郑州市京广北路隧道设计综述

李选栋，申国朝

（郑州市市政工程勘测设计研究院，河南郑州 450046）

1 概述

1.1 概况

郑州市京广快速路是市区南北向第一条快速通道，规划南起西南绕城高速，北至连霍高速，项目一期（南三环～北三环）已建成通车，二期南北延长线部分正在建设。

京广北路隧道是京广快速路系统的一部分，处于快速路南段，距火车站西广场约300 m（见图1）。该隧道作为城市南北快速路，可解决火车站地区过往旅客快速集散疏解问题。

图1 工程地理位置图

京广北路隧道主线全长1835 m，暗埋段（陇海路～中原路）长度1360 m，敞开段长度475 m，设四个平行式进出口匝道。工程造价约5亿。工程2009年12月17日开工，2012年4月28日竣工通车。

1.2 地质水文条件

场地位于郑州市西南部，地貌单元为山前冲积郑州西部倾斜平原，地貌单一，地形较平坦。场地范围内地层结构主要为粉土、粉质黏土及粉细砂。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15 g，设计地震分组为第一组。

场地地下水稳定水位埋深11.8～15.7 m，历史最高水位埋深约10.0m。

2 设计原则和技术标准

2.1 设计原则

（1）满足城市规划、环境保护、施工工艺、运营管理、防水、防腐蚀等耐久性要求，符合技术先进、安全适用、经济合理与确保质量的要求。

（2）结合场地周围建筑物、管线分布状况，基坑支护要求作到安全、快捷和便于结构施工。同时，充分论证施工期间道路保通方案，合理选择保通措施。

（3）与地铁一号线交叉处，两结构之间距离符合安全净距要求。

（4）重视隧道运营、安防系统设计，便于后期运营管理。

2.2 技术标准

（1）规划道路等级：城市快速路；

（2）结构使用年限：100 a；

（3）结构安全等级：一级；

（4）结构防水等级：二级；

（5）基坑侧壁安全等级：二级；

（6）设计活载：公路—I级，地面堆载：20 kPa；

（7）结构抗震设防烈度：7度，地震动峰值加速度：0.15g；

（8）设计车速：60 km/h；

（9）设计净空：4.5 m。

3 工程总体布置

3.1 平面布置

京广北路隧道沿现状道路布置，于陇海路南侧入地，向北过中原路后出地面，在陇海路～中原路之间为全暗埋段，在近两交叉路口处分别设置一对进出口匝道，实现和陇海路、中原路地面交通之间的联络和转换（见图2）。

图2 总平面布置图

3.2 纵断面布置

隧道结构与地铁一号线间安全净距和地面道路管线敷设为埋深的主要控制要素。在此基础上，尽量减少埋深，降低投资。纵断面布置整体呈北高南低趋势，纵坡要求不大于4.0%，覆土厚度控制不小于1.8 m，结构底板底距离地铁结构顶约3.7 m，符合地铁建设部门不小于3.0 m的要求。

3.3 横断面布置

横断面为双向六车道布置，标准段单孔净宽13.1 m，匝道孔净宽7.0 m，主线接匝道处单孔宽度增至21.1 m。

隧道净空限界4.5 m，顶部预留1.5 m拱形空间布置灯具、射流风机等机电设备（见图3）。

图3 断面布置图（尺寸单位：cm）

4 保通方案和基坑支护

4.1 保通方案

隧道处于火车站附近，为解决开挖施工期间周边居民及过往旅客通行问题，在基坑东侧留10 m宽施工便道，保证南北向双向两车道通行。

陇海路、中原路是西区通往火车站的必行之道，车流量大，隧道与两条主干路交叉处，开挖期间不能断行，且路口覆土厚度仅有1m左右，不具备暗挖条件。

陇海路交叉口，拆迁较顺利，采用倒边开挖施工，解决了交叉口正常通行。

中原路交叉口，东侧紧临既有下穿铁路地道，北侧距离现状小区建筑物近，无法倒边，采用盖挖顺作法施工。开挖时在路口架设了一跨39 m钢便桥，双向八车道，采用“321”贝雷片拼装而成，安拆容易，可回收利用，在隧道开挖施工的两个月时间内，较好地保障了路口的通行（见图4）。

