地下隧道与跨河桥梁结合设计研究

2022-07-12邱金亮方水平

交通世界 2022年15期

邱金亮，方水平

（1.抚州赣东公路设计院，江西抚州 344000；2.江西省交通设计研究院有限责任公司，江西南昌330000）

0 引言

为提高城市空间利用水平，满足城市化发展过程中人们生活、交通的各种需求，地下隧道与跨河桥梁结合设计的项目不断增加，并取得了良好的使用效果，对于促进城市发展发挥了积极作用。为进一步保障此类桥梁隧道设计的科学性、安全性以及实用性，应加强对地下隧道与跨河桥梁结合设计的研究。

1 地下隧道与跨河桥梁结合设计思路

桥梁的主要功能是为车辆以及行人提供相应交通服务，满足人们出行需求。随着当前社会的不断发展和进步，人们的生活水平提高，机动车保有量不断增加，交通压力也不断增大，同时，由于桥梁结构本身的特点，其对于车流量有一定限制，在通车高峰期，可能会存在安全隐患。为实现对人流量和车流量的分流，缓解桥梁运输压力，保障人们出行安全，本文提出地下隧道与跨河桥梁结合设计的思路。

2.1 设计思路

本文所讨论的结合设计，主要包括桥梁结构以及地下隧道两个部分，地下隧道位于桥梁的正下方，能够有效避免地下隧道绕开桥梁设计方案带来的空间浪费，并保持隧道与桥梁通行方向相同，用于辅助桥梁分流人群和车辆，保障交通的通畅性以及安全性。其中桥梁部分包括桥跨、承台、桥墩以及墩台，地下隧道部分包括基桩。横截面形状和结构设计需要根据实际情况合理选择相应结构[1]。该设计思路的纵断面情况如图1所示。

图1 地下隧道与跨河桥梁结合设计纵断面图

2.2 方案优势

该方案的设计思路其主要优势在于地下隧道处于桥梁正下方，有效避免了由于地下隧道绕行桥梁而占用的大量空间，极大地提升了空间利用效率，同时还缩小了实际施工过程中需要进行围护施工的范围，进一步减少了土方开挖工程量以及相应成本，实现了对工程造价的有效控制。同时，通过地下隧道与桥梁的结合设计，还有效解决了交通运输拥堵的问题，能为人们提供更好的交通服务，保障了运输安全。

2 实例分析

2.1 工程概况

本文以某城市下穿隧道与跨河桥梁设计项目为例展开研究和分析。该项目施工路段全长10 230m，路宽50～60m 之间，根据该城市规划建设实际情况和要求，项目工程路段设计车辆行驶速度为60km/h，其下穿隧道路段长度为1 530m，高路段穿越的河道为复式断面结构，宽40m，该河道水位正常的情况下，水深在1.5m 左右，其洪水位河深可达3m 左右。由于项目所在地的地理位置特殊，其地层主要为素填土、黏土等，其抗震设防烈度需达到8 度。在实际进行桥梁和地下隧道设计的过程中，应结合实际情况，科学进行设计，以保障桥梁隧道的使用安全[2]。

2.2 桥梁方案

结合本项目工程实际情况，此施工路段地面以及地下部分的宽度都较大，因此在实际进行设计的过程中，不可避免地会出现桥梁基础与地下隧道顶板之间相接触的情况，为进一步保障桥梁和隧道使用安全，应在合理的范围内，尽量缩短桥梁的跨度，以避免桥梁结构对地下隧道结构产生过多的荷载，影响整体结构的稳定性以及安全性。除要考虑桥梁和隧道的使用安全问题外，由于桥梁位于地面之上，在设计的过程中，还需要考虑桥梁美观性方面的问题，保障河道景观符合城市发展建设整体规划要求，结合本工程项目实际情况以及城市建设特点，选择拱桥方案。

在进行下部桥梁方案设计的过程中，由于本工程中地面道路宽度较大，因此，存在部分桥梁与地下隧道顶板相接，而另一部分桥梁位于地下隧道以外的情况。对此，在实际进行桥梁设计的过程中，为保障整体结构的稳定性，提出以下两种设计方案：①为在地下隧道顶板位置，设置耳朵悬挑梁；②在隧道两侧位置设置闭合框架，以增加桥梁的稳定性。经过相应模拟分析之后，发现第一种处理方式与实际施工情况可能存在较大出入，且在地下隧道施工过程中，还会对周边土层造成不良影响，此外，悬挑梁还可能由于框架结构刚度影响而出现变形情况，影响整体结构的稳定性，因此经过科学分析后，选择了第二种处理方案。

2.3 隧道方案

隧道的设计包括基桩部分、截面形状以及截面结构。本方案中，隧道与墩台下方均需要设置基桩作为支撑体系，基于本工程项目实际情况，相较于桥梁而言，地下隧道的年限较短，且沉降情况也较严重，为保障后续施工环节的便利性，同时方便后期地下隧道的维护和维修，避免在隧道维护保养或更换施工的过程中对上部桥梁产生不良影响，在本项目当中，并未将地下隧道与承台进行整体设计，而是在地下隧道底部进行了桩基设计，以实现对地下隧道的支撑[3]。其横截面示意图如图2所示。

图2 地下隧道与跨河桥梁结合设计横截面图

在进行地下隧道结构设计的过程中，根据项目需求，设置管廊、人行道以及非机动车道等，以保障地下隧道功能的充分发挥，达到为地上桥梁交通分流的目的。除了图2 中所设计的矩形外，其横截面的形状还可以根据实际情况，设计为圆形或者椭圆形。案例工程当中，其横截面结构设计为三孔，根据地下隧道的功能以及实际需求不同，还可将其设计为单孔、双孔或其他多孔结构。本案例工程中，将地下隧道设计为箱涵结构，主要包括顶板、侧墙和中墙三个部分，并在相邻通道之间设置盖梁等结构，以保障隧道整体结构的稳定性以及可靠性。

2.4 结构设计

结合案例工程实际情况，其上部结构为钢筋混凝土板拱，采用无铰拱结构，设置拱轴中心半径为12.8m，跨径为20m，高度为5m。桥梁腹部拱圈为无铰拱和三铰拱两种形式，拱轴中心半径为1.95m，跨径为2.6m，高度为0.5m。桥梁下部结构设计主要针对框架下基础形式，根据实际情况，将其设计为4 孔框架，两侧框架宽度差约为4m，其中右侧相对较宽，地下隧道中间部分的宽度为28.5m，框内净高度为5m，并在地下隧道边墙以及中墙位置下方设置1.5m基桩，基桩纵向间距为4.2m。

2.5 设计分析

本工程下部结构相对较为复杂，为保障整个桥梁和地下隧道结构的稳定性以及可靠性，需要对其受力情况进行综合分析，包括上部结构影响、桩基影响以及下部框架情况等，并进行边界条件模拟[4]。结合我国相关路桥设计规范，对项目工程边界条件进行模拟分析，根据案例项目土质，分别对其黏土竖向基床系数为5 000、10 000 以及20 000kN/m3三种情况进行分析，并分别按照这三个系数，对地基土中桩以及边庄的顶反力情况进行模拟和计算，得到的平均值情况如表1所示。