风景区特长湖底城市隧道特点与关键技术创新

吕锦刚，蒋 乐，周 俊

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023）

1 项目概况[1]

东湖通道工程北起二环线水东段主线高架桥（红庙立交），止于喻家湖路与喻家山北路相交道口，全长10 634 m。东湖通道工程由东湖湖底隧道、团山隧道以及两岸接线组成，其中桥梁段长1 491 m，东湖隧道长7 035 m，团山隧道长1 264 m。东湖通道建设标准为城市主干路，主线设计车速60 km/h，双向6车道。

东湖通道工程是武汉市武昌大东湖地区的重点道路交通工程，对完善区域路网结构与缓解交通拥堵等方面具有重大作用，是东湖风景区重要的过境交通分流通道，为东湖高新区组织过江交通的快捷通道。通道兼有环境、景观、文化功能，对加强东湖景区环境保护，促进东湖景区利用与开发，凸显地域文化与彰显城市魅力有重大意义。图1为工程方案总平面图。

图1 工程方案总平面图

2 东湖隧道建设方案

东湖隧道起于九女墩北侧，下穿莦箕湖、郭郑湖，过湖心岛，再下穿汤菱湖、沿湖路、郭郑湖南侧、梅园大门和磨山小区，过鲁磨路与团山路路口后，起坡出地面。东湖隧道全长7 035 m，其中湖底段长4 500 m。

东湖隧道施工方法经过多轮论证及专家咨询，最终确定采用围堰明挖法。为了解决特长隧道通风、消防、逃生救援等问题，在隧道中部结合东湖风景区总规设置湖心岛，在湖心岛上设置4条逃生救援匝道和自然通风口（见图2）。

图2 湖心岛平面图

东湖隧道通风方案为自然通风+竖井分段通风，在湖心岛和磨山侧分别设置自然通风口，将左右线隧道各分为5个通风区段。火灾通风方案采用半横向排烟+自然排烟+纵向排烟相结合的方案。根据东湖隧道施工方法和通风方案，隧道结构在湖底暗埋段采用三箱结构（见图3）。

磨山侧采用双箱结构，见图4。

湖中段隧道采用围堰方法进行施工。由于东湖隧道处在国家级风景区，考虑东湖隧道施工期间对风景区交通、水生态环境的影响，采用双边钢板桩围堰，围堰净距100 m，堰内考虑了施工便道、临时堆土场以及材料加工场等临时用地，隧道施工期间景区沿湖道路不受干扰。图5为围堰施工断面示意图。

图3 湖底段隧道结构断面（单位：mm）

图4 磨山侧隧道结构断面（单位：m）

3 东湖隧道特点

东湖隧道作为全国最长的景区湖底城市隧道具有3个特点。

（1）隧道长度长。

东湖隧道全线位于东湖风景区核心景区内，根据景区主管部门要求，工程建设不得改变景区用地性质，彻底解决景区交通与城市交通的分离，采用全隧的建设方案。东湖隧道全长7 035 m，暗埋段长6 500 m，其中有4 500 m长隧道处在湖中，作为城市隧道为目前国内已建隧道中最长的湖底隧。由于隧道长，需要解决的专业技术问题较多，如通风、消防逃生、行车安全、节能等，因而在该工程中逐一进行了研究解决。

（2）隧道周边景区环境保护要求高。

隧道运营前后要求对景区空气环境、水环境、绿生植被进行最大限度的保护。东湖隧道沿线途经九女墩、疑海沙滩、磨山景区、东湖梅园、东湖樱园、磨山揽翠等核心景点。隧道建设期间要求不能影响各景区的交通出行，并且保护东湖水域的水质。景区内树木主要以池杉、落叶杉、苗木为主，东湖池杉是景区沿湖路一景，由于池杉树龄在50 a以上，移栽存活率极低，因此要求隧道建设尽量保护池杉，采用合理的施工方法少移池杉。为了不改变景区现状天际线，要求隧道不能建设高排风塔，湖底隧道建成后，不能影响湖底微生物的生存环境和生存空间的连续性。

（3）湖中临时围堰全国第一长。

东湖隧道穿过东湖，其中湖底隧道长4 500 m，由于东湖隧道采用围堰明挖法施工，为了尽量减少施工期间占用过大湖面，湖中围堰采用双边围堰。东湖湖面在刮风时候会起浪，根据水文报告，东湖浪高0.2～0.5 m，为了保护东湖水质，同时减少风浪在施工期间对围堰的冲击，围堰采用钢板桩围堰。双侧围堰总长8 100 m。

