城區(qū)，是嘉興地區(qū)第一個開工建設(shè)的隧道項目。隧道北起縣后底，南至建國南路新橋港橋，途徑平湖南河頭歷史文化街區(qū)，全長為1010m，其中北敞開段長140m，南敞開段160m，暗埋段710m，全部采用明挖法施工。隧道設(shè)計為城市次干路，設(shè)計車速40km/h。隧道平面布置圖如圖1所示。隧道的平面線位由5段圓曲線和2段直線構(gòu)成，曲線半徑由北向南依次為300m，500m，1500m，2000m和300m。

圖1 隧道平面示意圖

因隧道工程范圍內(nèi)下穿嘉興塘河、南河頭以及南城河三處河道，由于河道底標(biāo)高限制了隧道埋深，為充分利用隧道上方空間，以河為界設(shè)計了三個單層地下非機(jī)械小型車輛停車庫，且與周邊歷史街區(qū)地下停車庫聯(lián)通，解決主城區(qū)停車難的社會問題。從而形成了地下一層為地下停車庫，地下二層為城市隧道的合建結(jié)構(gòu)體系。

擬建場地廣泛分布厚層狀軟土，隧道自上而下經(jīng)過填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土層和砂土層?；娱_挖深度范圍主要處于淤泥質(zhì)土層中，且坑底普遍存在8～10m厚的淤泥質(zhì)土層。淤泥質(zhì)土層處于流塑狀態(tài)，壓縮性高，承載力特征值僅有65kPa左右。隧道兩側(cè)均為歷史街區(qū)保留的老建筑物，抗變形能力較差，故本工程選用800mm厚地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計為疊合墻形式。

3 隧道與車庫合建方案

根據(jù)隧道與地下停車庫的建筑布置形式，兩者的合建方案分為雙立柱合建方案和單立柱合建方案。

3.1 雙立柱合建方案

雙立柱合建方案標(biāo)準(zhǔn)建筑橫斷面如圖2所示。地下停車庫采用雙立柱方案，車位垂直布置在車庫的兩側(cè)，車位尺寸為6.0m×2.4m，中間預(yù)留7.1m寬雙向車型通道，如圖3所示。由于雙排立柱與負(fù)二層隧道的中隔墻無法對齊，為實(shí)現(xiàn)豎向力的轉(zhuǎn)化，在中板處設(shè)置轉(zhuǎn)換橫梁，并在橫梁兩端設(shè)置邊柱。

圖2 雙立柱合建模式橫斷面圖

圖3 單立柱合建模式橫斷面圖

由于隧道與地下停車庫合建段采用疊合墻的設(shè)計形式，地下連續(xù)墻厚800mm，隧道層內(nèi)襯墻厚600mm，中隔墻厚600mm，車道孔內(nèi)凈寬9.05m。地下車庫位于隧道正上方，圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向?qū)R，為盡量加大車庫橫向?qū)挾葌?cè)墻相比地下隧道減少200mm厚度，內(nèi)襯墻寬度為400mm，車庫凈寬為19.1m。

3.2 單立柱合建方案

單立柱合建方案標(biāo)準(zhǔn)建筑橫斷面如圖3所示。地庫采用單立柱方案，地庫凈寬不變，中間以柱子為中心兩側(cè)各預(yù)留3.8m寬的車行通道。車位布置于車庫中間，交叉斜向45°排列，中間車位尺寸同樣為6.0m×2.4m。立柱下方設(shè)置同等尺寸的暗柱。

2005年，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于2005年深化經(jīng)濟(jì)體制改革的意見》提到“農(nóng)村金融體制組織應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖匾陌l(fā)展和探索”。2006年“中央一號文件”要求“引導(dǎo)農(nóng)戶發(fā)展資金互助組織”。結(jié)合我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，發(fā)展農(nóng)村合作金融是解決資金供給不足的有效途徑。農(nóng)村資金互助社是一種全新的金融模式，由銀行業(yè)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，主要由鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、農(nóng)村小企業(yè)自愿入股組成的社區(qū)互助性銀行業(yè)金融機(jī)構(gòu)，可為社員提供存款、貸款等業(yè)務(wù)，是緩解社員資金困難情況的一種組織［1］。發(fā)展過程中，資金互助社能夠有效解決農(nóng)村資金供給不足問題，完善農(nóng)村金融體制，但在組織形式、監(jiān)管方式等方面還存在不足。

