摘要：结合太原建设路快速化改造项目实施经验，对城市地下空间开发、城市隧道的功能拓展进行讨论，并重点介绍了本项目运用的一些特色设计，为市政交通工程在地下空间利用领域提供一些经验。
关键词：地下空间；城市隧道；超宽断面；地下公交港湾
1.引言
对城市主干路进行快速化改造是目前提高城市路网通行效率、解决节点拥堵的一种主要手段，通常采用节点上跨、节点下穿、互通立交、全线高架等方式。在实践过程中，往往将多种方式结合运用，做到因地制宜、科学合理。同时，随着市政工程建设逐年发展、累积，高架桥梁与城市原有风貌形成冲突的问题逐步显现，地下空间开发利用成为一种新的解决方案，并在实践过程中取得了良好的效果。
2.工程介绍
太原市建设路位居河东中心区以东，东邻南北同蒲铁路，基本坐落于河东中央地带，相距滨河东西路约5公里，具有集中和疏散主流交通的优势。同时在空间和方向上，与滨河东路平行，恰好能反向补充滨河东路的辐射与吸引能力，有效均衡太原市的南北向交通，分散和减缓东西向交通的压力。
建设路快速路北起北中环街，南至榆次交界全长19.2km，全线共设分离式立交工程8处：上跨北大街、上跨迎春街、下穿府东街、下穿太原火车站站前广场、上跨南内环街、上跨长风街、上跨学府街、上跨许坦街。本工程节点为下穿太原火车站站前广场，由于其特殊的地理位置，节点除实现建设路主线的快速通行以外，还需兼顾对火车站周边交通的重新组织，其复杂程度为全线之最。
工程将城市隧道、人行通道、地下车库等手段进行有机结合，充分开发利用市政道路地下空间，实现多向交通立体分流。工程由四大部分构成：主线隧道、东侧辅道隧道、人非互通系统及火车站地下车库：
主线隧道为南北向布置，沿建设路主线下穿五龙口街、五一东街、迎泽大街、迎泽南街，全长1010米。
东辅道隧道位于主线隧道东侧，沿南北向布置，下穿火车站站前广场，并与地下车库出口相衔接，全长649米。
人非互通系统由下沉式通道、地下公交港湾、地下通道共同组成。
火车站地下车库建筑面积约7000平米，出口汇入东侧辅道隧道。
3.地下空间设计
建设路快速化改造工程在方案制定之初，当地政府就提出新建快速路系统在火车站节点不得与太原站站房主体建筑及站前广场形成景观上的冲突。因此下穿太原火车站站前广场节点工程（以下简称本工程）将立体交通的组织方式全部转入地下，充分利用建设路及站前广场地下空间，在竖向设计上分三个层次布置：地面层（进出火车站车辆交通组织、广场人群集散）、地下一层（行人与非机动车交通组织）、地下二层（建设路主线车辆过境、公交港湾）。
3.1隧道横断面设计
主线隧道为双向六车道城市快速路，设计时速60km/h，旨在确保建设路主线车辆快速通过，并使过境车辆于进出火车站车辆交通分流，互不干扰。隧道内单向设1根宽3.5m车道、2根3.25m车道，两侧路缘带宽0.5m，安全带宽度0.25m，合计横向净宽11.5m。根据隧道通行车辆，限界高度为4.5m。由此机动车道单孔建筑限界为11.5m×4.5m（宽×高）。根据规范对于检修道的设置要求，综合考虑纵向设置排水沟的需求，检修道宽度0.5m（按一侧安全带宽度）。同时考虑防冲侧石、铺装、交通信号灯、射流风机的安装空间后，结构净宽和净高为12.45m×6.1m（宽×高）。
主线标准横断面图
东辅道隧道为单向双车道渐变至单向三车道，设计速度40km/h，旨在满足临近被交道路车辆向北通行需求，同时隧道设置一处匝道与火车站地下车库衔接，作为车库入口使用。隧道内单向设2～3根宽3.25m车道，两侧路缘带宽0.5m，安全带宽度0.25m，合计横向净宽8～11.25m。根据隧道服务对象，限界高度为3.5m。由此机动车道单孔建筑限界为8～11.25m×3.5m（宽×高）。根据规范对于检修道的设置要求，综合考虑纵向设置排水沟的需求，检修道宽度0.5m（按一侧安全带宽度）。同时考虑防冲侧石、铺装、交通信号灯的安装空间后，结构净宽和净高为8.5～11.75m×4.05m（宽×高）。
人非互通系统旨在解决火车站周边行人与非机动车的立体交通，满足其各向通行需求并且不与地面机动车辆发生交织。人非互通系统由多条地下或半地下通道组成，根据不同的通行需求设置相应的断面尺寸。
3.2隧道排水与消防
隧道的排水主要针对其敞开段、引坡段所汇集后进入隧道暗埋段的雨水，通常采用横向截水沟与侧向边沟两种手段进行雨水收集，收集后的雨水再汇入市政雨水管网。由于隧道暗埋段埋深通常较深于雨水管埋深，因此隧道需要设置泵站进行有压排水。
城市隧道的消防主要根据《建筑设计防火规范》中的相关章节对隧道进行消防等级分类，然后根据每一类的消防设施要求进行消防设计。
本工程主线隧道排水措施通过位于暗埋段入口处的横向截水沟收集敞开段所汇集的雨水，雨水收集后流入雨水泵站。主线隧道在隧道南侧入口处设置一处侧壁式雨水泵站与截水沟直接联通；北侧设置一处集水池与截水沟联通，雨水收集后汇入附近一处大型雨水泵站。主线隧道消防等级分类为三类隧道，设置消火栓、灭火器、机械通风系统，并设置人行与车行消防门。
