城市越江通道的工法比選分析

黃文非

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 越江通道工法介紹

越江通道一般可采用橋梁或隧道形式越江。

越江大橋技術成熟，地質勘查工作要求低于隧道，行車條件好，成本也相對較低。但安全性相對較差，不僅可能對水流造成影響，容易受到大風、大霧等天氣影響，橋梁施工對船只航行也有一定干擾。在城市中心區(qū)，橋梁方案通常受到橋下通航凈空，城市景觀、自然景觀、兩岸連接線和城市路網(wǎng)規(guī)劃等方面的制約，隨著隧道技術的發(fā)展與成熟，越來越多的越江通道以隧道的形式建造。據(jù)調查，世界上，在江河下游、中心城區(qū)的越江通道有85%以上的是以隧道形式存在。

目前水底隧道一般可以采用圍堰明挖法、礦山法、盾構法、沉管法等工法施工。

（1）圍堰明挖法是一種較為簡單的工法，一般用于水深不大或有枯水期出現(xiàn)的江河。目前國內采用圍堰明挖法施工的隧道有山西的汾河水下公路隧道、珠海的澳大河底隧道、山東臨沂的三河口隧道、武漢的東湖隧道、昆明的草海隧道及廣州流花湖隧道等。

優(yōu)點：施工簡單，隧道采用明挖法施工，施工安全風險小。

缺點：①圍堰明挖法采用圍堰施工，需影響河道的泄洪能力與船只通航能力。②圍堰施工會對自然環(huán)境造成較大的破壞。

（2）礦山法一般適用于基巖中的地下工程，目前國內采用礦山法施工的有廈門翔安隧道、青島膠州灣海底隧道、長沙瀏陽河隧道等。

優(yōu)點：①其橫斷面適應能力較好，基本可滿足任何交通工具及其組合形成的斷面需求，斷面沿隧道縱向布置可靈活多變。②在河床下進行暗挖施工，不受河道、航運、氣候等外部條件的影響，地面自然景觀環(huán)境不受施工影響。

缺點：①隧道施工對所處地層變形、土層擾動較難控制，尤其是軟土地層建造大斷面隧道、小凈距隧道、連拱隧道對地層的擾動影響更大，對江河兩岸的防汛大堤存在較大影響。②施工環(huán)境差，施工難度大、進度慢、風險高，施工中措施處理不當極易出現(xiàn)拱頂塌落、掌子面失穩(wěn)的風險，造成的是毀滅性的后果。③位于水域下的隧道必須保證一定的覆土厚度，國內同類隧道工程覆土厚度至少保持1 倍隧道毛洞寬度，對于兩車道隧道，其最小覆土厚度約為10m；對于三車道隧道，其最小覆土厚度約為15m，對兩岸道路接線布置和交通組織等帶來困難。

（3）沉管法是在海岸邊的干塢里或大型船臺上將隧道管節(jié)預制好，再浮拖至設計位置沉放對接而后溝通成隧道的一種隧道施工方法。沉管隧道主要有鋼殼管段隧道與混凝土管段隧道。

沉管法施工順序：船臺上或干塢中制作隧道管段→封墻密封管段兩端→滑移下水或在塢內放水，使其浮在水中→逐節(jié)拖運管段到隧道設計位置→定位→管段內注水加載，使其下沉至水底基槽內→水力壓接法將相鄰管段連接。→拆除封墻，使管段連通→在其頂部和外側用塊石覆蓋，以確保隧道安全[1]。

世界最長的沉管隧道是中國2018 年完成的港珠澳沉管隧道，隧道段總長6.766km，其中沉管段長5664m。

目前，我國已具備大斷面，長距離沉管隧道的建設能力并積累了豐富的經驗。此工法修建水底隧道成為國內外優(yōu)先考慮的工法之一。

優(yōu)點：①隧道埋深淺，使隧道兩岸經濟高度發(fā)展、社會活動頻繁地區(qū)的交通疏解能得到最大限度的優(yōu)化和解決。②建設期間實現(xiàn)多工作面同時作業(yè)，使沉管隧道的工期大大縮短。