图4 中原路口保通便桥

4.2 支护方案比选

本基坑为带状，标准宽度31 m，匝道段最大宽度约52 m，坑深约9.7 m（泵房处深13 m）。基坑两侧主要分布着铁路系统家属院、招待所、加工厂等建筑，周边建筑物分布密集，拆迁量大，工期紧张。

基坑开挖深度范围内分布土层为粉土、粉质黏土，且地下水位较深，因此，基坑支护方案主要从郑州地区常用的桩撑方案和桩锚方案进行对比（见表1）。

表1 基坑支护方案对比

由表1对比，桩锚支护在工期、造价方面优势明显，但其对周边环境要求较高。经调查，基坑两侧建筑物建筑年代较早，基本无地下室，基本不影响锚索布置。同时，距离基坑两侧较近的雨水管线埋深约2 m，可通过调整上层锚索布置来合理避开。

经分析，场地环境条件基本不影响桩锚方案实施，且桩锚支护体系在工期、造价等方面优势较明显，故基坑支护选用了桩锚支护方案。

4.3 支护方案设计

基坑支护排桩选用d700 mm混凝土灌注桩，桩中心间距1100 mm（见图5），桩顶设900 mm×600 mm混凝土冠梁。

图5 支护结构平面布置（单位：mm）

锚索选用了4φs15.2钢绞线，采用“锚二跳一”方式布置，平均间距1.65 m，夹片锚具，注浆体采用Po42.5号纯水泥浆，二次劈裂注浆。

桩间土采用外挂钢丝网喷射混凝土防护（见图6），然后砌衬墙保护，防止锚头刺穿防水材料。隧道结构施工时，衬墙表面砂浆找平作为结构外墙外模使用。

图6 基坑支护

5 隧道结构设计

5.1 主体结构

隧道结构采用双折板拱形钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C40（掺抗裂剂，抗渗等级P8），顶板、侧墙厚度0.8 m，底板厚度1.0 m。敞开段采用U型槽结构。结构纵向节段长度按30 m控制，地下水位处于结构底板以下，无需考虑抗浮安全。

5.2 结构防水

防水设计遵循“以自防水为根本，接缝防水为重点，多道防线，综合治理”的原则，外防水采用外包自粘防水卷材，接缝处设中埋式、背贴式止水带防水，变形缝内嵌填PE发泡板，聚硫密封胶密封。洞内在侧墙、顶板变形缝处安装不锈钢接水盒，对可能发生的少许渗漏进行截排。

5.3 路面结构

采用复合式路面结构，首先在结构底板上铺设C30混凝土调坡层，然后铺5 c m AC-16C中粒式沥青混凝土（掺0.4%抗车辙剂）+4 cmAC-13C细粒式沥青混凝土。

6 地下防空洞处理

经调查勘测，隧道西侧分布有7501地下人防通道，洞顶距离隧道底板2～5 m，报主管部门批准后，采取废弃填埋处理。处理措施采用钻孔向洞内灌注砂石填料，然后进行高压注浆，确保不影响结构基础安全。

7 运营系统设计

7.1 排水系统

排水系统主要考虑排除雨季敞口段汇水、汽车带入隧道内的地面积水、日常冲洗废水、消防废水和少许渗漏水。

（1）遵循“高水高排、低水低排”的原则，优化路线设计，纵断面设计时在洞口设阻水反坡，最大程度地阻止雨季地面积水倒灌入隧道内。

（2）实施截排结合，行车道右侧设置矩形排水边沟，积水沿路面横坡流入边沟后，随纵坡度通过横向截水沟汇入泵站积水池内，通过水泵提升，最终进入地面排水管网排出。

（3）全线设两座排水泵站，泵站采用地下附建式，布置在隧道西侧，每座泵站设3台水泵，两用一备，泵站具备自动控制功能，积水池内积水达到一定深度，泵站可自动启动，及时排除积水。

7.2 消防系统

消防系统含固定水成膜泡沫灭火系统、消火栓系统和灭火器。消防水源通过市政给水管网引入，在隧道中部东侧设置地下附建式消防泵站一座，消防水池容积50 m3，设立式恒压切线消防泵两台，一用一备。

