邱金亮,方水平
(1.撫州贛東公路設(shè)計院,江西 撫州 344000;2.江西省交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,江西南昌330000)
為提高城市空間利用水平,滿足城市化發(fā)展過程中人們生活、交通的各種需求,地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計的項(xiàng)目不斷增加,并取得了良好的使用效果,對于促進(jìn)城市發(fā)展發(fā)揮了積極作用。為進(jìn)一步保障此類橋梁隧道設(shè)計的科學(xué)性、安全性以及實(shí)用性,應(yīng)加強(qiáng)對地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計的研究。
橋梁的主要功能是為車輛以及行人提供相應(yīng)交通服務(wù),滿足人們出行需求。隨著當(dāng)前社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步,人們的生活水平提高,機(jī)動車保有量不斷增加,交通壓力也不斷增大,同時,由于橋梁結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn),其對于車流量有一定限制,在通車高峰期,可能會存在安全隱患。為實(shí)現(xiàn)對人流量和車流量的分流,緩解橋梁運(yùn)輸壓力,保障人們出行安全,本文提出地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計的思路。
本文所討論的結(jié)合設(shè)計,主要包括橋梁結(jié)構(gòu)以及地下隧道兩個部分,地下隧道位于橋梁的正下方,能夠有效避免地下隧道繞開橋梁設(shè)計方案帶來的空間浪費(fèi),并保持隧道與橋梁通行方向相同,用于輔助橋梁分流人群和車輛,保障交通的通暢性以及安全性。其中橋梁部分包括橋跨、承臺、橋墩以及墩臺,地下隧道部分包括基樁。橫截面形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)[1]。該設(shè)計思路的縱斷面情況如圖1所示。
圖1 地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計縱斷面圖
該方案的設(shè)計思路其主要優(yōu)勢在于地下隧道處于橋梁正下方,有效避免了由于地下隧道繞行橋梁而占用的大量空間,極大地提升了空間利用效率,同時還縮小了實(shí)際施工過程中需要進(jìn)行圍護(hù)施工的范圍,進(jìn)一步減少了土方開挖工程量以及相應(yīng)成本,實(shí)現(xiàn)了對工程造價的有效控制。同時,通過地下隧道與橋梁的結(jié)合設(shè)計,還有效解決了交通運(yùn)輸擁堵的問題,能為人們提供更好的交通服務(wù),保障了運(yùn)輸安全。
本文以某城市下穿隧道與跨河橋梁設(shè)計項(xiàng)目為例展開研究和分析。該項(xiàng)目施工路段全長10 230m,路寬50~60m 之間,根據(jù)該城市規(guī)劃建設(shè)實(shí)際情況和要求,項(xiàng)目工程路段設(shè)計車輛行駛速度為60km/h,其下穿隧道路段長度為1 530m,高路段穿越的河道為復(fù)式斷面結(jié)構(gòu),寬40m,該河道水位正常的情況下,水深在1.5m 左右,其洪水位河深可達(dá)3m 左右。由于項(xiàng)目所在地的地理位置特殊,其地層主要為素填土、黏土等,其抗震設(shè)防烈度需達(dá)到8 度。在實(shí)際進(jìn)行橋梁和地下隧道設(shè)計的過程中,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,科學(xué)進(jìn)行設(shè)計,以保障橋梁隧道的使用安全[2]。
結(jié)合本項(xiàng)目工程實(shí)際情況,此施工路段地面以及地下部分的寬度都較大,因此在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計的過程中,不可避免地會出現(xiàn)橋梁基礎(chǔ)與地下隧道頂板之間相接觸的情況,為進(jìn)一步保障橋梁和隧道使用安全,應(yīng)在合理的范圍內(nèi),盡量縮短橋梁的跨度,以避免橋梁結(jié)構(gòu)對地下隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過多的荷載,影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。除要考慮橋梁和隧道的使用安全問題外,由于橋梁位于地面之上,在設(shè)計的過程中,還需要考慮橋梁美觀性方面的問題,保障河道景觀符合城市發(fā)展建設(shè)整體規(guī)劃要求,結(jié)合本工程項(xiàng)目實(shí)際情況以及城市建設(shè)特點(diǎn),選擇拱橋方案。
