CN109681230B - 一种双层盾构隧道上下层车行联络通道及其设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层盾构隧道上下层车行联络通道，所述车行联络通道为若干个，沿隧道纵向间隔设置，并设于上层行车道空间(3)和下层行车道空间(5)之间；车行联络通道包括与所述上层行车道空间(3)连接的上层洞口交叉段(7)、与下层行车空间(5)连接的下层洞口交叉段(9)和连接上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的通道洞身段(8)，通道洞身段(8)与上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的连接处设有圆曲线段(10)，从而在上下层之间形成可供转移的车行联络通道。本发明还公开了一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法。本发明的车行联络通道利用双层盾构隧道的特点实现安全疏散。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道技术领域，更具体地，涉及一种双层盾构隧道上下层车行联络通道及其设置方法。
背景技术
随着城市地下空间的开发，大直径、长距离盾构法隧道在城市道路的建设中得到了大量应用。隧道规模不断增加，隧道通道条件更加复杂，目前的过江、跨海隧道都在往深、大、长、难等方向发展。以上海上中路隧道、南京扬子江隧道、扬州瘦西湖隧道等工程为代表的双层行车盾构隧道因其占地小、空间利用率高而得到了越来越多的应用。
对于长大隧道，由于交通量的不断增长以及行车速度、密度的加大，隧道中极易造成交通事故并诱发火灾等事故。车行横通道是隧道发生火灾或交通事故时,作为车辆通行、人员逃生以及疏散救援的通道。《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)提出：“车行横通道的设置间距可取750m，并不得大于1000m：长1000m-1500m的隧道宜设置1处，中、短隧道可不设”。《建筑设计防火规范》GB 50016-2014(2018年版)中提出：“(1)水底隧道宜设置车行横通道或车行疏散通道。车行横通道的间隔和隧道通向车行疏散通道入口的间隔宜为1000m～1500m；(2)非水底隧道应设置车行横通道或车行疏散通道。车行横通道的间隔和隧道通向车行疏散通道入口的间隔不宜大于1000m”。因此，车行横通道是长大隧道必不可少的应急救援通道。
现有的车行横通道多设于相互平行的两条隧道之间，用于隧道发生火灾时向另外一条隧道进行疏散。双层盾构隧道因为受到断面布置的限制，设置车行横通道的难度极大。现有技术中双层盾构隧道疏散方式是直接在隧道与地面之间设置疏散通道，直接疏散到地面，施工难度大，工程造价高。
另外，现有方案一般采用全明挖施工，以直径14.5m的双层盾构隧道为例，明挖施工宽度包括隧道一侧富余2.0m、隧道结构宽度14.5m、车行横通道施工空间20m，则明挖总宽度为36.5m；明挖施工长度包括车行联络通道两端转弯及坡道段长度，总长约150m，明挖法施工的缺点：1)基坑规模大，造价高：以上下层车道高差为6m计算，采用5％的坡度，加上转弯半径要求(10-15m)，则明挖基坑的长度在150m左右，超出盾构隧道一侧的结构施工宽度(一般需要20m)；2)不利于盾构隧道的连续施工，盾构需要进出明挖段，无法连续掘进，且进出明挖段的始发和接收是盾构施工的重大风险源之一；3)明挖基坑占地面积大，地面条件复杂时甚至需要拆迁地面建筑物和地下管线，增加了工程占地与造价。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种双层盾构隧道上下层车行联络通道及其施工方法，充分利用双层隧道的特点，在上层行车道空间和下层行车道空间之间设置车行联络通道，实现安全疏散。
为了实现上述目的，本发明提供一种双层盾构隧道上下层车行联络通道，所述车行联络通道为若干个，沿隧道纵向方向间隔设置，并设于上层行车道空间和下层行车道空间之间；所述车行联络通道包括与所述上层行车道空间连接的上层洞口交叉段、与所述下层行车空间连接的下层洞口交叉段和连接所述上层洞口交叉段和下层洞口交叉段的通道洞身段，所述通道洞身段与所述上层洞口交叉段和下层洞口交叉段的连接处设有圆曲线段，从而在上下层之间形成可供转移的车行联络通道。
进一步地，所述上层洞口交叉段和下层洞口交叉段均垂直于隧道纵向设置。
进一步地，所述上层洞口交叉段和下层洞口交叉段的长度相同，分别位于隧道不同断面处的上部和下部。
进一步地，所述通道洞身段的坡度为5％-8％。
根据本发明的另一个方面，提供一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的施工方法，步骤如下：
