風景區(qū)特長湖底城市隧道特點與關鍵技術創(chuàng)新

呂錦剛，蔣 樂，周 俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

1 項目概況[1]

東湖通道工程北起二環(huán)線水東段主線高架橋（紅廟立交），止于喻家湖路與喻家山北路相交道口，全長10 634 m。東湖通道工程由東湖湖底隧道、團山隧道以及兩岸接線組成，其中橋梁段長1 491 m，東湖隧道長7 035 m，團山隧道長1 264 m。東湖通道建設標準為城市主干路，主線設計車速60 km/h，雙向6車道。

東湖通道工程是武漢市武昌大東湖地區(qū)的重點道路交通工程，對完善區(qū)域路網(wǎng)結構與緩解交通擁堵等方面具有重大作用，是東湖風景區(qū)重要的過境交通分流通道，為東湖高新區(qū)組織過江交通的快捷通道。通道兼有環(huán)境、景觀、文化功能，對加強東湖景區(qū)環(huán)境保護，促進東湖景區(qū)利用與開發(fā)，凸顯地域文化與彰顯城市魅力有重大意義。圖1為工程方案總平面圖。

圖1 工程方案總平面圖

2 東湖隧道建設方案

東湖隧道起于九女墩北側，下穿莦箕湖、郭鄭湖，過湖心島，再下穿湯菱湖、沿湖路、郭鄭湖南側、梅園大門和磨山小區(qū)，過魯磨路與團山路路口后，起坡出地面。東湖隧道全長7 035 m，其中湖底段長4 500 m。

東湖隧道施工方法經(jīng)過多輪論證及專家咨詢，最終確定采用圍堰明挖法。為了解決特長隧道通風、消防、逃生救援等問題，在隧道中部結合東湖風景區(qū)總規(guī)設置湖心島，在湖心島上設置4條逃生救援匝道和自然通風口（見圖2）。

圖2 湖心島平面圖

東湖隧道通風方案為自然通風+豎井分段通風，在湖心島和磨山側分別設置自然通風口，將左右線隧道各分為5個通風區(qū)段。火災通風方案采用半橫向排煙+自然排煙+縱向排煙相結合的方案。根據(jù)東湖隧道施工方法和通風方案，隧道結構在湖底暗埋段采用三箱結構（見圖3）。

磨山側采用雙箱結構，見圖4。

湖中段隧道采用圍堰方法進行施工。由于東湖隧道處在國家級風景區(qū)，考慮東湖隧道施工期間對風景區(qū)交通、水生態(tài)環(huán)境的影響，采用雙邊鋼板樁圍堰，圍堰凈距100 m，堰內(nèi)考慮了施工便道、臨時堆土場以及材料加工場等臨時用地，隧道施工期間景區(qū)沿湖道路不受干擾。圖5為圍堰施工斷面示意圖。

圖3 湖底段隧道結構斷面（單位：mm）

圖4 磨山側隧道結構斷面（單位：m）

3 東湖隧道特點

東湖隧道作為全國最長的景區(qū)湖底城市隧道具有3個特點。

（1）隧道長度長。

東湖隧道全線位于東湖風景區(qū)核心景區(qū)內(nèi)，根據(jù)景區(qū)主管部門要求，工程建設不得改變景區(qū)用地性質(zhì)，徹底解決景區(qū)交通與城市交通的分離，采用全隧的建設方案。東湖隧道全長7 035 m，暗埋段長6 500 m，其中有4 500 m長隧道處在湖中，作為城市隧道為目前國內(nèi)已建隧道中最長的湖底隧。由于隧道長，需要解決的專業(yè)技術問題較多，如通風、消防逃生、行車安全、節(jié)能等，因而在該工程中逐一進行了研究解決。