4 东湖隧道关键技术创新

（1）提出特长城市隧道通风设计标准，明确自然通风口设计方法。

图5 围堰施工断面示意图（单位：mm）

目前我国隧道设计规范多为公路规范，城市隧道通风标准多采用公路隧道规范或国际道路学会常设委员会（PIARC）有关“公路隧道汽车尾排和需风量”的最新报告的研究成果，没有城市隧道规范作为设计依据。由于公路与城市道路，国内与国际在车况、路况以及交通状况均有所差别，因此该标准并不完全适用于东湖隧道。东湖隧道作为全国最长的城市隧道，为了保证东湖隧道通车后的行车舒适性以及运营安全，需要明确东湖隧道内污染物设计浓度标准和阻滞交通设计标准，同时根据景区主管部门要求，保护景区自然天际线，东湖隧道采用自然通风+竖井分段通风的通风方案。自然通风口的设计除江苏省地方规范《城市隧道竖井型自通风设计与验收规范》（DGJ32/TJ 102—2010）对中、长隧道的自然通风口设计方法进行了相关规定外，没有其他设计规范作为参考。东湖隧道在磨山南侧设置了大量的自然通风口，自然通风口的设置间距、组合形式、面积、开口率等关键参数无法通过规范或者成熟案例明确。东湖隧道分别对武汉、上海已建成隧道内污染物进行实测研究，通过理论计算、模型实验分析以及运用计算机进行数值模拟，以获得隧道内速度场、压力场以及污染物浓度场的分布，给出通风设计标准以及自然通风口的设计方法。

（2）研究空气净化系统工作原理，提出隧道外污染物排放控制标准及环境质量标准，为东湖隧道采用空气净化系统提供设计依据[2-3]。

东湖隧道由于受景区环境保护要求，不允许设置高排风塔，根据住建部隧道选址意见批复，要求东湖隧道采用空气净化系统，由于目前该系统在国内尚无成功应用案例及成熟设备，该工程首次应用空气净化系统设计难度较大。国外从20世纪六七十年代就开始进行隧道空气净化系统的研究，主要研究的国家有日本、挪威、奥地利、德国、法国等。空气净化系统经历了从“静电除尘”单一技术向“静电除尘+脱硝”综合技术的逐步创新提升，空气净化技术在隧道项目中的应用已相对成熟。为了成功将国外成熟的空气净化技术运用于东湖隧道，我们针对国外的空气净化系统工作原理，对我国已建成城市隧道内洞口扩散物进行检测，并通过扩散模型评估研究隧道出口环境CO、NOx和PM2.5的变化规律，分析排放口附近的CO、NOx和PM2.5浓度的时空变化情况，结合CO、NOx和PM2.5的环境化学行为与转化机制，了解CO、NOx和PM2.5对隧道周边环境的污染效应，从而提出武汉东湖隧道空气净化装置设计参数，给出与区域环境空气质量规划相结合的武汉东湖隧道污染物空气净化标准。

（3）研究湖底淤泥无害化处理技术。

东湖隧道采用围堰明挖法施工，围堰面积总共有55万m2，根据环评报告要求，需要对围堰内有害淤泥进行无害化处理。目前国内对淤泥处理方法较多，但国内没有技术规范明确相关工艺，固化剂多为专利产品，各产品之间差异较大。由于在风景区内主管部门对环保要求高，在淤泥处理过程中要求临时施工场地小，不能有异味，处理时间不宜过长。为了确定适用于该项目的处理技术，设计对湖底淤泥的含水率、泥层结构组成、泥质化学成分等进行分析，按照淤泥的成份及厚度，将围堰内淤泥分成两部分，对于淤泥厚度大于0.8 m的采用脱水固结法施工，对小于0.8 m的淤泥采用原位固结法。淤泥脱水固结处理系统工艺流程如下：通过吸泥船将疏浚泥浆经过管道输送至沉淀池，经过格栅机拦污和重力沉淀后，自流入调节池，泥浆在调节池完成浓度调理后，再泵送至均化池，在输送管道中投加固化剂，泥浆在均化池均化后泵送至板框压滤机进行泥水分离，形成泥饼，泥饼采用自卸式密闭槽车输送至消纳单位。调节池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脱水的滤出液经过泵送至尾水反应沉淀池反应后达标排入管网。原位固结是向淤泥中添加固化材料，通过晾晒、排水、搅拌混合、养护、碾压密实，使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应，使得松软无强度的淤泥变成具备一定力学性能的回填土料。

5 结语

东湖隧道作为国内最大的城中湖隧道，设计初期为了便于设计工作开展，根据该工程的特点分别委托同济大学和浙江大学进行东湖隧道通风、空气净化技术方面的课题研究。科研单位分别现场实测武汉长江隧道、杭州庆春隧道、上海延安东路隧道的相关数据，通过模型试验分析为设计提供了技术标准。东湖隧道的建设将会完善我国城市隧道的规范标准，为需要采用空气净化系统的地下道路工程建设提供借鉴。

[1]武汉市政工程设计院有限责任公司.东湖通道工程可行性研究报告[R].武汉：武汉市政工程设计院有限责任公司，2012.

[2]同济大学.风景区特长湖底城市隧道通风关键技术研究[R].上海：同济大学，2013.

[3]浙江大学.风景区特长湖底城市隧道关键技术研究项目进展报告[R].杭州：浙江大学，2013.