某港口城市过江隧道线位比选的方案研究

2015-12-02邵引兵中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

江西建材 2015年18期

■宗奇，邵引兵 ■中交第二公路工程局有限公司，陕西西安 710065

1 项目背景

某港口城市是本国的主要对外门户城市。还是本国的第二大城市和商业首府。K 河将城市一分为二。虽然目前K 河上共建了两座大桥，但仍然难以满足现有及日趋上升的巨大交通流量需求。因为河道独特的形态，以及面临河床泥沙淤积的问题，该国政府打算建设一条横穿K 河的隧道来解决过江交通问题。

该国桥梁局被委任实施K 河多车道过江公路隧道项目。2010 年8月9 日，向入围的国际顾问公司发布了邀请函和招标书，使其能够参与可行性研究的投标。在预招标阶段，建议的隧道位置位于市区的S 大桥和机场之间，咨询工程师进行了现场访问，访察了备选的线位位置，并与合作咨询公司走访了几个政府部门，比较了三个隧道线位。

2 隧道线位选择的原则

线位方案的选择和一系列重要问题密切相关，例如技术可行性、耐久性、可靠性以及其社会效益的实现性。有必要对隧道方案进行综合的论述和比选，并在选择线位之前充分考虑诸如城市建设现状和规划等因素。现阶段考虑了下列基本原则:

(1)所选择的隧道线位应和城市区路网的主干道相连，以充分发挥隧道的服务功能和交通功能，并满足城市的发展需求。

(2)由于K 河沿岸港口码头密布，项目可能需要穿过港口码头。需考虑城市的港口规划。应预留足够的空间，避免对码头的基桩产生不利影响。

(3)应考虑水文和地质对线位方案产生的影响。

(4)应考虑K 河通航对线位方案产生的影响。

(5)该国海军基地位于K 河西岸南端。隧道线位应尽量避开该国海军基地，以减少可能产生的潜在影响。

(6)城市西岸市区建筑物相对密集。由于当地土地是私有的，因此实施征地拆迁计划难度较大。进行线位选择时将优先选择具有更好施工条件的走廊带。应尽量避开市政设施、高压线网以及其他城市基础设施例如电力、通信和光缆。应最大化减少征地拆迁工作。

3 隧道线位的综合比选

总体来说，线位A 和线位C 都值得进一步研究。这两个线位都具有很强的服务功能，只是侧重点不同。线位A 在提供市区交通服务方面能力很强而线位C 则在提供过境交通服务方面能力很强。线位A 将很好地连接K 河西岸的核心市区和东部的未开发地区，带动东西两侧地区的发展，从而促进城市的整体发展。但是，线位A 需要穿过现有港口码头的桩基，其施工规模、风险和成本都是很大的。线位C 可以将规划道路与已有的城市道路、过境公路连接起来，形成一条快速过境通道。线位C 能够加强区域的交通连接，加速区域交通和运输发展，还能促进区域经济发展。线位C 在加强该国南部深水港的有效利用和完善国家公路路网方面起着重要作用。另一方面，目前两座桥梁都面临着越来越大的交通压力，其中过境卡车占很大的比例，S 大桥的交通量甚至趋于饱和。因此，从国家长期发展的角度来看，考虑到缓解现有桥梁的过境交通压力，以及服务功能、交通功能、施工规模、风险和成本等因素，认为在该城市修建一条快速过境通道势在必行，刻不容缓，通过主要考虑因素的评分比选推荐线位C，详见表1。同时，随着该城市的不断扩张和发展，可能也会考虑沿线位A、B 甚至其他位置修建其他隧道，以改善该城市整体交通路网，促进K 河东西岸的整合。

表1 隧道线位比选评分表

4 隧道推荐线位的洞口连接

C 线方案位于城市郊区K 河入海口位置，西岸起点与KAA 路相接，远期向西延伸可与规划路相接，路线自西向东沿KAA 路布设，依次下穿两条城市道路、至海军学院东北角，穿K 河至港口东岸，在东岸漫滩上出洞。为减少本项目对化肥厂传送带及河堤的影响，拟定隧道出洞后以高架形式上跨化肥厂传送带及河堤后，与地方现状道路顺接，沿地方现状道路走廊带继续向东，终点与省道相接。形成快速便捷的过境交通通道，缓解现有桥梁过境交通压力，同时也能吸引城区过河交通向郊区扩散，优化市区交通，减少过河交通与市区交通相互干扰。

为满足防洪要求，东岸隧道洞口周围设置围堰围护，由于目前东岸地方现状道路宽度约8m(远期规划为36m)，且道路走向曲折，半径较小约30m 左右，因此，本项目东岸地方现状道路需要优化和改建，以发挥拟定隧道引道的功能。引道工程定位为市区干线公路功能，不完全封闭，考虑沿线两侧相关产业的发展情况，对支路采取部分控制出入措施。

5 隧道施工方法比选

目前，水下隧道的施工工法主要有盾构法、沉管法、钻爆法、堰筑法四种。隧道施工工法的选择在很大程度上取决于场地的地形条件、地质条件、水文条件、两岸建设环境和隧道功能需要等方面的要求。对于本项目，由于河水较深，最大深度达到20m，水流速度较快，最大流速达到3m/s，堰筑法不适合;由于本项目基岩埋置深度达到100 多米，如果采用钻爆法施工，则隧道长度长，建设规模大，两岸接线困难，工程造价高，所以钻爆法不适合;沉管法施工对航道影响极大，易受河水最大流速降雨及台风的影响，且存在隧道基槽开挖期间的回淤问题，所以沉管法不适用。盾构法满足河水深度、流速、地质情况的要求，且对航道无影响、技术成熟、成本相对较低，综上所述。盾构施工工法为最佳的施工方案。

6 水下隧道盾构设计原则

本项目盾构主要穿越地层为极密细沙，且隧道纵向部分上半断面地层为中密-密级粉细砂或坚硬-硬质粘土。盾构段总长2450m，最大纵坡为4%，最小平面曲线半径为1500m。隧道覆土厚度为30.9m。以百年一遇设计洪水位6.74m 为水位设计标准，隧道拱顶最大水压力为0.414MPa。设计应满足以下原则:

隧道结构应满足施工、运营、抗震等要求，同时做到安全、适用、经济。主体结构设计的使用年限为100 年。该城市位于地震区Ⅱ中，水平地震加速度设计值是0.15，以此为基础进行结构抗震设计。盾构段横断面设计应综合考虑建筑限界、设备限界、安全疏散等功能要求及综合施工误差等因素。隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构，应限制其变形和接头张开量，满足结构受力和防水要求。隧道结构应对施工和使用阶段不同工况进行结构强度、变形计算，结构构件裂缝宽度应满足相应的设计要求。结构设计在满足强度和刚度的前提下，还须同时满足防水、防腐蚀、安全、耐久等方面的要求。衬砌结构横向计算模式应根据地层情况、衬砌构造特点、结构的实际工作条件等确定，宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。隧道在荷载、结构、地质条件发生变化的部位或因抗震需要设置变形缝时，应采取可靠的工程处理措施，确保变形缝两侧的结构不产生影响使用的不均匀沉降，变形缝的设置形式、间距等应满足结构防水要求、抗震等要求。进行结构设计时，要求隧道管片既能满足能适用不同荷载条件和地质条件等要求，又要尽量采用统一的衬砌类型标准以方便装配式衬砌的统一生产。对隧道管片的设计要求能适用盾构机在中密-密实粉细砂和极密细砂中掘进过程中，隧道管片作为千斤顶后座的纵向传力要求。