4)-30m以下空间可作为地下快速路、地下河川的建设空间使用,地下快速路在此层具有优先使用权。
5)建于非道路地下空间的地下快速路埋深
地下快速路如果建于或经过非道路区域,埋深的影响因素与道路下是有较大差异的。目前非道路地下空间中埋设的主要设施包括:建筑物基础、附建式停车库和地下商业设施。
1)建筑物基础
在上海软土土质地区,建筑物桩基一般埋设较深。对于层数较少的建筑,基础埋深较浅。上海世博会浦江镇定向安置基地中的建筑物,5层的砌体结构多层住宅采用沉降控制复合桩基,桩截面200×200,桩长20m;11层以及13层的剪力墙结构小高层住宅(带一层地下室),以及地下车等公建配套设施,采用桩基础,桩截面300×300,桩长29m。
2)附建式停车库
附建式停车库一般为建筑物的配套建设设施,受到建筑物自身设计的影响,附建式停车库有一层、二层或者三层。附件式停车库上方有的也自带一层地下室。我国规定小型汽车停车间净高不小于2.2m,按照停车库有关的设计规范和国内外建设的情况,一层地下停车库的结构底埋深一般在.5m以上。
3)地下商业设施
日本地下商业设施的净高一般在2.6m左右,借鉴日本的设计要求和建设经验,地下商业设施设置两层的埋深一般在.10m以上。总结上述非道路地下空间的需求,地下二层设施一般埋设深度在.10m左右,而在日本东京,7.5万幢4层以上建筑物中,约有40%附建有地下室,地下空间的利用深度平均为15m,最深的在地下建5层,深25m-28m。随着我国对空间资源的利用更加深入,大城市地下停车设施、地下商业设施的增加,新的地下建筑层数将主要集中在三层以内,利用地下的深度一般在.15m的地下空间。
根据不同设施对非道路地下空间的需求,配合城市道路地下空间的分层使用模式,非道路地下空间竖向分层使用模式大致如下表:
表11 非道路地下空间竖向分层利用模式
地下空间范围(/m) ~-30.0 -30.0~ 设施层名称 商业、民用设施层 公用设施层 主要使用设施 地下商业设施、地下停车库 地下快速路 地下川河 可以使用设施 地下快速路 地下快速路与非道路地下设施的基本协调避让原则为:
1)在-15m以上范围内,商业设施和停车设施建设具有优先权,地下快速路主体结构可以埋设在此层:
2)在-30m以下地下快速路建设具有优先权,但应协调避让已建的建筑物基础,对新建的建筑物可以统筹考虑,进行地下快速路和建筑物基础一体化建设。
总体而言,非道路地块的地下空间较难利用,尤其是商业和居住地块,高层建筑物较多,修建地下快速路时难以避让桩基,而且非道路地块地下空间使用权限尚未明确,修建地下快速路容易产生不必要的纠纷。因此,地下快速路原则上应修建在城市道路地下空间内。在穿越某些特殊区域、上部条件限制、地质条件限制等情况下,可以修建在非道路地下空间内。
就线路埋深而言,地下快速路埋设深度的变化对建设成本影响不大,因此原则上应充分利用-30m以下空间,将-30m以上的地下空间留出来供其它地下设施使用。在某些特殊区域、上部条件条件允许、进出匝道衔接等情况下,可以使用-30m以上的道路地下空间。为了能够与其它埋设设施协调,在-30m以下的道路地下空间,地下快速路具有优先建设权,而在-30m以上的道路地下空间,应该避让市政管线和轨道交通设施。
三、东京中央环状新宿线
1、简介
中央环行新宿线(从目黑区青叶台到丰岛区南长崎约8 .7k m ) 工程作为日本第一个建设地下快速公路的规划,在1 9 9 0 年8 月被东京市政府采纳。中央环状新宿线是日本最大级别的双设盾构隧道,全长约11 公里,在山手大街(都道环状6 号线)的地下,成为几乎全是采用非开挖工法(盾构隧道)施工的工程。其中,新宿线—池袋线段6.7 公里已于2007 年12 月开通,涉谷线—新宿线段4.3 公里 ,并已于2009 年度建成通车。中央环状新宿线全程双向4 车道规模,设计车速60 公里/ 小时,沿线设置6 个出入口、9 个换气所,建设采用直径13.23 米的盾构,具体设计标准如下:
隧道间隔:最小处为3.2 米;
纵断面坡度: 主线最大坡度0.3%,匝道最大纵坡8%; 隧道断面:管片衬砌外径直径为13.0 米;
图7 东京中央环状新宿线 平面线形:最小曲线半径为204米。 2、工程特点:
( 1) 穿越建筑与人口最密集而设在20~ 40 m 深的地下隧道式环状道路,在世界上也是鲜为少见采用地下隧道的方式来修建高速环状道路,主要原因有两点:第一,如果采用地面修建的方案,由于沿线周边分布有密集的建筑群,采取利用现有的山手线这条城市主干道来改扩建方案,或者采取高架桥的方案来修建,不管哪一种方案,征地撤迁与交通干扰都很大,且施工期间与竣工后对沿线周边带来了噪音、震动、污染等环保问题都难以解决;第二, 采用浅层地下隧道的方式修建,考虑到地下浅层处埋设有诸多如电线、煤气管道、给排水管、通信线路等公共设施,干扰因素很大,难以解决如何交叉与穿越其他地铁等其他构造物的问题,同时,需要良好的对策来应对地基加固处理等技术问题。
( 2) 首次在日本国内采用明挖法切开地下主体隧道技术主要在5个分合流部和4 个换气塔部实施切开隧道技术。为了防止切开主隧道而对构造受力与变形的影响、地下水生成等问题,在隧道内部先设置钢构支护后再切开隧道拱圈( 图8、9) 。这样, 在设计时,就需要进行反复论证,精心设计,同时需要采取合理的施工方案及有效的安全管理措施。
图8 隧道与出入口通道布设示意图 图9 隧道主拱圈切割部位( 单位:m)
( 3) 在盾构法施工中,首次在日本采用回头挖掘施工技术( 180b转弯)由于每台机器需要开挖1 km 才能够满足成本核算,要解决中央环状新宿线内很多的工区( 标段) 长度不及1 km 的问题,就需要让挖掘机来回开挖,使得每台挖掘机能够开挖2 个并行的主干隧道,采用这样的双洞开挖技术来提高效率,实现长距离开挖是没有前例的。为了实现让直径13 m、重量约3 000 t 的挖掘机180b转弯,要根据不同的地点,采取不同的回转技术,有的在挖掘机的底部,配置大量的铜球,有的设置带有钢球算盘式的活动支座来实施。不仅在水平区段,而且在大桥互通附近的标段,还存在上下移动的情况。
( 4) 与其他地下构造物近距离交叉处理对策
在新宿线区间内,地下既有构造物无处不在,仅地铁就有9 条、其他的如电线、煤气管道、给排水管道等设置的数量很大,为了尽可能减少对这些埋设物的影响,调查、核实、测量工作要精益求精。作为例子,在中野坂上交叉点附近的开挖工程,地上有山手线主干道和青梅街道交叉口,且交通量大,同时,在地下有东京地铁丸内线和都营大江户线在其下穿过,其中丸内线在本线上方2. 0 m 处穿过,都营大江户线在本线下方6. 0 m 通过,特别是丸内线,其下部构造物底部与本线构造物异常接近,施工而产生的沉降量要求控制在1.5 mm 以内,这样,还需要对丸内线下部基础实施地基改良处理,采用40个门形支撑结构,并把桩基布设到本线下方大江户线的侧部。对于在开挖过程中遇到生活设施管道,可采取吊装加固的办法来应对。
3、地下快速公路施工的技术问题 ? 通风问题
地下快速公路将使用侧流通风系统。在快速公路入口处将采用集中排气系统。
侧流通风系统采用的方法是把通风站所采集的空气输入隧道中,将汽车排放物稀释。空气在除去灰尘后由隧道排出。通风方式的名称是根据这样的事实得出的,用于通风的空气汽车路上是侧向流动,通过送风和排风道。而集中排气系统是采用如下的方法,在隧道进口附近,强制作用下吸出并稀释,汽车排出物在除尘后排出。该系统控制着废气使之不从隧道进口处泄漏。
需要关心的是增加从空气中除去二氧化氮的装置,但是目前在废料焚化厂中使用的脱硫技术不能用来分离隧道公路内汽车排放物的氧化氮,它的特点是低浓度、室温、大风量、体积变化和存在灰尘。还待解决的问题是,减小装置的尺寸,降低施工和操作的成本。将来,对1 9 9 1年东京湾隧道现场试验结果要进行分析。用来研究在通风站中建立脱硫机组的可能性。
? 长隧道的安全措施
快速公路将作为城内汽车公路第一个长隧道。基于这一点,特别需要考虑快速公路安全措施。自从1 979 年日本坂隧道事故之后,隧道的安全成为重要课题, 1 9 8 1年建设省制订了隧遣公路急救设施的标准,19 的年首都快速公路公共公司颁布了隧道急救设施的标准。对于规划的快速公路,将研究严格的措施,并在建设阶段加以引用,并与交通控制方法这样的软件措施一起采用。
首都快速公路公共公司是地下快速公路工程的发起人,现在正考虑加强防火设备、事故传讯设备和电视机的联合使用,对带有危险货物车辆加以控制的方法。对城市隧道公路的情况, 一旦事故发生,它的影响是可怕的,受影响的不仅是隧道内部,而且是城市地面的活动。仔细的考虑是必不可少的。
? 地下空间的多种用途
在地下快速公路中,地表面到隧道结构顶面间的距离在4 至10 m 间变化,上层3 . 5 m 属于首都快速公共交通公司管理,其余的空间,如果纵向有充足的宽度,可作许多用途。
考虑到居民的意见,利用这些空间的方法将予以研究。现在,在地铁车站附近的区域用作停车库和停自行车库是很好的主意。但是,即使这些和那些设施与地下快速公路一起建设,效益可能成为严重问题,而且开挖土地的体积将增加,这一事实将带来另一些困难问题即如何处理这些土。