厦门轨道交通2号线跨海段方案研究

谷　亮

(中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063)

厦门轨道交通2号线跨海段方案研究

谷亮

(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063)

摘要厦门轨道交通2号线作为国内第一条地铁下穿海域的轨道线路，其跨海段为2号线全线的关键工程与控制性工程。该段地质条件复杂，周边控制性因素多，为降低工程风险、减少工程投资、缩短施工工期，从线路、车站建筑、地质条件、施工工法、工程投资等角度对跨海段方案进行了综合分析，并结合国内外成熟的隧道设计经验，提出了厦门2号线跨海区间的隧道建设方案，为轨道交通2号线跨海段的线站位方案选择提供参考。

关键词交通运输工程地铁跨海隧道方案线路

随着城市建设、交通的发展，我国地铁工程也进入了蓬勃发展阶段，国内地铁工程积累了大量的地铁选线[1-2]及建设经验，但地铁下穿海域的轨道交通在国内尚属首次。因此，对厦门轨道交通2号线跨海隧道的工程重点、难点进行分析并找出对策，是至关重要的。

1国内外工程案例

海底隧道的发展史，是从1802年提出英法海底隧道设想开始的，但受到当时科技和资金上的限制，直到1993年这一伟大的构想才得以实现。

日本20世纪40年代在关门海峡修建的海底隧道是世界上最早的海底隧道。20世纪70年代后，在日本、挪威、英国等国家，大量的海底隧道相继建成。

日本于1985年贯通了穿越津轻海峡的青函海底铁路隧道，全长53.85 km。日本青函海底隧道与英法海峡隧道堪称20世纪最宏伟的隧道建设壮举。自上世纪90年代以后，以青函隧道的成功修建为契机，世界各国横跨海峡的隧道工程如雨后春笋般大量涌现。比如，丹麦大海峡铁路隧道，全长7.9 km，于1995年贯通。

盾构法盾构法(TBM)是一种采用盾壳进行保护，利用机械对土体或岩石进行开挖的隧道掘进方式。盾构法是在软土地层中修建隧道的一种施工方法，其历史已有约170年。最早采用盾构法施工的是在英国伦敦泰晤士河修建的长458 m的一座水底隧道(1843年建成)。广深港客运专线深港隧道、狮子洋隧道[3]都是国内采用复合式盾构的成功案例。

矿山法也是国内外修建隧道和其他工程普遍采用的施工方法，在国内外均是成熟的技术。世界上已建最长的钻爆法海底隧道是日本的青函海底隧道，全长54 km。

2工程概况

厦门市是我国最早实行对外开放政策的4个经济特区之一，为强化厦门市作为区域中心城市的作用和增强其现代化综合交通功能、加强厦门本岛与陆地间的连接，建设地铁越海隧道具有重要的政治和经济意义。

厦门轨道交通2号线一期工程海沧大道站—东渡路站区间隧道下穿厦门西海域，是我国第一个穿越海底的地铁隧道，采用盾构法施工在国内尚属首次。

跨海隧道所穿越的厦门西港海域，海岸线较顺直，海沧侧为滩涂潮间带，厦门西港主航道靠近厦门岛侧，航道西侧链状分布火烧屿、大兔屿、小兔屿、白兔屿等岛礁，大兔屿最高点约35.1 m；同益码头-国际旅游码头小轮泊位前沿现有海达汽渡航道，宽约110 m；汽渡航道与主航道之间分布较多暗礁。

隧址距离海沧大桥约1.5 km，该处海床海面开阔，海槽横向较为平坦，海床较稳定，海面宽约2.1 km；水深：西浅东深，主航道水深约30 m。

跨海段地质情况复杂多变，基岩面波动起伏大，基岩构造复杂，岩土层种类较多，岩土层的埋深、厚度及性能变化较大，且分布有多条风化槽，国内尚无跨海地铁的实施案例，工程风险大，其成败直接关系到整个2号线的成败，为2号线的重点和难点工程、控制性节点工程。

作为第一个穿越海底的地铁盾构隧道，主要具有以下一些特点：

(1) 两端接线位于城市中心区，环境要求高，其中海域段为白海豚控制保护区。

(2) 盾构连续掘进距离长，其中海域段长约2.12 km。

(3) 工程地质、水文地质条件复杂，工程风险大，存在多条风化破碎带、断层。

3跨海段线路方案比选

根据建设规划、城市规划[4]、跨海段周边环境及跨海段两侧接线方案等，目前跨海段有 3 个线位的比选，见图1。鉴于跨海段的复杂性，线位的选择尤为关键。对3个线位，在满足基本系统功能的前提下，开展工法研究，对线位进行综合比较及评价，为下阶段深入工作奠定基础。

