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摘 要：针对城市道路断面双层隧道设计相关内容，做了简单的论述，提出了设计质量的把控要点。从实践应用效果来说，采取双层隧道设计方案，对解决城市地面交通堵塞问题，有着重要的意义。这需要做好隧道设计的把控，确保设计方案的可行性，保障隧道的建设质量。现结合设计实践，总结如何合理设计城市道路断面双层隧道的方法，共享给行业人员。
关键词：城市道路；道路断面；双层隧道；设计要点
中图分类号：U452.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0142-02
现阶段，交通拥堵问题已经成为各个城市发展面临的主要难题，行业人员积极探索如何解决此问题的方法。发展地下道路，能够有效缓解或者解决城市地面交通拥堵问题，起到缓解交通压力的重要作用。从设计角度来说，城市建筑物以及地下管线等的存在，增加了设计的难度，要做好强有力的把控，保证设计方案的合理性。
1 城市道路断面双层隧道设计分析
现阶段，城市低下空间开发规模不断扩大，大直径和长距离盾构隧道被广泛的应用。从隧道内部道路布置形式来说，主要包括单层和双层。其中，双层道路结构为目前较为新颖的道路断面布置形式。从以往的工程实践能够得出，双层隧道较为理想的过渡结构形式为单箱四室，不仅能够实现隧道上下叠合，而且还能够充分利用夹层空间，获得较高的工程附加值，实现土地资源和工程成本的节约，推动可持续发展。不过关于双层道路结构预制化设计的研究很少，为新问题，而且隧道设计的难度较大，现结合工程实例，进行城市道路断面双层隧道设计分析。
2 城市道路断面双层隧道设计实例分析
2.1 工程概述
以某拟建工程为例，起止里程为K0+146-K3+290，长度为3144m，并且以山岭隧道的形式穿越。其中，敞开段为314m，暗盖段为2830m，具体如图1所示。
2.1.1 工程地质和水文地质
拟建工程施工场地内部第四系地层，其主要组成包括黄土和粘性土以及卵石土，成因为山前冲洪积，下伏奥陶系石灰岩。依据钻探深度，能够划分为7层，从上到下依次为：①填土。位于场地表层，包括杂填土以及素填土。②黄土和碎石。③粉质粘土和黏土。④碎石和粉质黏土。⑤强风化辉长岩。⑥中风化辉长岩。⑦石灰岩和泥灰岩。
水文地质：拟建工程施工现场内分布的地下水，以第四系孔隙潜水以及岩溶裂隙水为主，在项目以北的风化辉岩体内，还存在风化基岩裂隙水。从补给形式来说，以大气降水和场地上部大气降水以及地表水径流补给。
2.1.2 技术标准
城市道路断面双层隧道设计，采用双向六车道城市快速路标准开展建设，设计速度为60km/h。道路隧道建筑限界凈空为12.25m×4.5m，宽×高，内部轮廓使用的是四心圆形式，高度为15.396m，宽度约14.28m，开挖面积约为241m2。
2.2 方案对比
拟建双层隧道下穿的道路，其为城市主干道，道路路幅宽度为32m。路面以下分布污水管线和热力管线等，管线密集度较高。在道路的两侧，存在着大量的低层居民楼以及商铺，建筑的抗震性能较差。如果采取传统的左右洞分开布置的方案，在隧道工程施工以及运营期间，极易威胁既有的建筑，因此不予考虑。
考虑到此路段长度约为1km，并且地质条件复杂，局部是杂填土，大部分为中风化灰长岩，采取盾构法施工作业，开挖机械设备损耗较大，工程造价较高，采取钻爆法开展施工作业，暗挖双层隧道方案的横向跨度很小，对城市交通以及既有管线以及建筑物等的影响小，可行性较大，因此采取双层隧道方案下穿道路。
2.3 双层隧道过渡段的设置