在進(jìn)行下部橋梁方案設(shè)計的過程中,由于本工程中地面道路寬度較大,因此,存在部分橋梁與地下隧道頂板相接,而另一部分橋梁位于地下隧道以外的情況。對此,在實(shí)際進(jìn)行橋梁設(shè)計的過程中,為保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提出以下兩種設(shè)計方案:①為在地下隧道頂板位置,設(shè)置耳朵懸挑梁;②在隧道兩側(cè)位置設(shè)置閉合框架,以增加橋梁的穩(wěn)定性。經(jīng)過相應(yīng)模擬分析之后,發(fā)現(xiàn)第一種處理方式與實(shí)際施工情況可能存在較大出入,且在地下隧道施工過程中,還會對周邊土層造成不良影響,此外,懸挑梁還可能由于框架結(jié)構(gòu)剛度影響而出現(xiàn)變形情況,影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,因此經(jīng)過科學(xué)分析后,選擇了第二種處理方案。
隧道的設(shè)計包括基樁部分、截面形狀以及截面結(jié)構(gòu)。本方案中,隧道與墩臺下方均需要設(shè)置基樁作為支撐體系,基于本工程項(xiàng)目實(shí)際情況,相較于橋梁而言,地下隧道的年限較短,且沉降情況也較嚴(yán)重,為保障后續(xù)施工環(huán)節(jié)的便利性,同時方便后期地下隧道的維護(hù)和維修,避免在隧道維護(hù)保養(yǎng)或更換施工的過程中對上部橋梁產(chǎn)生不良影響,在本項(xiàng)目當(dāng)中,并未將地下隧道與承臺進(jìn)行整體設(shè)計,而是在地下隧道底部進(jìn)行了樁基設(shè)計,以實(shí)現(xiàn)對地下隧道的支撐[3]。其橫截面示意圖如圖2所示。
圖2 地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計橫截面圖
在進(jìn)行地下隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,根據(jù)項(xiàng)目需求,設(shè)置管廊、人行道以及非機(jī)動車道等,以保障地下隧道功能的充分發(fā)揮,達(dá)到為地上橋梁交通分流的目的。除了圖2 中所設(shè)計的矩形外,其橫截面的形狀還可以根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)計為圓形或者橢圓形。案例工程當(dāng)中,其橫截面結(jié)構(gòu)設(shè)計為三孔,根據(jù)地下隧道的功能以及實(shí)際需求不同,還可將其設(shè)計為單孔、雙孔或其他多孔結(jié)構(gòu)。本案例工程中,將地下隧道設(shè)計為箱涵結(jié)構(gòu),主要包括頂板、側(cè)墻和中墻三個部分,并在相鄰?fù)ǖ乐g設(shè)置蓋梁等結(jié)構(gòu),以保障隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性。
結(jié)合案例工程實(shí)際情況,其上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土板拱,采用無鉸拱結(jié)構(gòu),設(shè)置拱軸中心半徑為12.8m,跨徑為20m,高度為5m。橋梁腹部拱圈為無鉸拱和三鉸拱兩種形式,拱軸中心半徑為1.95m,跨徑為2.6m,高度為0.5m。橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計主要針對框架下基礎(chǔ)形式,根據(jù)實(shí)際情況,將其設(shè)計為4 孔框架,兩側(cè)框架寬度差約為4m,其中右側(cè)相對較寬,地下隧道中間部分的寬度為28.5m,框內(nèi)凈高度為5m,并在地下隧道邊墻以及中墻位置下方設(shè)置1.5m基樁,基樁縱向間距為4.2m。
本工程下部結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜,為保障整個橋梁和地下隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性,需要對其受力情況進(jìn)行綜合分析,包括上部結(jié)構(gòu)影響、樁基影響以及下部框架情況等,并進(jìn)行邊界條件模擬[4]。結(jié)合我國相關(guān)路橋設(shè)計規(guī)范,對項(xiàng)目工程邊界條件進(jìn)行模擬分析,根據(jù)案例項(xiàng)目土質(zhì),分別對其黏土豎向基床系數(shù)為5 000、10 000 以及20 000kN/m3三種情況進(jìn)行分析,并分別按照這三個系數(shù),對地基土中樁以及邊莊的頂反力情況進(jìn)行模擬和計算,得到的平均值情況如表1所示。
表1 基樁頂反力情況
本文探討了地下隧道與跨河橋梁結(jié)合設(shè)計的思路,分析了該設(shè)計方案的主要優(yōu)勢,結(jié)合實(shí)際工程案例,根據(jù)該設(shè)計思路提出了地下隧道與跨河橋梁設(shè)計方案,介紹了橋梁以及隧道設(shè)計方案,明確了相應(yīng)設(shè)計參數(shù),并結(jié)合國家相關(guān)規(guī)范,對該設(shè)計方案進(jìn)行邊界條件模擬計算,結(jié)果表明,5 000kN/m3的地基系數(shù)適用于本工程。