某港口城市過江隧道線位比選的方案研究

■宗 奇，邵引兵 ■中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065

1 項目背景

某港口城市是本國的主要對外門戶城市。還是本國的第二大城市和商業(yè)首府。K 河將城市一分為二。雖然目前K 河上共建了兩座大橋，但仍然難以滿足現(xiàn)有及日趨上升的巨大交通流量需求。因為河道獨特的形態(tài)，以及面臨河床泥沙淤積的問題，該國政府打算建設一條橫穿K 河的隧道來解決過江交通問題。

該國橋梁局被委任實施K 河多車道過江公路隧道項目。2010 年8月9 日，向入圍的國際顧問公司發(fā)布了邀請函和招標書，使其能夠參與可行性研究的投標。在預招標階段，建議的隧道位置位于市區(qū)的S 大橋和機場之間，咨詢工程師進行了現(xiàn)場訪問，訪察了備選的線位位置，并與合作咨詢公司走訪了幾個政府部門，比較了三個隧道線位。

2 隧道線位選擇的原則

線位方案的選擇和一系列重要問題密切相關，例如技術可行性、耐久性、可靠性以及其社會效益的實現(xiàn)性。有必要對隧道方案進行綜合的論述和比選，并在選擇線位之前充分考慮諸如城市建設現(xiàn)狀和規(guī)劃等因素?，F(xiàn)階段考慮了下列基本原則:

(1)所選擇的隧道線位應和城市區(qū)路網(wǎng)的主干道相連，以充分發(fā)揮隧道的服務功能和交通功能，并滿足城市的發(fā)展需求。

(2)由于K 河沿岸港口碼頭密布，項目可能需要穿過港口碼頭。需考慮城市的港口規(guī)劃。應預留足夠的空間，避免對碼頭的基樁產(chǎn)生不利影響。

(3)應考慮水文和地質(zhì)對線位方案產(chǎn)生的影響。

(4)應考慮K 河通航對線位方案產(chǎn)生的影響。

(5)該國海軍基地位于K 河西岸南端。隧道線位應盡量避開該國海軍基地，以減少可能產(chǎn)生的潛在影響。

(6)城市西岸市區(qū)建筑物相對密集。由于當?shù)赝恋厥撬接械?，因此實施征地拆遷計劃難度較大。進行線位選擇時將優(yōu)先選擇具有更好施工條件的走廊帶。應盡量避開市政設施、高壓線網(wǎng)以及其他城市基礎設施例如電力、通信和光纜。應最大化減少征地拆遷工作。

3 隧道線位的綜合比選

總體來說，線位A 和線位C 都值得進一步研究。這兩個線位都具有很強的服務功能，只是側重點不同。線位A 在提供市區(qū)交通服務方面能力很強而線位C 則在提供過境交通服務方面能力很強。線位A 將很好地連接K 河西岸的核心市區(qū)和東部的未開發(fā)地區(qū)，帶動東西兩側地區(qū)的發(fā)展，從而促進城市的整體發(fā)展。但是，線位A 需要穿過現(xiàn)有港口碼頭的樁基，其施工規(guī)模、風險和成本都是很大的。線位C 可以將規(guī)劃道路與已有的城市道路、過境公路連接起來，形成一條快速過境通道。線位C 能夠加強區(qū)域的交通連接，加速區(qū)域交通和運輸發(fā)展，還能促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。線位C 在加強該國南部深水港的有效利用和完善國家公路路網(wǎng)方面起著重要作用。另一方面，目前兩座橋梁都面臨著越來越大的交通壓力，其中過境卡車占很大的比例，S 大橋的交通量甚至趨于飽和。因此，從國家長期發(fā)展的角度來看，考慮到緩解現(xiàn)有橋梁的過境交通壓力，以及服務功能、交通功能、施工規(guī)模、風險和成本等因素，認為在該城市修建一條快速過境通道勢在必行，刻不容緩，通過主要考慮因素的評分比選推薦線位C，詳見表1。同時，隨著該城市的不斷擴張和發(fā)展，可能也會考慮沿線位A、B 甚至其他位置修建其他隧道，以改善該城市整體交通路網(wǎng)，促進K 河東西岸的整合。

表1 隧道線位比選評分表

4 隧道推薦線位的洞口連接

C 線方案位于城市郊區(qū)K 河入海口位置，西岸起點與KAA 路相接，遠期向西延伸可與規(guī)劃路相接，路線自西向東沿KAA 路布設，依次下穿兩條城市道路、至海軍學院東北角，穿K 河至港口東岸，在東岸漫灘上出洞。為減少本項目對化肥廠傳送帶及河堤的影響，擬定隧道出洞后以高架形式上跨化肥廠傳送帶及河堤后，與地方現(xiàn)狀道路順接，沿地方現(xiàn)狀道路走廊帶繼續(xù)向東，終點與省道相接。形成快速便捷的過境交通通道，緩解現(xiàn)有橋梁過境交通壓力，同時也能吸引城區(qū)過河交通向郊區(qū)擴散，優(yōu)化市區(qū)交通，減少過河交通與市區(qū)交通相互干擾。

