城市環(huán)境敏感區(qū)域水下隧道生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)

張有桔，沈洪波，王 飛

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

水下隧道圍堰是為滿足隧道主體結(jié)構(gòu)施工需要，在一定范圍內(nèi)修建的臨時(shí)性擋水結(jié)構(gòu)，其作用是防止水和土進(jìn)入工程施工范圍，以便在圍堰內(nèi)排水，開(kāi)挖基坑，修筑隧道工程。圍堰形式多樣，其中鋼板樁圍堰由于其施工技術(shù)成熟、速度較快、抗?jié)B性能好、環(huán)境污染小且可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，在城市環(huán)境敏感區(qū)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。

懷寧路下穿天鵝湖隧道工程合肥市首個(gè)在城市環(huán)境敏感區(qū)域的水下隧道工程，于2019年2月23日開(kāi)工，2020年5月1日正式通車(chē)。隧道實(shí)施過(guò)程中通過(guò)生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)，成功的將工程施工對(duì)優(yōu)美環(huán)境的影響降到最低[3]。工程在施工過(guò)程始終受到多方關(guān)注，也有多家媒體對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了跟蹤報(bào)道，生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)對(duì)天鵝湖水體和周邊環(huán)境的保護(hù)效果贏得了參建各方和市民的高度認(rèn)可。本文結(jié)合工程實(shí)際，深入剖析水下隧道工程生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)類(lèi)似工程具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況

懷寧路為城市主干道，雙向六車(chē)道，設(shè)計(jì)速度 60 km/h，下穿天鵝湖隧道全長(zhǎng)685 m，暗埋段長(zhǎng)447 m，單箱兩孔閉合框架結(jié)構(gòu)，其中水下段約350 m，采用圍堰明挖法施工。

圖1 隧道縱斷面示意圖

圖2 隧道橫斷面示意圖

隧身開(kāi)挖范圍內(nèi)主要為第③層第四系全新統(tǒng)沖積層粉質(zhì)黏土(硬塑～堅(jiān)硬)，經(jīng)過(guò)前期多方案綜合對(duì)比分析，結(jié)合工期、造價(jià)和水下段開(kāi)挖深度(最大約11 m)，推薦采用上部4 m放坡+8 m寬施工平臺(tái)+下部φ1 000@1 300 mm懸臂樁支護(hù)方案，方便施工，有效減少施工對(duì)湖面的占用時(shí)間。

圖3 水下段支護(hù)方案圖

2 生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)采用可回收的鋼板樁替代土石進(jìn)行圍堰隔水，有效減小圍堰施工及拆除過(guò)程中對(duì)水體和環(huán)境的影響。根據(jù)受力和穩(wěn)定性計(jì)算[4,5]，圍堰設(shè)計(jì)寬6 m，采用拉森IV型鋼板樁(扣打)，外側(cè)樁長(zhǎng)8 m，內(nèi)側(cè)樁長(zhǎng)10 m，豎向設(shè)置一道橫向拉桿(φ28@1200 mm)，圍堰底部進(jìn)行1 m厚清淤后，內(nèi)部采用黏土分層夯實(shí)。圍堰頂部設(shè)置100 mm地面硬化層，并預(yù)留注漿孔，若在施工期間堰內(nèi)填土因沉降而與硬化層脫離，進(jìn)行補(bǔ)充壓密注漿[6]。

圖4 鋼板樁圍堰方案圖

(2)圍堰內(nèi)部回填土方充分利用岸上段開(kāi)挖土方，減少土方外運(yùn)工程量，減小土方外運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染[7]。

圖5 堰內(nèi)回填施工

(3)圍堰外側(cè)約5 m位置設(shè)置一道鋼板樁隔水墻，將圍堰施工引起湖水渾濁控制在一定范圍內(nèi)，避免影響湖區(qū)其他水域。隔水墻鋼板樁長(zhǎng)6 m，插入深度2 m，考慮圍堰外側(cè)過(guò)水面積減小后水流速度加快時(shí)，在隔水墻外側(cè)進(jìn)行塊石拋石固腳。

圖6 隔水墻與圍堰關(guān)系

圖7 施工控制效果

(4)通過(guò)頂部預(yù)留子圍堰加高條件，合理選擇設(shè)計(jì)設(shè)防水位，降低工程規(guī)模，節(jié)約工程造價(jià)。(圖6)子圍堰預(yù)留高度可結(jié)合設(shè)防水位和施工期可能出現(xiàn)的最高水位確定，一般取1～2 m，采用砂袋堆載，根據(jù)汛期實(shí)際水位情況靈活設(shè)置。

(5)通過(guò)設(shè)置橫向隔倉(cāng)鋼板樁(間距30 m一道)，增加圍堰整體剛度，并在內(nèi)側(cè)設(shè)置防滲復(fù)合土工膜，確保圍堰工程抗?jié)B性能。

圖8 橫向隔倉(cāng)示意

(6)通過(guò)計(jì)算合理控制圍堰與基坑圍護(hù)之間距離(≥1.5倍基坑開(kāi)挖深度)，在保證基坑開(kāi)挖施工用地要求同時(shí)，保證兩者的安全性互不影響，確保工程安全。

圖9 圍堰與圍護(hù)相互關(guān)系圖

(7)細(xì)化圍堰分期轉(zhuǎn)換構(gòu)造設(shè)計(jì)，在一期結(jié)構(gòu)頂板上施做三道平行構(gòu)造梁(30 cm厚，50 cm寬，2 m高)，構(gòu)造梁鋼筋錨入隧道頂板內(nèi)，在二期圍堰插入完成后，構(gòu)造梁槽內(nèi)采用M30砂漿回填，以保證二期圍堰鋼板樁穩(wěn)定和封閉的要求。

圖10 分期轉(zhuǎn)換構(gòu)造設(shè)計(jì)圖

3 結(jié) 論

本工程通過(guò)水下生態(tài)圍堰設(shè)計(jì)，成功將施工過(guò)程對(duì)天鵝湖和政務(wù)區(qū)環(huán)境的影響降到最低，確保了整個(gè)工程能夠在預(yù)計(jì)的工期內(nèi)順利完成。

通過(guò)本工程的設(shè)計(jì)和施工，總結(jié)城市敏感區(qū)域水下隧道生態(tài)圍堰的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)，以期對(duì)類(lèi)似工程有一定的指導(dǎo)作用。

(1)圍堰結(jié)構(gòu)盡可能選擇便于實(shí)施、環(huán)境影響較小的型式，通過(guò)本工程的成功經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明雙排鋼板樁圍堰具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2)通過(guò)在圍堰外側(cè)設(shè)置隔水墻能夠有效控制由于圍堰施工引起的水體渾濁擴(kuò)散范圍，有效控制施工對(duì)水體的污染。

(3)通過(guò)頂部預(yù)留圍堰加高條件，合理確定設(shè)防水位，能夠顯著降低工程規(guī)模，節(jié)約工期和投資。

(4)圍堰設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮圍堰轉(zhuǎn)換時(shí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、圍堰剛度和防水措施，并合理確定圍堰與圍護(hù)間距，確保工程安全。