为使得道路隧道线位从左右分离的平面形式，合理转换为左线、右线上下重叠的立体形式，要从平面、纵面、横面开展深入研究，实现立体转换。图2为路线三维图。
双层叠合的起点段，平纵设计从线位起点开始，逐渐分离，进而达到左右幅结构厚度的基本需求，两幅竖向高度差达到设定数值后，左右线开始合并，最终同线，达到上下行重叠的目的。为了确保平交口交通转换不受到影响，快速完成结构重叠，上行线使用5%较大纵坡；下行线使用2.5%较小纵坡。
隧道的整个线路施工作业，采取的是明挖方法和暗挖方法，线路位置从左右并列，逐渐过渡到上下叠层，结构形式多样化，道路结构横断面的变化，具体为U型槽+U型槽-U型槽单孔单层矩形断面-单孔单层矩形断面+单孔单层矩形断面-单箱四室-单孔双层-双层暗挖隧道。
双层叠合的终点段：在YK1+370位置右转，进入明挖段，利用此空间场地，采取明挖施工法，实现双层隧道到分离式双洞的转化，按照起点段的逆过程进行施工。
过渡段夹层空间的使用：在隧道从单层矩形明挖段朝向双层暗挖段过渡时，为了能够解决上层结构存在的问题，比如基础刚度不足等，将过渡段，给设计成单箱四室结构，由2个行车洞室和2个夹层空间组成。通常来说，地下空间的开发利用，主要为浅层空间，因为夹空层2的利用功能小，所以主要被用于隧道的泵房。而夹空层1具有较强的利用能力，用于商业开发，能够获得不错的价值。
2.4 结构设计
遵循浅埋暗挖法理念，初期支护按照承担所有基本荷载设计，二次衬砌用于安全储备，由初期支护以及二次衬砌一同承载。道路隧道选择复合式衬砌，利用锚杆和喷射混凝土以及加密的钢拱架等，组建综合支护体系，作为初期支护。二次衬砌使用65cm厚钢筋混凝土结构；上层车道板使用60cm厚钢筋混凝土结构。对于二次衬砌下层隧道拱脚位置，将其设计为变截面尺寸；中隔板和衬砌衔接1.5m内的部分，也设计为变截面尺寸。为了提升围岩的稳定性，保证道路隧道施工作业的安全性，沿着玉函路下穿段，在隧道拱部150°范围内，使用型号为？准108超前大管棚以及？准50超前小导管开展注浆作业。 2.5 安全性分析结果
围岩力学行为研究结果：运用有限元分析法，进行计算分析。当隧道完成开挖作业后，竖向最大位移产生在拱顶位置；在塑性区出现在上层隧道拱顶位置、下层隧道边墙位置，范围比较小。地表最大位移的位置为隧道正上方，横向距离道路隧道中心线11m位置，地表沉降值达到-3.06mm。距离隧道中线16m位置，地表沉降值达到-1.29mm。距离中线23m位置，地表沉降为-0.27mm，为最大值的3.9%。基于此数据分析，能够了解到建设双层隧道，其不会给到道路外侧现有的建筑物造成较大的影响[1]。
二次衬砌力学研究结果：使用荷载-结构模型，采取破损阶段法，进行安全系数计算。为保证计算结果的准确性，使用变截面梁单元，进行车道板模拟。从计算结果来说，二次衬砌承受的轴力都为压力，并且由拱顶向拱底逐渐增加。在二衬接近中隔板位置，正弯矩最大；在下层隧道二次衬砌拱脚位置，负弯矩最大。车道板主要承受拉力，在中间位置，正弯矩最大；在中隔板接近二衬位置，负弯矩最大。跨中位置的最大竖向位移值是9.6mm。经过计算，车道板以及二次衬砌，其截面强度安全系数全部大于2.0，裂缝宽度最大值不超过0.2mm。
2.6 通风、排烟、逃生方案
通风方案：采取全射流纵向通风形式，上层车道选择拱部位置设置流风机；下层车道由于空间小，因此选择车限界上方的两个折角位置，布置小孔径射流风机[2]。
排烟方案：选择明挖区域，在靠近山体端的左洞、右洞，分别布置1处通风井。在通风井内部布置轴流风机，当出现交通阻滞以及火灾的情况下使用。