缺點：①江中段采用沉管法施工，基槽開挖、管段浮運、管段沉放等階段需臨時改移航道或者封航，影響航道正常使用。②岸上干塢采用圍堰明挖法施工，占地面積大。③水流速度大于3.0m/s，或水流方向不穩(wěn)定，或河床有深溝、地形陡峭，會造成管節(jié)浮運、沉放、對接困難。

（4）盾構法是采用特殊盾構機械，在保護掌子面穩(wěn)定的同時進行安全掘進，同時在后面則裝上管片襯砌組件拼裝成環(huán)形成隧道結構，利用其反作用力掘進的一種隧道施工方法。我國的盾構技術成熟，目前國內盾構隧道最大直徑為武漢三陽路長江隧道φ15.2m。中國大直徑盾構法修建水底公路隧道已經達到世界先進水平。

此工法對隧道的埋深、地層條件的適應性較好。目前是水底隧道修建的常選工法之一，常用的盾構掘進機和工法有土壓平衡盾構和泥水平衡盾構兩種。

優(yōu)點：①在盾構支護下進行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)、氣候等外部條件的影響。②盾構的推進、出土、襯砌拼裝等可實行自動化、智能化和施工遠程控制信息化，掘進速度較快，施工勞動強度較低。③場地作業(yè)少，隱蔽性好，因噪聲、振動引起的環(huán)境影響小，地面人文自然景觀受到良好的保護。④在松軟地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑隧道，具有經濟、技術、安全等方面的優(yōu)勢[2]。

缺點：①盾構機械設備昂貴，建造小于750m 的隧道經濟性較差。②隧道的襯砌、運輸、拼裝、機械安裝等工藝較復雜。③用于施工小曲率半徑隧道時，掘進困難。④在飽和含水的松軟地層中施工，地層沉陷風險較大。⑤需要設備制造、氣壓設備供應、襯砌管片預制、襯砌結構防水及堵漏、施工測量、場地布置、盾構轉移等施工技術的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調復雜。⑥盾構法施工最小覆蓋層厚度約為盾構直徑的（0.7~1）D（D 為隧道直徑），雙向六車道時一般采用分離式雙洞隧道，左右線隧道間距不宜小于（0.6~1）D。

2 實例分析

2.1 項目概況

化龍-開發(fā)區(qū)西區(qū)過江通道位于番禺區(qū)化龍鎮(zhèn)與開發(fā)區(qū)西區(qū)，南邊起于番禺區(qū)金山大道，跨越新沙航道、赤沙航道以及黃埔新港碼頭，北邊止于東江大道。

2.2 工法比選

根據(jù)工程建設環(huán)境條件全方位，多角度對橋梁、隧道方案進行以下分析比選。

2.2.1 現(xiàn)狀條件分析比選

橋梁方案：上跨黃埔新港碼頭，對碼頭的正常運營造成嚴重影響。

盾構隧道方案：根據(jù)總體設計，隧道從黃埔新港碼頭東南側下面-30m 處穿過，施工時嚴格控制地面沉降，對碼頭的正常運營基本沒有影響。

沉管隧道方案：沉管法需要設置岸上明挖段連接沉管段，涉及碼頭公司的征地拆遷及回遷工作，實施難度較大。

2.2.2 交通轉換功能分析比選

橋梁方案：工程所在珠江水域的航道等級、通航標準、通航凈空高，如果主線采用橋梁方式跨越水道，在滿足通航要求的前提下，及時采用橋梁最大縱坡要求，兩岸橋梁的接線長度也至少需要700m，無法有效的解決兩岸沿江道路的交通轉化。

盾構隧道方案：盾構法在水下時，需確保隧道頂覆土厚度一般為（0.7～1）D。如果采用隧道（盾構工法）方案過江，隧道埋深較深，兩岸接線長度約450~600m，過江通道需通過隧道附近的南大干線完成交通轉換。

沉管隧道方案：沉管法在滿足航道要求的前提下，埋深較淺，為滿足隧道抗浮系數(shù)不小于1.2 的要求，隧道頂覆土厚度約為2.5m。結合本項目，如果采用沉管法方案過江，兩岸接線長度約350~450m，長度最短，兩岸沿江道路交通可以直接利用此交叉口完成交通轉換[3]。