（2）隧道周邊景區(qū)環(huán)境保護要求高。

隧道運營前后要求對景區(qū)空氣環(huán)境、水環(huán)境、綠生植被進行最大限度的保護。東湖隧道沿線途經(jīng)九女墩、疑海沙灘、磨山景區(qū)、東湖梅園、東湖櫻園、磨山攬翠等核心景點。隧道建設期間要求不能影響各景區(qū)的交通出行，并且保護東湖水域的水質(zhì)。景區(qū)內(nèi)樹木主要以池杉、落葉杉、苗木為主，東湖池杉是景區(qū)沿湖路一景，由于池杉樹齡在50 a以上，移栽存活率極低，因此要求隧道建設盡量保護池杉，采用合理的施工方法少移池杉。為了不改變景區(qū)現(xiàn)狀天際線，要求隧道不能建設高排風塔，湖底隧道建成后，不能影響湖底微生物的生存環(huán)境和生存空間的連續(xù)性。

（3）湖中臨時圍堰全國第一長。

東湖隧道穿過東湖，其中湖底隧道長4 500 m，由于東湖隧道采用圍堰明挖法施工，為了盡量減少施工期間占用過大湖面，湖中圍堰采用雙邊圍堰。東湖湖面在刮風時候會起浪，根據(jù)水文報告，東湖浪高0.2～0.5 m，為了保護東湖水質(zhì)，同時減少風浪在施工期間對圍堰的沖擊，圍堰采用鋼板樁圍堰。雙側圍堰總長8 100 m。

4 東湖隧道關鍵技術創(chuàng)新

（1）提出特長城市隧道通風設計標準，明確自然通風口設計方法。

圖5 圍堰施工斷面示意圖（單位：mm）

目前我國隧道設計規(guī)范多為公路規(guī)范，城市隧道通風標準多采用公路隧道規(guī)范或國際道路學會常設委員會（PIARC）有關“公路隧道汽車尾排和需風量”的最新報告的研究成果，沒有城市隧道規(guī)范作為設計依據(jù)。由于公路與城市道路，國內(nèi)與國際在車況、路況以及交通狀況均有所差別，因此該標準并不完全適用于東湖隧道。東湖隧道作為全國最長的城市隧道，為了保證東湖隧道通車后的行車舒適性以及運營安全，需要明確東湖隧道內(nèi)污染物設計濃度標準和阻滯交通設計標準，同時根據(jù)景區(qū)主管部門要求，保護景區(qū)自然天際線，東湖隧道采用自然通風+豎井分段通風的通風方案。自然通風口的設計除江蘇省地方規(guī)范《城市隧道豎井型自通風設計與驗收規(guī)范》（DGJ32/TJ 102—2010）對中、長隧道的自然通風口設計方法進行了相關規(guī)定外，沒有其他設計規(guī)范作為參考。東湖隧道在磨山南側設置了大量的自然通風口，自然通風口的設置間距、組合形式、面積、開口率等關鍵參數(shù)無法通過規(guī)范或者成熟案例明確。東湖隧道分別對武漢、上海已建成隧道內(nèi)污染物進行實測研究，通過理論計算、模型實驗分析以及運用計算機進行數(shù)值模擬，以獲得隧道內(nèi)速度場、壓力場以及污染物濃度場的分布，給出通風設計標準以及自然通風口的設計方法。

（2）研究空氣凈化系統(tǒng)工作原理，提出隧道外污染物排放控制標準及環(huán)境質(zhì)量標準，為東湖隧道采用空氣凈化系統(tǒng)提供設計依據(jù)[2-3]。