逃生方案：全隧道范围内，总计布置12处单侧港湾式加宽段。在加宽段内部布置个隔烟墙，以免烟气进入到逃生空间。此工程采取的逃生方案，是双层行车道互为纵向疏散方案，在上下层之间的空间，布置两段逃生楼梯道，并且在平台位置，布置防火门以及加压风机[3]。
3 城市道路断面双层隧道设计要点总结
开展城市道路断面双层隧道设计，要结合道路实际情况，合理选择隧道结构，若适合采取双层道路结构，才能够开展双层隧道设计。在设计的过程中，要做好以下要点的把控：①合理选择施工方案。目前，隧道下穿工程，主要采取的施工作业方法包括明挖法和盾构法等，每个方法的适用范围都不同，而且施工方法的应用优势和缺陷不同，需要做好严格的把控。在具体应用的过程中，要做好严格的把控。在设计时，需要设计人员结合工程实际，合理选择施工方法，保障工程施工作业的质量。②做好安全分析。设计双层隧道，需要做好安全性分析工作，制定完善的安全把控措施，最大程度上保障隧道施工以及运营的安全性。在具体实践的过程中，可利用现代化设计辅助软件，比如有限元模拟软件，做好城市道路断面双层隧道设计方案的分析，保障设计方案的合理性以及科学性，进而保证设计能够用于工程指导[4]。
4 结束语
综上所述，城市道路断面双层隧道设计的开展，要坚持科学、合理、安全的原则，做好设计要点的把控。在具体实践中，设计人员要合理选择施工方案，做好安全分析，最大程度上保障隧道设计的合理性。
参考文献
[1]安 柯.城市道路断面双层隧道设计关键技术[J].交通世界，2018（12）：120～121.
[2]吳 涛，万 利，李振江.城市道路特大断面双层隧道设计关键技术研究[J].铁道科学与工程学报，2016，13（07）：1372～1378.
[3]孟 静.城市道路双层隧道交通监控系统设计探讨[J].地下工程与隧道，2012（03）：31～34+65.
[4]奚 峰.双层道路隧道通风设计的特点和典型实例[J].中国市政工程，2010（S1）：26～27+30+144.
收稿日期：2018-7-21
作者简介：李 华（1981-），男，高级工程师，主要从事路桥隧设计方面工作。
关键词：城市道路；道路断面；双层隧道；设计要点
中图分类号：U452.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0142-02
现阶段，交通拥堵问题已经成为各个城市发展面临的主要难题，行业人员积极探索如何解决此问题的方法。发展地下道路，能够有效缓解或者解决城市地面交通拥堵问题，起到缓解交通压力的重要作用。从设计角度来说，城市建筑物以及地下管线等的存在，增加了设计的难度，要做好强有力的把控，保证设计方案的合理性。
1 城市道路断面双层隧道设计分析
现阶段，城市低下空间开发规模不断扩大，大直径和长距离盾构隧道被广泛的应用。从隧道内部道路布置形式来说，主要包括单层和双层。其中，双层道路结构为目前较为新颖的道路断面布置形式。从以往的工程实践能够得出，双层隧道较为理想的过渡结构形式为单箱四室，不仅能够实现隧道上下叠合，而且还能够充分利用夹层空间，获得较高的工程附加值，实现土地资源和工程成本的节约，推动可持续发展。不过关于双层道路结构预制化设计的研究很少，为新问题，而且隧道设计的难度较大，现结合工程实例，进行城市道路断面双层隧道设计分析。
2 城市道路断面双层隧道设计实例分析
2.1 工程概述
以某拟建工程为例，起止里程为K0+146-K3+290，长度为3144m，并且以山岭隧道的形式穿越。其中，敞开段为314m，暗盖段为2830m，具体如图1所示。
2.1.1 工程地质和水文地质
