伊斯坦布尔博斯普鲁斯海峡海底第1座公路隧道

2017-01-05邵根大

现代城市轨道交通 2016年6期

1 伊斯坦布尔跨海的桥隧工程

伊斯坦布尔博斯普鲁斯海峡海底第1座公路隧道于2015年8月22日贯通，这座公路隧道即将开通，将使欧亚两洲之间的旅行时间从100 min缩短到15 min，大大减轻现有的2座公路桥梁的交通压力。

伊斯坦布尔跨越博斯普鲁斯海峡的工程（包括既有的、在建的和规划拟建的）有：早先建成的2座公路桥梁，2013年开通的1座铁路海底隧道。本文叙述的是继铁路海底隧道之后，即将在2016年12月开通的第1座海底公路隧道（双层路面），隧道全长5.4 km，隧道开挖直径13.71 m，拼装式衬砌内径12 m（图1、图2）。还计划修建第2座海底公路隧道（3层路面），隧道全长6.5 km，隧道开挖直径16.8 m，预计在2020年建成。

图1 既有的、在建的伊斯坦布尔跨海的桥隧工程

图2 伊斯坦布尔第1座海底双层路面的公路隧道

2 大直径公路海底隧道工程的挑战性

伊斯坦布尔第1座海底公路隧道，与所有其他跨海的桥隧工程一样，具有连接欧亚大陆的特殊意义，值得关注的是，这座海底公路隧道在设计、施工方面所面临的巨大挑战，以及为了克服这些困难所采取的技术措施。

2.1 对应复杂地质条件采用的大直径混合型泥浆盾构

博斯普鲁斯海峡连接黑海和小马尔马拉海、地中海，地质条件相当复杂（图3）。在隧道两端为严重破裂的硬岩，隧道中部是软弱的海底沉积土。大约每隔50 m 就会遇到夹有火山喷发的侵入物的岩层。为了对付这2种极端的地层，海瑞克公司提供了混合型泥浆盾构机。切削刀盘装有盘刀、刮刀和铲斗，以及出渣的开口。

图3 第1座公路海底隧道地质断面

盾构开挖从亚洲一侧的始发井开始，盾构开挖直径为13.71 m，占世界上盾构机最大直径的第6位。从水面到隧道底部的深度为 -106 m，出发井的深度为-54.6 m，接收井的深度为 -38 m。隧道全长5.4 km，其中盾构开挖长度（从始发井到接收井）为3.34 km。

连接隧道两端出入口的1 km 隧道，采用新奥法或明挖法施工。亚洲一侧连接盾构隧道的是箱形隧道，其结构净空容许与双层路面的盾构隧道相衔接；欧洲一侧的明挖隧道断面满足接收、拆卸盾构的条件。

除建造主隧道外，该工程还包括扩宽隧道两端出入口的引道、修建高架桥、人行天桥等与其他交通线路相交的立交工程。

2.2 在高压条件下更换盾构刀具

在盾构控制室设有盘刀监测系统，用以量测盘刀的转动和温度，监测结果将显示在屏幕上，正常情况显示绿色，不正常时显示红色。在高压条件下更换盘刀可以说是一项特殊的技术，这项技术首先用于德国汉堡盾构隧道施工中，但是汉堡的盾构尺寸没有这里的大，隧道的位置没有这里的深。这里需要更换的是直径约为49 cm 的双刃盘刀。要取下磨损的盘刀及其机座，安装新的盘刀及其机座，一次更换需耗时2～3 h。这项高难度的技术对于大直径盾构来说是不可避免的。在高压条件下进入盾构前面操作困难很大，在这次盾构隧道掘进中，在高压条件下更换刀具共进行了3次，其中有一次最高压力达10.8 bar，有一次最长工作时间达10天，每天每班工作7 h，两班交替轮换。这项工作进行得迅速、安全，未发生任何事故。为了使人员进入（或退出）高压区工作，需要在隧道内建立可拆式的隔离墙，在隔离墙的上部设置气闸，作为增大（或减小）压力的过渡区。

盾构的另一特点是，在盾构切削刀盘的开口处，设置了特别坚固的网状结构，挡住切削刀盘前方的大块岩石。只有在盾构切削刀盘的作用下，大块岩石变成小块，方可通过开口进入碎石机，将其粉碎后通过泥浆输送管道泵出。

2.3 能承受7.5级地震的海底隧道结构抗震缝

多变地质的挑战性还表现在，海底隧道邻近北阿纳托里昂断层，隧道设计中考虑采用能承受7.5级地震的、由橡胶与钢板2种材料组成的抗震缝结构，抗震缝分别设置在隧道两端从硬岩过渡到软弱沉积层的衬砌中（图4）。安装抗震缝结构时采用了安装衬砌砌块的举重臂，并用临时支护保证盾构的巨大推力，不致于挤坏抗震缝接头。抗震缝结构容许压缩时位移75 mm、拉伸时位移75 mm、剪切时位移50 mm，使衬砌具有横向、纵向可变形的柔性。抗震接头还具有足够的防水性。