2.2.3 對環(huán)境的影響分析比選

橋梁方案：橋梁施工期間，在江域作業(yè)面較大，對珠江生態(tài)環(huán)境影響較大，運營期間產生的噪聲、塵土對周圍環(huán)境的污染且橋墩對通航、河床、水流均有影響。

盾構隧道方案：隧道位于河床下，對通航、河床、水流均無影響，施工期間不對珠江生態(tài)環(huán)境造成破壞，運營期間產生的噪聲、塵土對周圍環(huán)境影響較小，但應考慮隧道通風對大氣環(huán)境的影響。

沉管隧道方案：施工對航道影響大，可以通過采用開辟臨時航道、航道管制等綜合措施解決，但費用及管理難度較高，施工期河床斷面的變化主要影響基槽開挖量的大小，對施工難度影響不大，但回淤量對基槽施工影響大。沉管基槽開挖量大，除部分用于基槽回填外，其余須運至專用棄渣場填埋，施工對江域環(huán)境影響較大[4]。

2.2.4 外界影響分析比選

橋梁方案：受臺風、大霧天氣影響大，抗震性能較差、抗戰(zhàn)毀能力較弱。橋墩易受船舶碰撞，輕則橋墩破損，重則橋梁倒塌，船舶沉沒，航道堵塞，近年來已發(fā)生多起惡性碰撞事件，需采取防護措施。結構暴露于大氣中，抗腐蝕能力相對較差，承受超載能力較差。

隧道方案：隧道可全天候運行，不受臺風、大霧天氣影響，抗震性能好、抗戰(zhàn)毀能力強。位于河床下，不受船舶碰撞影響。結構位于巖土介質中，抗腐蝕能力較強，承受超載能力較強。

2.2.5 施工及造價分析比選

橋梁方案：跨江大橋技術比較成熟，施工難度較小，工程地質勘查工作要求低于隧道，行車條件好，成本也相對較低，但需拆遷黃埔新港碼頭。

盾構隧道方案：技術成熟，但隧道遇火災、水災、爆炸等突發(fā)事件時，損失比橋梁大；隧址地質勘探工作量大；隧道運營期間所需要的通風照明等運營費用比橋梁高；水下施工工作量比橋梁大。大部分暗挖施工，拆遷量較小。

沉管隧道方案：兩岸均需設置大規(guī)模的圍堰與護岸工程，施工難度大，技術要求高；施工對防洪有一定影響。兩岸圍堰及護岸施工需破除既有防洪堤，圍堰占用河道，依靠臨時防洪堤保證施工期汛期的安全，對防洪有較大的影響。全明挖施工，拆遷量較大

2.3 橋隧方案概述

橋梁方案：采用雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，主橋跨徑組合為（64+256+660+26+64）m，主橋全長 1330m，橋面以上塔高為147m。其余引橋跨徑按標準跨徑35m布設，跨越路口跨徑增大為50m，兩側設置35m 的邊跨，形成（35+50+35）m 一聯(lián)的連續(xù)箱梁[5]。圖 1 為主橋立面圖。

圖1 主橋立面圖

盾構隧道方案：盾構隧道擬采用雙向六車道標準建設，結合隧道檢修道及逃生系統(tǒng)的情況，盾構隧道管片外徑為14.5m，內徑13.3m，單環(huán)管片長度為2m，管片厚度為60cm。圖2 為盾構隧道斷面。

圖2 盾構隧道斷面

沉管隧道方案：沉管采用雙向六車道的結構斷面，沉管段橫向尺寸為31.4m，隧道埋深淺，水壓力相對較小，斷面形式采用混凝土管段斷面形狀比較有利，沉管段共分8 段，管節(jié)長度均分別為3×115m+5×113m，共長910m。圖3 為沉管隧道斷面。

圖3 沉管隧道斷面

3 結語

結合工程的場地、周邊環(huán)境及工法本身的特點，分別對橋梁、隧道的過江方案進行對比論證，結論如下。

對于化龍-開發(fā)區(qū)西區(qū)通道而言，采用盾構法隧道方案時，雖然工程費用相對較高，但在交通功能、景觀效果、環(huán)境影響、防災減災、社會經濟、生態(tài)環(huán)境等多方面的綜合效益要優(yōu)于橋梁和沉管法隧道方案，因此采用對黃埔新港的正常運營影響最小盾構法隧道為推薦方案。