S1确定车行联络通道参数，确定车行联络通道中的上层洞口交叉段、下层洞口交叉段和通道洞身段的长度、截面及通道洞身段的坡度，上层洞口交叉段和下层洞口交叉段的长度满足车辆在隧道和通道洞身段之间的安全转弯即可；通道洞身段的长度＝上层行车道空间与下层行车道空间的高度差÷sinα，α为通道洞身段的坡度；
S2确定车行联络通道的数量及位置，根据隧道的长度确定车行联络通道的数量，车行联络通道的位置选取根据地质情况和充足施工空间确定；
S3施工车行联络通道，根据围岩的地质条件决定采用矿山法或侧竖井与顶管法结合施工法对车行联络通道进行施工。
进一步地，在基岩地层优选采用矿山法，具体步骤：在车行联络通道施工前,对盾构隧道相应衬砌环进行钢支撑加固；对车行联络通道周围一定范围内土体按要求进行冻结加固，通过衬砌环进行钢支撑加固和土体进行冻结加固以保证车行联络通道与隧道连接处施工的强度；拆除钢管片后进行矿山法开挖，连续施工车行联络通道的上层洞口交叉段、通道洞身段和下层洞口交叉段，并在上层洞口交叉段、下层洞口交叉段与通道洞身段之间施工圆曲线段连接；待车行联络通道结构达到设计强度后，拆除隧道内衬砌环钢支撑。
进一步地，在软土地层采用侧竖井与顶管法结合施工法，具体步骤：根据需要设置的行车联络通道设置侧竖井；通过侧竖井形成的通道采用顶管法施工上层洞口交叉段、通道洞身段和下层洞口交叉段，且上、下层洞口交叉段与通道洞身段各自采用侧竖井连接。
进一步地，所述侧竖井与主体隧道的距离取10m-15m。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的双层盾构隧道上下层车行联络通道，利用双层盾构隧道中上层行车道空间和下层行车道空间同时发生火灾概率低的条件，在上下层行车道空间之间设置车行联络通道，实现上下层行车道空间之间的连通，提供疏散通道，使防灾救援时，双层盾构隧道内的上下层车辆可相互通行，保证车辆疏散安全。
(2)本发明的双层盾构隧道上下层车行联络通道，通道洞身段的坡度优选为5％-8％，满足规范要求的前提下减小通道洞身段长度，保证车行联络通道的安全疏散。
(3)本发明的双层盾构隧道上下层车行联络通道，在双层盾构隧道外部围岩中修建上下层互通的车行联络通道，充分发挥双层行车道的优势，与现有车行横通道修建于两座独立相邻隧道之间的方式相比，本发明的车行联络通道不需要其他相邻隧道作为逃生通道，另外，围岩地质条件允许的情况下，可以修建在盾构隧道的任何区段。
(4)本发明的双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，可根据不同的地质情况，车行联络通道采用矿山法或侧竖井与顶管法结合施工，适应性较强，与现有的明挖法施工相比不需要开挖基坑、工程量较小、造价低；不影响盾构隧道的连续施工；避免了拆迁地面建筑物和地下管线，减少了工程占地与造价。
附图说明
图1为双层盾构隧道的断面示意图；
图2为本发明实施例双层盾构隧道上下层车行联络通道的结构示意图；
图3为本发明实施例双层盾构隧道上下层车行联络通道采用顶管法施工示意图；
图4为本发明实施例双层隧道上下层联络通道的设置方法具体步骤示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-隧道衬砌、2-顶部排烟风道、3-上层行车道空间、4-车道板、5-下层行车道空间、6-管线廊道、7-上层洞口交叉段、8-通道洞身段、9-下层洞口交叉段、10-圆曲线段、11-侧竖井。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为双层盾构隧道的结构示意图；如图1所示，双层隧道包括隧道衬砌1、顶部排烟风道2、上层行车道空间3、车道板4、下层行车道空间5和管线廊道6，其中，隧道内包括两层行车道，分别为上层行车道空间3和下层行车道空间5，且上层行车道空间3和下层行车道空间5之间设有车道板4。上层行车道空间3的顶部设有顶部排烟风道2、下层行车道空间5的底部设有管线廊道6，管线廊道6用于隧道内管线的铺设，顶部排烟风道2作为上层行车道空间3的专用排烟道。车行横通道一般设于相互平行的两条隧道之间，或者直接通向地面，双层盾构隧道可以充分利用上下层行车道互相作为应急疏散通道。
图2为本发明实施例双层盾构隧道上下层车行联络通道的结构示意图。如图2所示，车行联络通道连通上层行车道空间3和下层行车道空间5，且车行联络通道设于隧道外的围岩中，在隧道外形成一条联络上层行车道空间3和下层行车道空间5的通道，上层行车道空间3或下层行车道空间5发生火灾，通过车行联络通道转移至另外一层行车道空间中。