图1　跨海段线站位方案比选示意图

3.1　方案一：北线方案(海沧大道—邮轮城)

该方案东接邮轮母港，西接海沧建成居住区和海沧CBD，长3 050 m，海域段2 200 m。本线位隧址处主要受 F8，F10 主断层及支断层的影响。F8 断层影响长约110 m，F10 断层影响长约681 m。结合本线路地质纵断面的具体特点、跨海隧道修建工法施工运营需求、两端车站站位及埋深等综合考虑，本次研究共设计了深埋和浅埋2 个方案。

(1) 深埋方案。深埋方案采用矿山法施做，将线路尽可能地埋置于中微风化岩层中，减少穿越全强风化层、断裂破碎带的长度。

①隧道穿越全强风化300 m+部分花岗岩280 m+全强风化1 540 m+石英砂岩530 m。

②局部地段盾构穿越中等风化变质石英砂岩及花岗岩，上软下硬地层。

受区间埋深控制[5]，本方案的海沧大道站埋深41 m，为地下6层站，东渡路站埋深35 m，为地下5层站。

(2) 浅埋方案。浅埋方案采用盾构法施做，在大兔屿设置中间风井，在满足两端车站正常设计需求、隧道施工运营覆土等因素前提下，尽可能减少线路穿越中微风化岩层的长度。

①隧道穿越花岗岩580 m+风化槽270 m(地勘未完全揭露出范围)+砂质泥岩800 m+风化槽470 m+变质石英砂岩530 m。

②隧道穿越6处风化破碎带占27.9%；硬岩占82.1%。

受区间埋深控制，本方案的海沧大道站埋深15 m，为地下2层站，东渡路站埋深28 m，为地下4层站。

北线方案深埋矿山法方案隧道穿越长距离风化破碎带，见图2，存在较大施工风险，车站埋深大，运营条件较差；浅埋盾构法方案两岸车站埋深浅，工期较短，造价较低，运营条件较好。因此本线位方案推荐浅埋方案。

图2　北线方案地质纵断面

3.2　方案二：南线方案(海沧CBD-同益码头)

该方案连接海沧CBD与同益码头，长4 270 m，海域段3 520 m。本线位所对应的地层大致呈“W”型分布，受 F8，F10 主断层及支断层f1 的影响。破碎带附近基岩面较深，且影响范围宽。F8 断层影响长约445 m，F10 断层影响长约245 m。

南线方案同样也做了深埋、浅埋方案比选。

(1) 深埋方案。深埋方案采用矿山法施做，将线路尽可能地埋置于中微风化岩层中，见图3，减少穿越全强风化层、断裂破碎带的长度。

①隧道穿越花岗岩800 m+变质砂岩1 050 m+风化槽100 m+变质砂岩135 m+风化槽185 m+凝灰熔岩1 510 m。

②隧道穿越2处风化破碎带，占7.5%；硬岩占92.5%。

受区间埋深控制，本方案的CBD站埋深35 m，为地下5层站，建业路站埋深28 m，为地下4层站。

(2) 浅埋方案。浅埋方案采用盾构法施做，在满足两端车站正常设计需求、隧道施工运营覆土等因素前提下，尽可能减少线路穿越中微风化岩层的长度。

受区间埋深控制，本方案的CBD站埋深15 m，为地下2层站，建业路站埋深21 m，为地下3层站。

图3　南线方案地质纵断面

浅埋方案采用盾构施工，盾构穿越了长约930 m 中微风化花岗岩与凝灰熔岩，距离长，强度高，以及长约540 m 的软硬不均复合地层，相对而言，盾构施工风险较高；而深埋方案长约2 755 m 隧道位于中微风化岩层中，可采用矿山法修建跨海隧道，虽然穿越了多处破碎带及风化深槽，存在比较大的施工风险，但借鉴厦门翔安海底隧道的修建经验，该风险是可以克服的，且在建设方案上也较盾构单一断面灵活，因此本线位方案推荐线路纵断面深埋方案。

3.3　方案三：中线方案(沧林路—同益码头)