東湖隧道由于受景區(qū)環(huán)境保護要求，不允許設置高排風塔，根據(jù)住建部隧道選址意見批復，要求東湖隧道采用空氣凈化系統(tǒng)，由于目前該系統(tǒng)在國內(nèi)尚無成功應用案例及成熟設備，該工程首次應用空氣凈化系統(tǒng)設計難度較大。國外從20世紀六七十年代就開始進行隧道空氣凈化系統(tǒng)的研究，主要研究的國家有日本、挪威、奧地利、德國、法國等?？諝鈨艋到y(tǒng)經(jīng)歷了從“靜電除塵”單一技術向“靜電除塵+脫硝”綜合技術的逐步創(chuàng)新提升，空氣凈化技術在隧道項目中的應用已相對成熟。為了成功將國外成熟的空氣凈化技術運用于東湖隧道，我們針對國外的空氣凈化系統(tǒng)工作原理，對我國已建成城市隧道內(nèi)洞口擴散物進行檢測，并通過擴散模型評估研究隧道出口環(huán)境CO、NOx和PM2.5的變化規(guī)律，分析排放口附近的CO、NOx和PM2.5濃度的時空變化情況，結合CO、NOx和PM2.5的環(huán)境化學行為與轉化機制，了解CO、NOx和PM2.5對隧道周邊環(huán)境的污染效應，從而提出武漢東湖隧道空氣凈化裝置設計參數(shù)，給出與區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量規(guī)劃相結合的武漢東湖隧道污染物空氣凈化標準。

（3）研究湖底淤泥無害化處理技術。

東湖隧道采用圍堰明挖法施工，圍堰面積總共有55萬m2，根據(jù)環(huán)評報告要求，需要對圍堰內(nèi)有害淤泥進行無害化處理。目前國內(nèi)對淤泥處理方法較多，但國內(nèi)沒有技術規(guī)范明確相關工藝，固化劑多為專利產(chǎn)品，各產(chǎn)品之間差異較大。由于在風景區(qū)內(nèi)主管部門對環(huán)保要求高，在淤泥處理過程中要求臨時施工場地小，不能有異味，處理時間不宜過長。為了確定適用于該項目的處理技術，設計對湖底淤泥的含水率、泥層結構組成、泥質(zhì)化學成分等進行分析，按照淤泥的成份及厚度，將圍堰內(nèi)淤泥分成兩部分，對于淤泥厚度大于0.8 m的采用脫水固結法施工，對小于0.8 m的淤泥采用原位固結法。淤泥脫水固結處理系統(tǒng)工藝流程如下：通過吸泥船將疏浚泥漿經(jīng)過管道輸送至沉淀池，經(jīng)過格柵機攔污和重力沉淀后，自流入調(diào)節(jié)池，泥漿在調(diào)節(jié)池完成濃度調(diào)理后，再泵送至均化池，在輸送管道中投加固化劑，泥漿在均化池均化后泵送至板框壓濾機進行泥水分離，形成泥餅，泥餅采用自卸式密閉槽車輸送至消納單位。調(diào)節(jié)池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脫水的濾出液經(jīng)過泵送至尾水反應沉淀池反應后達標排入管網(wǎng)。原位固結是向淤泥中添加固化材料，通過晾曬、排水、攪拌混合、養(yǎng)護、碾壓密實，使淤泥、水、固化材料之間發(fā)生一系列的水解和水化反應，使得松軟無強度的淤泥變成具備一定力學性能的回填土料。

5 結語

東湖隧道作為國內(nèi)最大的城中湖隧道，設計初期為了便于設計工作開展，根據(jù)該工程的特點分別委托同濟大學和浙江大學進行東湖隧道通風、空氣凈化技術方面的課題研究?？蒲袉挝环謩e現(xiàn)場實測武漢長江隧道、杭州慶春隧道、上海延安東路隧道的相關數(shù)據(jù)，通過模型試驗分析為設計提供了技術標準。東湖隧道的建設將會完善我國城市隧道的規(guī)范標準，為需要采用空氣凈化系統(tǒng)的地下道路工程建設提供借鑒。

[1]武漢市政工程設計院有限責任公司.東湖通道工程可行性研究報告[R].武漢：武漢市政工程設計院有限責任公司，2012.

[2]同濟大學.風景區(qū)特長湖底城市隧道通風關鍵技術研究[R].上海：同濟大學，2013.

[3]浙江大學.風景區(qū)特長湖底城市隧道關鍵技術研究項目進展報告[R].杭州：浙江大學，2013.