车行联络通道包括上层洞口交叉段7、通道洞身段8、下层洞口交叉段9和圆曲线段10，上层洞口交叉段7与上层行车道空间3连接，下层洞口交叉段9和下层行车道空间5连接，上层洞口交叉段7和下层洞口交叉段9均垂直于隧道纵向设置。上层洞口交叉段7和下层洞口交叉段9之间设有通道洞身段8，通道洞身段8沿隧道长度方向设置，用于连接两端的上层洞口交叉段7和下层洞口交叉段9；进一步地，上层洞口交叉段7、下层洞口交叉段9和通道洞身段8之间设有圆曲线段10，圆曲线段10用于实现上层洞口交叉段7、通道洞身段8和下层洞口交叉段9之间的平滑过度连接，便于车辆转弯，降低车行联络通道中的行车难度，提升车行联络通道的安全性。
优选地，上层洞口交叉段7和下层洞口交叉段9的长度相同，分别位于隧道不同断面处的上部和下部。。
优选地，通道洞身段8设有纵坡，通道洞身段8靠近上层洞口交叉段7的一端高于靠近下层洞口交叉段9；通道洞身段8纵坡由公路等级、设计时速、地质状况确定，根据《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012(2016年版)采用。车行联络通道断面建筑限界根据道路类型分别按《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)或《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)选用。进一步地，通道洞身段8的坡度优选为5％-8％。通道洞身段8的坡度与通道洞身段8的长度和上层行车道空间3与下层行车道空间5之间的高度差的比值相关。由于上层行车道空间3与下层行车道空间5之间的高度差为定值，当通道洞身段8的长度越大，通道洞身段8的坡度越小。
进一步地，圆曲线段10的半径按照行车速度5km/h确定，保证车辆在合理的速度内能够安全平滑地从上层洞口交叉段7、通道洞身段8和下层交叉洞口交叉段9之间进行过度。
长隧道(长度L＞1500m的盾构隧道)中，设置若干车行联络通道，且若干车行联络通道间隔相同距离设置，便于隧道中的车辆能就近疏散到另一层安全的行车道空间中，避免所有车辆汇聚在一处进出联络通道。
优选地，相邻车行联络通道的间距为750m～1000m。
图4为本发明实施例双层隧道上下层联络通道的设置方法具体步骤示意图。如图4所示，一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，步骤如下：
S1确定车行联络通道参数，确定车行联络通道中的上层洞口交叉段7、下层洞口交叉段9和通道洞身段8的长度、截面及通道洞身段8的纵坡，上层洞口交叉段7和下层洞口交叉段9的长度满足车辆在隧道和通道洞身段8之间的安全转弯即可；通道洞身段8的长度＝上层行车道空间3与下层行车道空间5的高度差÷sinα，α为通道洞身段8的坡度；通道洞身段纵坡由公路等级、设计时速、地质状况确定，根据《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012(2016年版)采用。
车行联络通道断面建筑限界根据道路类型分别按《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)或《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)选用。
S2确定车行联络通道的数量及位置，根据隧道的长度确定车行联络通道的数量，车行联络通道的位置选取根据地质情况和满足充足施工空间确定；
其中，相邻车行联络通道之间的距离为750m～1000m，间距的长度根据隧道内车流量进行估算在上述范围内选取，车流量大隧道区相邻车行联络通道间距优选短距离；另外，车行联络通道的位置选取在具有充足施工空间的区段。
S3施工车行联络通道，采用矿山法或侧竖井与顶管法结合施工法对车行联络通道进行施工，具体根据围岩地质条件确定；
在基岩地层优选采用矿山法，采用矿山法施工车行联络通道的具体步骤：在车行联络通道施工前,对盾构隧道相应衬砌环进行钢支撑加固；对车行联络通道周围一定范围内土体按要求进行冻结加固，通过衬砌环进行钢支撑加固和土体进行冻结加固以保证车行联络通道与隧道连接处施工的强度；拆除钢管片后进行矿山法开挖，连续施工车行联络通道的上层洞口交叉段7、通道洞身段8和下层洞口交叉段9，并在上层洞口交叉段7、下层洞口交叉段9与通道洞身段8之间施工圆曲线段10连接；待车行联络通道结构达到设计强度后，拆除隧道内衬砌环钢支撑。
优选地，圆曲线半径按照行车速度5km/h确定。
在软土地层采用侧竖井与顶管法结合施工法，侧竖井与顶管法结合施工法施工车行联络通道的具体步骤：根据需要设置的车行联络通道设置侧竖井11；通过侧竖井11形成的通道采用顶管法施工上层洞口交叉段7、通道洞身段8和下层洞口交叉段9，且上、下层洞口交叉段与通道洞身段8各自采用侧竖井连接，侧竖井尺寸满足《城市道路工程设计规范》CJJ37-2012(2016年版)中车辆转弯半径要求。