拟建工程施工场地内部第四系地层，其主要组成包括黄土和粘性土以及卵石土，成因为山前冲洪积，下伏奥陶系石灰岩。依据钻探深度，能够划分为7层，从上到下依次为：①填土。位于场地表层，包括杂填土以及素填土。②黄土和碎石。③粉质粘土和黏土。④碎石和粉质黏土。⑤强风化辉长岩。⑥中风化辉长岩。⑦石灰岩和泥灰岩。
水文地质：拟建工程施工现场内分布的地下水，以第四系孔隙潜水以及岩溶裂隙水为主，在项目以北的风化辉岩体内，还存在风化基岩裂隙水。从补给形式来说，以大气降水和场地上部大气降水以及地表水径流补给。
2.1.2 技术标准
城市道路断面双层隧道设计，采用双向六车道城市快速路标准开展建设，设计速度为60km/h。道路隧道建筑限界凈空为12.25m×4.5m，宽×高，内部轮廓使用的是四心圆形式，高度为15.396m，宽度约14.28m，开挖面积约为241m2。
2.2 方案对比
拟建双层隧道下穿的道路，其为城市主干道，道路路幅宽度为32m。路面以下分布污水管线和热力管线等，管线密集度较高。在道路的两侧，存在着大量的低层居民楼以及商铺，建筑的抗震性能较差。如果采取传统的左右洞分开布置的方案，在隧道工程施工以及运营期间，极易威胁既有的建筑，因此不予考虑。
考虑到此路段长度约为1km，并且地质条件复杂，局部是杂填土，大部分为中风化灰长岩，采取盾构法施工作业，开挖机械设备损耗较大，工程造价较高，采取钻爆法开展施工作业，暗挖双层隧道方案的横向跨度很小，对城市交通以及既有管线以及建筑物等的影响小，可行性较大，因此采取双层隧道方案下穿道路。
2.3 双层隧道过渡段的设置
为使得道路隧道线位从左右分离的平面形式，合理转换为左线、右线上下重叠的立体形式，要从平面、纵面、横面开展深入研究，实现立体转换。图2为路线三维图。
双层叠合的起点段，平纵设计从线位起点开始，逐渐分离，进而达到左右幅结构厚度的基本需求，两幅竖向高度差达到设定数值后，左右线开始合并，最终同线，达到上下行重叠的目的。为了确保平交口交通转换不受到影响，快速完成结构重叠，上行线使用5%较大纵坡；下行线使用2.5%较小纵坡。
隧道的整个线路施工作业，采取的是明挖方法和暗挖方法，线路位置从左右并列，逐渐过渡到上下叠层，结构形式多样化，道路结构横断面的变化，具体为U型槽+U型槽-U型槽单孔单层矩形断面-单孔单层矩形断面+单孔单层矩形断面-单箱四室-单孔双层-双层暗挖隧道。
双层叠合的终点段：在YK1+370位置右转，进入明挖段，利用此空间场地，采取明挖施工法，实现双层隧道到分离式双洞的转化，按照起点段的逆过程进行施工。
过渡段夹层空间的使用：在隧道从单层矩形明挖段朝向双层暗挖段过渡时，为了能够解决上层结构存在的问题，比如基础刚度不足等，将过渡段，给设计成单箱四室结构，由2个行车洞室和2个夹层空间组成。通常来说，地下空间的开发利用，主要为浅层空间，因为夹空层2的利用功能小，所以主要被用于隧道的泵房。而夹空层1具有较强的利用能力，用于商业开发，能够获得不错的价值。
2.4 结构设计
遵循浅埋暗挖法理念，初期支护按照承担所有基本荷载设计，二次衬砌用于安全储备，由初期支护以及二次衬砌一同承载。道路隧道选择复合式衬砌，利用锚杆和喷射混凝土以及加密的钢拱架等，组建综合支护体系，作为初期支护。二次衬砌使用65cm厚钢筋混凝土结构；上层车道板使用60cm厚钢筋混凝土结构。对于二次衬砌下层隧道拱脚位置，将其设计为变截面尺寸；中隔板和衬砌衔接1.5m内的部分，也设计为变截面尺寸。为了提升围岩的稳定性，保证道路隧道施工作业的安全性，沿着玉函路下穿段，在隧道拱部150°范围内，使用型号为？准108超前大管棚以及？准50超前小导管开展注浆作业。 2.5 安全性分析结果