4 合建方案比選及優(yōu)化

作為嘉興地區(qū)第一個嚴(yán)格意義上的隧道工程，在綜合考慮結(jié)構(gòu)安全、使用功能、施工風(fēng)險以及工程投資等多方面因素的基礎(chǔ)上，對兩種合建方案進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析及優(yōu)化。

4.1 合建結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)平湖市南河頭歷史文化街區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃，待隧道建成后將在其正上方進(jìn)行一定規(guī)模的商業(yè)開發(fā)，建造2～3層的臨街建筑。地面建筑與隧道脫離，采用筏板基礎(chǔ)置于隧道之上。

在充分考慮遠(yuǎn)期建筑荷載的基礎(chǔ)上，通過SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件對兩類合建結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，三維結(jié)構(gòu)模型及彎矩計算結(jié)果分別如圖4和圖5所示。

圖4 三維結(jié)構(gòu)計算模型

圖5 合建結(jié)構(gòu)彎矩計算結(jié)果

當(dāng)采用雙立柱合建結(jié)構(gòu)時，地下一層車庫選用雙排600×800的鋼筋混凝土立柱，立柱頂部設(shè)置兩道900×1400上翻縱梁。由于立柱無法與負(fù)二層隧道的中隔墻對齊，需在立柱下方設(shè)置1000×1400的大橫梁實(shí)現(xiàn)豎向力轉(zhuǎn)換，并在橫梁端部的下方設(shè)置900×900邊柱，詳見圖4（a）。因結(jié)構(gòu)中板處的橫梁高達(dá)1.4m，如若采用下翻設(shè)計易在隧道層內(nèi)形成儲煙空腔，無法滿足隧道防排煙的要求，遺留了防災(zāi)救援的隱患。故橫梁必須設(shè)計為上翻形式，為滿足車庫正常行駛功能，需要利用磚砌或者泡沫混凝土填充橫梁之間的空腔。

相比之下，單立柱合建結(jié)構(gòu)的立柱與隧道中隔墻對齊，可以取消1000×1400的大橫梁。車庫層結(jié)構(gòu)調(diào)整為中央設(shè)置單排600×1200立柱，頂部設(shè)置1000×1700上翻縱梁，并在中隔墻內(nèi)設(shè)置與立柱同等尺寸的暗柱，詳見圖4（b）。經(jīng)過有限元計算，在考慮土層荷載以及上覆3層商業(yè)建筑物荷載的情況下，雖然兩種結(jié)構(gòu)形式均可滿足結(jié)構(gòu)承載能力及使用狀態(tài)要求，但結(jié)構(gòu)工程量有較大區(qū)別。通過兩種結(jié)構(gòu)形式對比，可以發(fā)現(xiàn)雖然單立柱合建結(jié)構(gòu)的頂板跨度較大，頂板厚度和梁柱體系的結(jié)構(gòu)尺寸均有一定程度的增加，但能夠減少一排立柱以及一道頂板上翻縱梁。更為重要的是，單立柱合建結(jié)構(gòu)取消了轉(zhuǎn)換橫梁（間距8.4m）及梁端邊柱。取消轉(zhuǎn)換橫梁不但可以避免大體量的磚砌或泡沫混凝土填筑，而且有利于降低整個合建結(jié)構(gòu)的豎向高度，間接減小了基坑的開挖深度。

總體而言，單立柱合建結(jié)構(gòu)體系傳力形式更為合理，降低施工風(fēng)險和工程投資的同時，也為遠(yuǎn)期南河頭歷史街區(qū)上蓋建筑方案設(shè)計創(chuàng)造了更高的自由度。

4.2 地下停車庫建筑布局

雙立柱和單立柱合建方案下的地下停車庫車位建筑布局如圖6所示。地庫采用雙柱方案時，中間預(yù)留一條雙向車道，車位雙排垂直布置，兩側(cè)車位尺寸6.0m×2.4m。所有車輛通過中間7.1m寬雙向車道進(jìn)出。三個地庫總停車數(shù)設(shè)計為241輛，其中1號地庫96輛，2號地庫104輛，3號地庫41輛。

