蘇埃通道工程

蘇埃通道工程

1 工程意義

蘇埃通道工程是中國(guó)汕頭市交通路網(wǎng)規(guī)劃中4條跨海通道之一，是連接汕頭中心城區(qū)南北兩岸的重要交通工程，對(duì)形成高效的綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮汕頭市作為粵東地區(qū)“區(qū)域中心城市”的功能將起到重要作用。

2 工程概況

2.1工程設(shè)計(jì)

蘇埃通道工程按Ⅰ級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，兼具城市道路功能，雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為60 km/h。路線全長(zhǎng)6 680 m，隧道長(zhǎng)5 300 m，北岸明挖隧道長(zhǎng)1 540 m，南岸明挖隧道長(zhǎng)712.5 m。明挖隧道采用連續(xù)墻和工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑最大深度32.49 m，海域段3 047.5 m采用盾構(gòu)法施工。蘇埃通道工程隧道布置見(jiàn)圖1。

(a) 線路平面

(b) 線路縱斷面

盾構(gòu)隧道區(qū)間覆土厚度為9.7(0.65D)～17.2 m，最小覆土位于南岸始發(fā)端頭。隧道最低點(diǎn)位于主航道下方，覆土厚度為13.7 m，至海面埋深21.3 m，盾構(gòu)段隧道中部最大水土壓力為0.4 MPa。盾構(gòu)段設(shè)計(jì)為2條單洞隧道(見(jiàn)圖2(a))，隧道內(nèi)徑為13.3 m，外徑為14.5 m，內(nèi)設(shè)安全通道、應(yīng)急通道、電纜管廊、管溝及煙道(見(jiàn)圖2(b))。

2.2工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

蘇埃通道處于8度地震區(qū)，地層以海積、海陸交互相沉積和沖積類(lèi)型為主，主要穿越淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉細(xì)砂、中粗砂、礫石以及花崗巖層(見(jiàn)圖3)，砂層為孔隙承壓水層。

(a)(b)

圖2盾構(gòu)隧道橫斷面

圖3 地質(zhì)剖面圖

海中主航道下方隧道盾構(gòu)段存在3段基巖凸起(見(jiàn)圖4)，長(zhǎng)度約182 m，侵入隧道最大高度約6 m，平均抗壓強(qiáng)度為127.4 MPa，最大抗壓強(qiáng)度約210 MPa，切入隧道斷面的基巖RQD均在80%左右?；鶐r凸起段隧道斷面上部為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、中粗砂，②1淤泥標(biāo)貫擊數(shù)為1.16，承載力50 kPa； ②2淤泥質(zhì)土標(biāo)貫擊數(shù)為4.42，承載力60 kPa。該段覆土厚約13 m，主航道水深約8 m，水面至洞頂約21 m?？辈熨Y料顯示，南岸海域段在花崗巖⑥1全風(fēng)化層、⑥2強(qiáng)風(fēng)化層共10個(gè)鉆孔存在球狀風(fēng)化體，直徑為0.5～5.6 m，一般為1～3 m，巖芯一般成柱狀—長(zhǎng)柱狀，中風(fēng)化,強(qiáng)度達(dá)90 MPa。

圖4 基巖突起段縱斷面示意圖(單位: m)

3 工程難點(diǎn)及解決對(duì)策

3.1工程難點(diǎn)

蘇埃通道工程是我國(guó)首座位于8度地震烈度區(qū)的超大直徑海底盾構(gòu)隧道，也是國(guó)內(nèi)首條采用超大直徑盾構(gòu)穿越復(fù)雜地層的海底隧道，工程綜合難度和風(fēng)險(xiǎn)在目前我國(guó)同類(lèi)型工程中最高，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念和施工創(chuàng)新提出了很高的要求，其特點(diǎn)和難點(diǎn)概括如下。

1)大。采用直徑15.03 m泥水盾構(gòu)，是世界上直徑最大的盾構(gòu)之一。

2)淺。本工程水域段全部采用盾構(gòu)掘進(jìn)，小于1D淺覆土段占到線路總長(zhǎng)的57%，且上部覆土層以淤泥和淤泥質(zhì)土等軟土為主，具有高觸變性，存在掘進(jìn)時(shí)掌子面極易變形失穩(wěn)和盾構(gòu)栽頭、管片易上浮、刀盤(pán)結(jié)泥餅形成堵塞等風(fēng)險(xiǎn)。

3)高。該工程為中國(guó)第一條設(shè)防烈度為9度的海底盾構(gòu)隧道，我國(guó)尚無(wú)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需充分考慮結(jié)構(gòu)抗震性能、地震下結(jié)構(gòu)防水及接頭抗震(含材料)等相關(guān)新內(nèi)容。