為滿足防洪要求，東岸隧道洞口周圍設置圍堰圍護，由于目前東岸地方現(xiàn)狀道路寬度約8m(遠期規(guī)劃為36m)，且道路走向曲折，半徑較小約30m 左右，因此，本項目東岸地方現(xiàn)狀道路需要優(yōu)化和改建，以發(fā)揮擬定隧道引道的功能。引道工程定位為市區(qū)干線公路功能，不完全封閉，考慮沿線兩側相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，對支路采取部分控制出入措施。

5 隧道施工方法比選

目前，水下隧道的施工工法主要有盾構法、沉管法、鉆爆法、堰筑法四種。隧道施工工法的選擇在很大程度上取決于場地的地形條件、地質(zhì)條件、水文條件、兩岸建設環(huán)境和隧道功能需要等方面的要求。對于本項目，由于河水較深，最大深度達到20m，水流速度較快，最大流速達到3m/s，堰筑法不適合;由于本項目基巖埋置深度達到100 多米，如果采用鉆爆法施工，則隧道長度長，建設規(guī)模大，兩岸接線困難，工程造價高，所以鉆爆法不適合;沉管法施工對航道影響極大，易受河水最大流速降雨及臺風的影響，且存在隧道基槽開挖期間的回淤問題，所以沉管法不適用。盾構法滿足河水深度、流速、地質(zhì)情況的要求，且對航道無影響、技術成熟、成本相對較低，綜上所述。盾構施工工法為最佳的施工方案。

6 水下隧道盾構設計原則

本項目盾構主要穿越地層為極密細沙，且隧道縱向部分上半斷面地層為中密-密級粉細砂或堅硬-硬質(zhì)粘土。盾構段總長2450m，最大縱坡為4%，最小平面曲線半徑為1500m。隧道覆土厚度為30.9m。以百年一遇設計洪水位6.74m 為水位設計標準，隧道拱頂最大水壓力為0.414MPa。設計應滿足以下原則:

隧道結構應滿足施工、運營、抗震等要求，同時做到安全、適用、經(jīng)濟。主體結構設計的使用年限為100 年。該城市位于地震區(qū)Ⅱ中，水平地震加速度設計值是0.15，以此為基礎進行結構抗震設計。盾構段橫斷面設計應綜合考慮建筑限界、設備限界、安全疏散等功能要求及綜合施工誤差等因素。隧道襯砌宜采用具有一定剛度的柔性結構，應限制其變形和接頭張開量，滿足結構受力和防水要求。隧道結構應對施工和使用階段不同工況進行結構強度、變形計算，結構構件裂縫寬度應滿足相應的設計要求。結構設計在滿足強度和剛度的前提下，還須同時滿足防水、防腐蝕、安全、耐久等方面的要求。襯砌結構橫向計算模式應根據(jù)地層情況、襯砌構造特點、結構的實際工作條件等確定，宜考慮襯砌與地層共同作用及裝配式襯砌接頭的影響。隧道在荷載、結構、地質(zhì)條件發(fā)生變化的部位或因抗震需要設置變形縫時，應采取可靠的工程處理措施，確保變形縫兩側的結構不產(chǎn)生影響使用的不均勻沉降，變形縫的設置形式、間距等應滿足結構防水要求、抗震等要求。進行結構設計時，要求隧道管片既能滿足能適用不同荷載條件和地質(zhì)條件等要求，又要盡量采用統(tǒng)一的襯砌類型標準以方便裝配式襯砌的統(tǒng)一生產(chǎn)。對隧道管片的設計要求能適用盾構機在中密-密實粉細砂和極密細砂中掘進過程中，隧道管片作為千斤頂后座的縱向傳力要求。

7 結語

國外過江隧道的發(fā)展歷史已經(jīng)一百多年，國內(nèi)也已經(jīng)四十多年，且在不斷的進步。目前該項目合同已經(jīng)簽訂，通過該港口城市過江隧道線位比選考慮因素的研究，希望為今后類似城市過江隧道的線位比選提供有益參考。

［1］譚忠盛，王夢恕，羅時祥.瓊州海峽鐵路隧道方案初步比選分析［J］.中國工程科學，2009(07).

［2］韓雪.過江隧道在城市交通中的應用探討［J］.中國港灣建設，2004(05).

［3］何川，封坤.大型水下盾構隧道結構研究現(xiàn)狀與展望［J］.西南交通大學學報，2011(01).

［4］孟劍波，李永軍.過江隧道盾構的施工技術［J］.黑龍江交通科技，2013(10).