圖6 地下停車庫車位布置方案

地庫采用單柱方案時，地庫中間以柱子為中心兩側(cè)各預(yù)留3.8m寬的車行通道，車位布置于車庫兩側(cè)，交叉斜向45°排列，中間車位尺寸同樣為6.0m×2.4m。所有車輛均采用倒車入庫方式停放。三個地庫總停車數(shù)設(shè)計為217輛，其中1號地庫84輛，2號地庫97輛，3號地庫36輛。

由于車位布置方式調(diào)整，單立柱合建方案的車位數(shù)量相比于雙立柱方案減少了10%左右，且斜側(cè)向停車在使用舒適性和車行流線舒暢性上不如垂直停車。但由于單立柱合建方案沒有橫梁占用豎向空間，負(fù)一層地下停車庫的有效凈高可以從2.9m增大至3.2m，創(chuàng)造更為開敞的使用空間。

4.3 隧道風(fēng)機(jī)布置

本工程隧道采用全射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)/排煙方案。一般而言，隧道射流風(fēng)機(jī)懸掛于頂板下方，為保證射流風(fēng)機(jī)不侵入隧道行車限界，需要通過在30m長風(fēng)機(jī)段內(nèi)抬高隧道頂板來增加豎向凈空。然而，由于本工程隧道上方存在地下停車庫的限制，無法局部抬升隧道頂板，必須在合建區(qū)段內(nèi)全線加大隧道豎向凈空，創(chuàng)造射流風(fēng)機(jī)懸掛的空間，如圖7（a）所示。隧道最小豎向凈空從5.7m增大至6.6m，這無疑增加了整體基坑的埋深。

圖7 風(fēng)機(jī)段隧道與車庫合建斷面

結(jié)合浙江、上海地區(qū)已有工程經(jīng)驗，側(cè)壁龕技術(shù)能夠很好地契合本工程合建結(jié)構(gòu)通風(fēng)的需要。通過在布置風(fēng)機(jī)的局部區(qū)段將隧道側(cè)墻結(jié)構(gòu)外擴(kuò)，并將射流風(fēng)機(jī)固定在側(cè)墻偏上位置，可以在基本不增大隧道最小豎向凈空的前提下，滿足通風(fēng)功能，如圖7（b）所示。風(fēng)機(jī)外擴(kuò)段長30m，外擴(kuò)寬度1.8m。雙立柱和單立柱合建方案均可采用側(cè)壁龕技術(shù)，該項優(yōu)化不僅規(guī)避了不必要的主體結(jié)構(gòu)工程量，同時也有利于控制基坑開挖深度，更有利于保護(hù)周邊建筑物。

4.4 合建方案縱斷面設(shè)計

隧道縱斷面設(shè)計需要避讓沿線的三處河流，主要控制點(diǎn)包括嘉興塘河底控制標(biāo)高-1.44m，南河頭河底控制標(biāo)高-1.55m，南城河河底控制標(biāo)高-2.0m（圖1）。同時保證地下停車庫上方覆土能夠滿足管線埋設(shè)和地面道路施工的要求。當(dāng)采用雙立柱合建方案且風(fēng)機(jī)懸掛設(shè)計時，縱斷面設(shè)計成果如圖8（a）所示。隧道的最大縱坡5.5%，位于敞開段范圍，最小縱坡0.3%，位于暗埋段范圍。暗埋段呈現(xiàn)“V”形坡，對應(yīng)的最大基坑深度為15.5m。

圖8 隧道縱斷面示意圖

在不改變工程建設(shè)內(nèi)容，不降低工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，改為采用單立柱合建方案且風(fēng)機(jī)側(cè)掛設(shè)計時，縱斷面設(shè)計成果如圖8（b）所示。隧道縱斷面設(shè)計由“V字”坡調(diào)整為“W字”坡形式，最大縱坡為5.5%，最小縱坡為0.3%，基坑最大深度為13.2m。由此可知，合建結(jié)構(gòu)形式以及風(fēng)機(jī)掛設(shè)方式對隧道縱斷面總體設(shè)計存在顯著的影響，合理的設(shè)計方式能夠減少2.3m的最大基坑挖深，降低軟土地區(qū)施工風(fēng)險，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4.5 對鄰近既有老建構(gòu)筑物影響