4)強(qiáng)。盾構(gòu)穿越3段花崗巖凸起地段，基巖強(qiáng)度高、地層力學(xué)性質(zhì)差異性強(qiáng)，在極端軟硬不均復(fù)合地層中掘進(jìn)。下部中微風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度高，刀具非正常損壞嚴(yán)重，頂部軟土本身自穩(wěn)性差，易受擾動(dòng)坍塌，且海中硬巖爆破處理效果不理想，出現(xiàn)“人造孤石”。

5)險(xiǎn)。隧道穿越震陷軟土、液化砂土、花崗巖硬巖凸起、孤石等各類(lèi)挑戰(zhàn)性地層，存在不明障礙物的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是孤石體量小且分布不具有明顯規(guī)律性，難以預(yù)測(cè),且與其周?chē)娘L(fēng)化體強(qiáng)度相差巨大，掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)大。

3.2解決對(duì)策

1)開(kāi)展超大斷面盾構(gòu)隧道的地震物理模型試驗(yàn)研究，有針對(duì)性地采取管片結(jié)構(gòu)防震、薄弱環(huán)節(jié)消能減震、隔震等綜合措施。

2)通過(guò)國(guó)際招標(biāo)采購(gòu)、專(zhuān)家論證等選擇有經(jīng)驗(yàn)的制造商，充分發(fā)揮中鐵隧道局集團(tuán)施工經(jīng)驗(yàn)豐富和對(duì)地質(zhì)條件認(rèn)知準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)與盾構(gòu)制造商的對(duì)接融合，確保盾構(gòu)設(shè)計(jì)性能可靠，并做好全過(guò)程制造質(zhì)量監(jiān)控。

3)針對(duì)本工程在不良地質(zhì)(如基巖突起、花崗巖球狀風(fēng)化體、淺覆土、軟土震陷等地層)中掘進(jìn)，存在的刀具磨損、高頻率換刀、刀盤(pán)結(jié)泥餅、工作面失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使其具備常壓換刀、軟硬刀具可互換、主軸承伸縮、刀盤(pán)刀具耐磨保護(hù)和檢測(cè)系統(tǒng)、防泥餅沖刷系統(tǒng)、防海水對(duì)盾構(gòu)的銹(腐)蝕等功能。

4)在常壓刀盤(pán)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化刀具配備、刀間距和全方位磨損檢測(cè)裝置，使其具備高效破巖能力，在常壓下更換刀具，盾構(gòu)直接掘進(jìn)通過(guò)3段基巖凸起段。掘進(jìn)時(shí)采用超壓平衡方式，保持上部軟土地層的穩(wěn)定性，同時(shí)采用低轉(zhuǎn)速掘進(jìn)，減輕掘進(jìn)對(duì)軟土地層的擾動(dòng)。

5)在淺覆土淤泥地層及淤泥質(zhì)黏土地層中掘進(jìn)時(shí)，采取徑向大流量沖刷(流量1 100 m3/h)，使渣土快速進(jìn)入到泥水艙以減小結(jié)泥餅的可能； 分區(qū)操作推進(jìn)油缸壓力，保持盾構(gòu)整體重心在合理的區(qū)段內(nèi)，防止盾構(gòu)栽頭； 同步注漿采用快凝漿液及時(shí)充填空隙，遏制管片上??； 利用預(yù)留超前注漿功能，必要時(shí)對(duì)淤泥軟弱地層進(jìn)行超前注漿預(yù)加固，確保隧道施工過(guò)程中方向可控以及運(yùn)營(yíng)期隧道沉降與變形可控。

6)通過(guò)掘進(jìn)前地質(zhì)物探、鉆探、補(bǔ)勘鉆探等方法和掘進(jìn)中盾構(gòu)設(shè)備配置的孤石探測(cè)裝置，對(duì)海域球狀風(fēng)化體(孤石)進(jìn)行提前探測(cè)，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。周?chē)貙虞^好時(shí)，孤石不隨刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)直接破碎通過(guò)； 周?chē)貙虞^差時(shí)，孤石易隨刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)孤石周邊土層進(jìn)行洞內(nèi)注漿加固，然后盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)。

4 工期

工程于2016年4月開(kāi)工，計(jì)劃2020年3月30日建成通車(chē)。

5 工程參建單位

項(xiàng)目采用PPP模式建設(shè)，由中鐵隧道局集團(tuán)有限公司與湖南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)施工總承包。

6 供稿人

中鐵隧道局集團(tuán)有限公司： 王超峰。