围岩力学行为研究结果：运用有限元分析法，进行计算分析。当隧道完成开挖作业后，竖向最大位移产生在拱顶位置；在塑性区出现在上层隧道拱顶位置、下层隧道边墙位置，范围比较小。地表最大位移的位置为隧道正上方，横向距离道路隧道中心线11m位置，地表沉降值达到-3.06mm。距离隧道中线16m位置，地表沉降值达到-1.29mm。距离中线23m位置，地表沉降为-0.27mm，为最大值的3.9%。基于此数据分析，能够了解到建设双层隧道，其不会给到道路外侧现有的建筑物造成较大的影响[1]。
二次衬砌力学研究结果：使用荷载-结构模型，采取破损阶段法，进行安全系数计算。为保证计算结果的准确性，使用变截面梁单元，进行车道板模拟。从计算结果来说，二次衬砌承受的轴力都为压力，并且由拱顶向拱底逐渐增加。在二衬接近中隔板位置，正弯矩最大；在下层隧道二次衬砌拱脚位置，负弯矩最大。车道板主要承受拉力，在中间位置，正弯矩最大；在中隔板接近二衬位置，负弯矩最大。跨中位置的最大竖向位移值是9.6mm。经过计算，车道板以及二次衬砌，其截面强度安全系数全部大于2.0，裂缝宽度最大值不超过0.2mm。
2.6 通风、排烟、逃生方案
通风方案：采取全射流纵向通风形式，上层车道选择拱部位置设置流风机；下层车道由于空间小，因此选择车限界上方的两个折角位置，布置小孔径射流风机[2]。
排烟方案：选择明挖区域，在靠近山体端的左洞、右洞，分别布置1处通风井。在通风井内部布置轴流风机，当出现交通阻滞以及火灾的情况下使用。
逃生方案：全隧道范围内，总计布置12处单侧港湾式加宽段。在加宽段内部布置个隔烟墙，以免烟气进入到逃生空间。此工程采取的逃生方案，是双层行车道互为纵向疏散方案，在上下层之间的空间，布置两段逃生楼梯道，并且在平台位置，布置防火门以及加压风机[3]。
3 城市道路断面双层隧道设计要点总结
开展城市道路断面双层隧道设计，要结合道路实际情况，合理选择隧道结构，若适合采取双层道路结构，才能够开展双层隧道设计。在设计的过程中，要做好以下要点的把控：①合理选择施工方案。目前，隧道下穿工程，主要采取的施工作业方法包括明挖法和盾构法等，每个方法的适用范围都不同，而且施工方法的应用优势和缺陷不同，需要做好严格的把控。在具体应用的过程中，要做好严格的把控。在设计时，需要设计人员结合工程实际，合理选择施工方法，保障工程施工作业的质量。②做好安全分析。设计双层隧道，需要做好安全性分析工作，制定完善的安全把控措施，最大程度上保障隧道施工以及运营的安全性。在具体实践的过程中，可利用现代化设计辅助软件，比如有限元模拟软件，做好城市道路断面双层隧道设计方案的分析，保障设计方案的合理性以及科学性，进而保证设计能够用于工程指导[4]。
4 结束语
综上所述，城市道路断面双层隧道设计的开展，要坚持科学、合理、安全的原则，做好设计要点的把控。在具体实践中，设计人员要合理选择施工方案，做好安全分析，最大程度上保障隧道设计的合理性。
参考文献
[1]安 柯.城市道路断面双层隧道设计关键技术[J].交通世界，2018（12）：120～121.
[2]吳 涛，万 利，李振江.城市道路特大断面双层隧道设计关键技术研究[J].铁道科学与工程学报，2016，13（07）：1372～1378.
[3]孟 静.城市道路双层隧道交通监控系统设计探讨[J].地下工程与隧道，2012（03）：31～34+65.
[4]奚 峰.双层道路隧道通风设计的特点和典型实例[J].中国市政工程，2010（S1）：26～27+30+144.
收稿日期：2018-7-21
作者简介：李 华（1981-），男，高级工程师，主要从事路桥隧设计方面工作。