本工程明挖基坑下穿南河頭歷史文化街區(qū)，兩側(cè)為70～80年代現(xiàn)狀保留的老建筑，基本為2～5層磚混結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)建筑，解放路～勤儉路段離隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離在4.9～11.7m（圖1）。在隧道與車庫合建結(jié)構(gòu)形式的調(diào)整，風(fēng)機(jī)段布置形式的調(diào)整的基礎(chǔ)上，對隧道縱斷面線形的調(diào)整，最大基坑開挖深度由15.5m減少至13.2m，降低了基坑施工對鄰近老建筑物的影響。

采用Plaxis2D有限元軟件模擬深基坑開挖對周邊建筑的影響，建模示意圖如圖9所示。雙立柱合建方案下，基坑分層開挖深度依次為-4.0m，-8.0m，-12.0m和-15.5m（地表標(biāo)高0.0m），地連墻深35m。單立柱合建方案下，基坑分層開挖深度依次為-3.5m，-7.0m，-10.5m和-13.2m。均為地連墻結(jié)合一道混凝土支撐+三道鋼管支撐的支護(hù)體系，地連墻深32m。土體模型采用小應(yīng)變土體硬化HSS模型，建筑結(jié)構(gòu)及地連墻、支撐采用彈性模型，計算參數(shù)如表1、表2所示。

圖9 數(shù)值模擬示意圖

土體計算參數(shù)取值 表1

結(jié)構(gòu)單元計算參數(shù)取值 表2

雙立柱與單立柱方案比較 表3

15.5m和13.2m坑深下的數(shù)值計算結(jié)果分別如圖10和圖11所示。從圖中可以看出，15.5m坑深下，基坑開挖完成后，周邊建筑物的最大側(cè)向位移為17.11mm，最大豎向位移為14.44mm。當(dāng)基坑開挖深度減少至13.2m后，周邊建筑物的最大側(cè)向位移變?yōu)?3.94mm，最大豎向位移變?yōu)?0.36mm。通過設(shè)計優(yōu)化，基坑開挖引起建筑物側(cè)向位移減少了18%，豎向位移減少了28%。

圖10 基坑開挖深度15.5m下的變形云圖

圖11 基坑開挖深度13.2m下的變形云圖

4.5 工程建設(shè)投資

基于《浙江省市政工程預(yù)算定額》（2010版），分別對雙立柱方案和單立柱方案的投資情況進(jìn)行測算。雙立柱方案所需的土建工程費(fèi)用為34882.04萬元，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)為34.53萬元/雙延米，而單立柱方案的土建費(fèi)用僅需30458.68萬元，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)為30.16萬元/雙延米。可以發(fā)現(xiàn)，單立柱方案由于其基坑平均開挖深度降低，進(jìn)而減少了地下連續(xù)墻的圍護(hù)費(fèi)用、土方開挖費(fèi)用以及軟土地基弱加固費(fèi)用。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，取消了車庫層大面積的梁間泡沫混凝土回填，并減少了合建結(jié)構(gòu)體系的梁柱工程量。多方面綜合影響下，使得土建費(fèi)用減少了約14%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

經(jīng)綜合比較，推薦采用更經(jīng)濟(jì)、更具有可實(shí)時性且更安全的單立柱方案。

5 結(jié)語

在歷史文化街范圍內(nèi)統(tǒng)籌建設(shè)地下車行隧道及停車庫需要考慮諸多方面的設(shè)計因素，本文針對兩者合建方案從多個方面進(jìn)行優(yōu)化，最終確定了最佳的合建方案，在與規(guī)劃協(xié)調(diào)統(tǒng)一的前提下，不但降低了工程實(shí)施風(fēng)險，提高了既有老建筑的安全度，更是縮減了工程投資，利于遠(yuǎn)期地塊開發(fā)。對繁華城區(qū)隧道與車庫綜合開發(fā)項目具有一定的參考意義。