固定水成膜泡沫灭火装置水压要求高，通过消防泵房二次加压后供给。消火栓系统直接通过给水管网供水，固定灭火器采用便携式磷酸铵盐干粉灭火器，每组灭火器箱设4具。

7.3 通风系统

本隧道受地面道路断面布置限制，无法采用竖向通风，采用全射流纵向通风。每个断面单孔3台风机为一组，风机选用φ1100双向可逆射流风机，叶轮直径900 mm。

7.4 供电系统

本工程紧邻火车站西广场，电源由广场地下车库内10 kV专用配电所引入。考虑隧道长度及供电半径，设变电所一座，与中央控制室合建。

7.5 照明系统

隧道照明分为基本照明、加强照明和应急照明。为节约用电，选用LED灯具作为标准段基本照明，由于入口加强段亮度要求高，同时为保证雾天洞口的通透性，设计采用高压钠灯作为出入口加强照明，洞市内应急疏散、交通诱导及消防、紧急电话等各类电光指示标志照明属应急照明，以LED作为内置光源。

隧道洞口各设一组亮度检测仪作为传感器，对照明亮度进行实时监控调节，以节约能耗。

7.6 监控系统

隧道中央控制室设在火车站西广场地下空间内。

监控系统包含交通、排水、供电照明、闭路电视、有线广播、紧急电话、通风排烟、火灾检测与报警等各个子系统，所有子系统实时监控信息通过光缆传输至中央控制室中显示（见图7），并统一进行管理与控制。

图7 中央控制室监控中心

7.7 防灾系统

防灾系统以“预防为主，防消结合”为基本方针，系统考虑在灾害发生情况下的快速疏散、紧急救援需求，力争将损失降到最低。

（1）顶板防火内衬为隧道专用防火板，要求采用RABT标准升温曲线测试，耐火极限不小于2 h。

（2）隧道双孔作为两个独立的防火分区，在中墙处共设置3处车行（兼人行）横通道，2处人行专用横通道，便于通过相邻孔救援、逃生和疏散。车行横通道（兼人行）尺寸4.0 m×4.5 m，洞门设防火卷帘；人行专用横通道尺寸2.0 m×2.5 m，洞门设甲级钢质防火门。

（3）消防、排水、通风排烟等子系统可实现有效联动控制，一旦隧道内有灾情发生，可迅速实现控制风机、水泵、应急照明、报警、防火门（卷帘）、交通诱导等设备的自动启停操作，便于灾情发生时的营救组织。

8 建筑装饰

本隧道摈弃常规的挂板围蔽装饰作法，结构要求按清水混凝土标准浇注实施。最后，在墙面涂刷清水氟碳保护涂料（见图8），并增加分格、色带处理，实现色彩变化，克服驾乘人员在长隧道内通行时的恐惧感、枯燥感和压抑感。

图8 建成后隧道内实景

清水混凝土装饰作法即改善了通行环境，又落实了低碳环保的设计理念，也保护了混凝土结构的耐久性。

9 总结

京广北路隧道作为河南省第一条城市长隧道，随着历时两年的建设实践和通车以来良好的运营效果，感触颇多，简要总结如下：

（1）城市隧道在绿色环保、环境和谐和节约道路资源等方面优势明显，可作为解决城市快速交通时有力的竞争方案，供政府决策选用。

（2）选择合适的施工工艺、基坑支护形式和保通方案是城市隧道建设应充分论证和解决的首要问题。本隧道选用的支护形式和保通方案高效快捷，可供今后类似项目借鉴。

（3）长隧道设计是庞大的系统工程，各专业工种间的衔接和配合应引起设计者高度重视。本次设计系统功能完善，各接口衔接顺畅，自动化程度高，为后期日常维护、应急救援等管理工作创造了便利条件。

（4）本次设计首次在城市长隧道中应用清水混凝土装饰，低碳环保，取得了有益的探索和尝试。

（5）本隧道虽已竣工通车，但尚未经历恶劣天气、灾情等极端条件的考验，所以，具体效果还需一定的运营周期才能得到进一步检验。

[1]申国朝.郑州京广北路隧道深基坑优化设计探讨[J].公路,2012(10).

[2]钱邵彦.苏州市北环路隧道工程体系设计综述[J].城市道桥与防洪,2010(3):63-68.

[3]施政,张毅,顾闻.沈阳市五爱隧道工程设计综述[J].地下工程与隧道,2008(3).