优选地，所述侧竖井11与主体隧道的距离取10m-15m，距离过短影响主体隧道结构的安全，距离过大则增加施工难度和工程量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双层盾构隧道上下层车行联络通道，其特征在于，所述车行联络通道为若干个，沿隧道纵向间隔设置，所述车行联络通道设于隧道外的围岩中，并设于上层行车道空间(3)和下层行车道空间(5)之间，在隧道外形成一条联络上层行车道空间(3)和下层行车道空间(5)的通道；
所述车行联络通道包括与所述上层行车道空间(3)连接的上层洞口交叉段(7)、与所述下层行车空间(5)连接的下层洞口交叉段(9)和连接所述上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的通道洞身段(8)；所述上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)均垂直于隧道纵向设置，所述通道洞身段(8)沿隧道长度方向设置；所述通道洞身段(8)与所述上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的连接处设有圆曲线段(10)，从而在上下层之间形成可供转移的车行联络通道；
在基岩地层采用矿山法对车行联络通道进行施工，具体包括如下步骤：在车行联络通道施工前，对盾构隧道相应衬砌环进行钢支撑加固；对车行联络通道周围一定范围内土体按要求进行冻结加固；拆除钢管片后进行矿山法开挖，连续施工车行联络通道的上层洞口交叉段(7)、通道洞身段(8)和下层洞口交叉段(9)，并在上层洞口交叉段(3)、下层洞口交叉段(9)与通道洞身段(8)之间施工圆曲线段连接；待车行联络通道结构达到设计强度后，拆除隧道内衬砌环钢支撑；和/或，
在软土地层采用侧竖井与顶管法结合施工法对车行联络通道进行施工，具体包括如下步骤：根据需要设置的行车联络通道设置侧竖井(11)；通过侧竖井(11)形成的通道采用顶管法施工上层洞口交叉段、通道洞身段和下层洞口交叉段，且上、下层洞口交叉段与通道洞身段各自采用侧竖井连接。
2.根据权利要求1所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道，其特征在于，所述上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的长度相同，分别位于隧道不同断面处的上部和下部。
3.根据权利要求1所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道，其特征在于，所述通道洞身段(8)的坡度为5％-8％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，其特征在于，步骤如下：
S1确定车行联络通道参数，确定车行联络通道中的上层洞口交叉段(7)、下层洞口交叉段(9)和通道洞身段(8)的长度、截面及通道洞身段的坡度，上层洞口交叉段(7)和下层洞口交叉段(9)的长度满足车辆在隧道和通道洞身段(8)之间的安全转弯即可；通道洞身段的长度＝上层行车道空间与下层行车道空间的高度差÷sinα，α为通道洞身段(8)的坡度；
S2确定车行联络通道的数量及位置，根据隧道的长度确定车行联络通道的数量，车行联络通道的位置选取根据地质情况和充足施工空间确定；
S3施工车行联络通道，根据围岩的地质条件决定采用矿山法或侧竖井与顶管法结合施工法对车行联络通道进行施工。
5.根据权利要求4所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，其特征在于，在基岩地层采用矿山法，具体步骤：在车行联络通道施工前,对盾构隧道相应衬砌环进行钢支撑加固；对车行联络通道周围一定范围内土体按要求进行冻结加固，通过衬砌环进行钢支撑加固和土体进行冻结加固以保证车行联络通道与隧道连接处施工的强度；拆除钢管片后进行矿山法开挖，连续施工车行联络通道的上层洞口交叉段(7)、通道洞身段(8)和下层洞口交叉段(9)，并在上层洞口交叉段(3)、下层洞口交叉段(9)与通道洞身段(8)之间施工圆曲线段连接；待车行联络通道结构达到设计强度后，拆除隧道内衬砌环钢支撑。
6.根据权利要求4所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，其特征在于，在软土地层采用侧竖井与顶管法结合施工法，具体步骤：根据需要设置的行车联络通道设置侧竖井(11)；通过侧竖井(11)形成的通道采用顶管法施工上层洞口交叉段、通道洞身段和下层洞口交叉段，且上、下层洞口交叉段与通道洞身段各自采用侧竖井连接。
7.根据权利要求4所述的一种双层盾构隧道上下层车行联络通道的设置方法，其特征在于，所述侧竖井与主体隧道的距离取10m-15m。
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