该方案连接海沧建成居住区与同益码头，长3 760 m，海域段2 860 m。本方案线位所对应的地层大致呈“一端高、一端低”形，本线位隧址处主要受 F8，F10 主断层及靠近大兔屿岛外侧支断层影响，且断层影响范围长约732 m。

南线方案做了深埋、深埋加浅埋组合方案比选。

(1) 深埋方案。深埋方案采用矿山法施做，将线路尽可能地埋置于中微风化岩层中，减少穿越全强风化层、断裂破碎带的长度。

①隧道穿越3处破碎带；F8，F10，f2，占17.4%，硬岩占82.6%。

②花岗岩500 m+风化槽320 m+砂质泥岩800+风化槽235 m+凝灰熔岩 1315 m。

③局部地段有未探明的风化槽。

受区间埋深控制，本方案的沧林路站埋深35 m，为地下5层站，建业路站埋深32 m，为地下4层站。

(2) 浅埋+浅埋组合方案。浅埋+浅埋组合方案采用盾构法+矿山法施做，对基岩埋深大的区段拟采用盾构法，该段线路尽可能减少线路穿越中微风化岩层的长度，见图4；而对基岩埋深浅的区段拟采用矿山法，该段线路尽可能地位于中微风化岩层中。

①隧道穿越全强风化1 910 m(盾构法)+凝灰熔岩1 290 m(矿山法)。

②盾构法1 910 m，占59.7%，矿山法1 290 m，占40.3%。

③盾构法局部穿越微中等风化砂质泥岩。

受区间埋深控制，本方案的沧林路站埋深21 m，为地下3层站，建业路站埋深32 m，为地下4层站。

图4　中线方案地质纵断面

中线方案单纯盾构法方案或矿山法方案均存在较大的施工风险，组合方案(盾构法+矿山法)，采用盾构法通过软弱地层，矿山法通过硬岩段，基本上避开了风化槽或断裂破坏带，施工上风险降低，且组合工法方案在工期、造价均较深埋方案有利。因此本线位方案推荐深埋和浅埋组合的线路纵断面方案。

3.4　方案比较

上述方案比较见表1。

表1　建设方案综合比较分析表

由表1可见，中线方案和南线方案地质条件较差，矿山法为主，风险大、工期长、造价高，北线方案地质条件相对较好，盾构法风险较小，工期短，造价低，因此本次研究推荐方案一北线方案。

4结语

作为国内首条跨海地铁，厦门市轨道交通2号线备受关注，复杂的地质条件加大了其设计、施工难度。本文通过对厦门2号线跨海段3个方案进行综合比较，从线路、工法、建设方案、工程投资等方面进行综合分析，考虑降低工程风险，缩短工期，减少工程投资等因素，最终确定了相对优化的推荐方案，为工程建设实施提供了有利的依据。可以看出，工程投资和工程可实施性都是选线时的重要因素，需要结合工程条件，建成后的社会效益和经济效益等多方面综合考虑。轨道交通为百年工程，应着眼于城市的长远规划和发展，采用相对经济、安全可靠的工程方案，尽可能地保证工程施工、运营安全。

参考文献

[1]张佩竹.地铁线路设计经验涉及问题的探讨[J].铁道工程学报,2001(4):43-46.

[2]张建宾.胶州湾隧道穿越海底断层破碎带施工方案探讨[J].铁道工程学报,2008(5):66-71.

[3]黄盾.广深港客运专线珠江狮子洋隧道有关设计问题的研究[J].铁道工程学报,2008(4):41-46.

[4]厦门市人民政府.厦门市城市总体规划(2010-2020)[R].厦门：厦门市人民政府，2010.

[5]GB 50157-2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Study on the Cross-sea Tunnel Scheme of Xiamen Metro Line 2

GuLiang

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：Xiamen Metro Line 2 is the first subway line wear under the sea. The Cross-sea tunnel is a key project in No. 2 line and control engineering. This project had a complex geological condition and many surrounding control factors. In order to reduce project risk, reduce the engineering investment, shorten the construction period, from the point of view of the path, the station construction, geological conditions, construction methods and project investment, the sea-crossing scheme are analyzed combining with domestic and foreign mature experience in tunnel design. The solution of Xiamen Metro Line 2 cross sea tunnel interval is put forward, which provide a reference for the selection of sea crossing positioning options of Xiamen Metro Line 2 segments.

Key words:traffic and transportation engineering; metro; cross-sea tunnel; scheme; path

收稿日期：2015-04-18

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.046