本工程东侧辅道隧道排水措施同样采用暗埋段入口处的横向截水沟收集敞开段所汇集的雨水，雨水收集后流入雨水泵站。东侧辅道地道纵坡采用“W”形设计，隧道两处最低点均靠近洞口，因此雨水泵站设置于此两处低点位置，可同时兼顾洞口处雨水汇入及最低点积水。东侧辅道地道属于四类隧道，消防仅设置灭火器。
3.3结构形式
地道内部结构形式可分为三种断面形式，分别为加敞开段、暗埋段、镂空段。
主线隧道，敞开段为U型槽结构，净宽25.7～27.55m，侧墙与底板厚度均为0.8～1.0m；暗埋段为单箱双室矩形箱涵结构，单个箱室净宽12.45～21.8m，顶板厚度为0.8～1.2m，侧墙厚度为1～1.3米，底板厚度为1～1.6m；镂空段采用单箱双室折线拱箱涵，顶板局部作镂空处理，每4m设置一道横撑。
东侧辅道隧道，敞开段为U型槽结构，净宽8.5m，侧墙与底板厚度均为0.5～0.8m；暗埋段为单箱单室箱涵结构，箱室净宽8.5～11.75m，顶、底板及侧墙厚度均为0.8～1m；镂空段采用U型槽+横撑的结构形式，横撑间距4m。
人非通道，敞开段为U型槽结构，净宽5.7～14m，侧墙与底板厚度均为0. 5～0.85m；暗埋段为单箱单室箱涵结构，箱室净宽5.7～14m，顶板厚度为0.25～0.75m，底板厚度为0.3～0.85m，侧墙厚度为0.5～0.85m。
结构计算原则：
（1）箱涵结构主要采用平面框架模型，按延米进行计算；
（2）计算断面坑底地基土垂直基床系数按详勘地质报告提供数值进行计算，有抗拔桩或承压桩的则按单根桩的承载力换算成土体支撑刚度，并按每延米计；
（3）侧向土压力采用静土压力公式，土压力系数按地勘报告建议值采用，处于水中部分按水土分算；
（4）暗埋段顶板覆土荷载按地面辅道设计标高计算；
（5）地面超载：按20kN/m2考虑；
（6）箱室内外温度梯度按±5度考虑。
计算简图
4.特色设计
城市隧道是近年来日趋流行的一种实现道路局部节点立体交通的工程手段，多为快速路的一部分，主要针对一些不宜架设桥梁的特殊节点。常规的城市隧道可分为机动车专用及机动车、人非共用，下穿一处或连续多处道路交叉口。本工程主线隧道设定为机动车专用隧道。但由于建设路属于当地主干路，沿线公交线路繁多，同时火车站也是一处重要的人群集散地，因此为解决沿线公交车的停靠、乘客上下车后的步行交通问题，隧道在位于火车站广场下方位置设置了一对地下公交车港湾，并配套有与人非通道相互连通的乘客候车区。此措施一方面使公交车通过匝道分流进入港湾，不占用主线车道，停车上下客与主线交通相互分离，不形成干扰；同时港湾候车区与广场地下的人非互通系统直接联通，乘客往来火车站无需额外绕行。
地下公交港湾平面布置图
地下公交港湾运营实景
由于公交港湾需要通过匝道与主线顺接，在路线展宽段出将出现主线3车道+匝道2车道的超宽断面，隧道单孔最大净宽21.8米，常规矩形箱涵顶板难以满足受力要求。针对这一情况，本工程对顶板构造做出了针对性设计，采用了内部带有空腔的双层顶板。
所谓双层顶板，其构造是将一块较厚的顶板分成较薄的上、下两层，同时在隧道横向设置横隔板，形成类似于工字形断面连续排布的结构形式。采用这种顶板构造，相比常规的增加板厚满足受力而言，具备多种优势：首先，双层板的中空构造使得结构自重更轻，可避免为承担自重而增加配筋；其次，双层板可以在控制自重的情况下增加板厚，以减少隧道顶板上的覆土厚度，优化荷载取值；最后，双层板的混凝土用量不高，可有效避免一些大体量混凝土结构容易发生的病害情况。
超宽断面构造图
超宽断面顶板剖面图
超宽断面双层顶板施工实景
城市隧道所经常采用的矩形箱涵结构，是以横断面为框架的横向受力结构，相比纵向受力的高架桥梁，其在结构宽度上有一定的局限性，同时隧道还需承受周边土体及地面车辆的荷载，因此常见的城市隧道多以双向六车道为主，这也一定程度限制了以隧道为立交手段的交通体系的通行能力。而双层顶板结构可以在不显著增加工程造价、不增加施工难度、不降低结构安全性的前提下，为大跨度箱涵结构提供新的选择，使城市隧道在车道布置、通行能力上实现突破。
5.结论
本文以太原市建设路快速化改造项目为背景，介绍了中心城区主要道路的快速化改造方案、复杂节点的处理方式等，并重点介绍了本项目区别于常规城市隧道的几处特色设计，以期为市政交通工程在城市地下空间的开发利用领域提供有益的参考。本项目已与2015年建成通车。项目投入运行后，建设路南北向的通行能力得到了显著的提升；同时火车站前地下人行系统也实现了慢行交通的便捷有序，达到了设计预期。
参考文献：
[1]陈志龙. 城市地下空间规划控制与引导[M]. 南京：东南大学出版社，2015.9 ISBN978-7-5641-6037-1：32-44
[2]曹净 宋志刚. 地下空间结构[M]. 北京：中国水利水电出版社，2015.2 ISBN978-7-5170-2856-7：119-133，194-221
论文作者:冯闰梁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：隧道论文; 顶板论文; 主线论文; 地下论文; 结构论文; 交通论文; 雨水论文; 《基层建设》2019年第13期论文;