厦门海沧海底隧道建造技术与管理

张建斌

厦门路桥工程投资发展有限公司，福建 厦门 361026

0 引言

随着中国经济的快速发展，特别是沿海城市的发展，跨海快速交通要道已经成为周围区域发展的重要工程，其中海底的施工与管理集合了隧道是高风险与高技术等众多难题[1]。厦门是一岛带湾的海湾型城市，进出岛跨海通道的建设对城市发展至关重要。2010年4月建成通车的厦门翔安海底隧道是国内第1座以钻爆法施工的海底隧道。在建的厦门海沧海底隧道是国内第3座以钻爆法施工的海底隧道，其地质条件与建设环境十分复杂[2]。本文结合该工程的重点难点，深入研究不良地层精准注浆新技术、复杂环境长距离深大基坑、明挖隧道上跨运营地铁、双连拱超浅埋暗挖大断面隧道下穿城市主干道等施工关键技术，为同类工程提供参考。

1 工程概况

厦门海沧海底隧道是继厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道之后的国内第3座以钻爆法施工的海底隧道，是厦门“两环八射”快速路网系统的重要组成部分，是连接海沧区和厦门本岛的重要通道，其地理位置如图1所示。它起于海沧马青路，以海底隧道形式穿越厦门西海域，进入本岛后，再以隧道（暗挖与明挖）形式沿兴湖路前行，与成功大道相交，并与规划的第二东通道衔接（图2）。线路全长7.1 km，隧道长6.3 km，跨海域段长2.8 km。全线设地下互通1处，风塔2座，主线收费站1处，采用三孔隧道方案（图3）。道路按一级道路标准建设，设计速度为80 km·h－1，双向六车道（3.5 m+3.75 m），隧道净宽13.75 m，净高5 m。道路最小曲线半径为700 m，最大纵坡为3.5%，竖向最小半径凸形4 500 m、凹形2 700 m，设计使用年限为100年，抗震设防标准为地质基本烈度7度，隧道防水等级二级，人防等级六级，消防等级A级。海沧海底隧道批复概算为56.48亿元，计划工期42个月，于2016年3月开工建设。

图1 厦门海沧海底隧道地理位置

图2 海沧海底隧道线路

图3 三孔隧道方案

与已建成的翔安海底隧道相比，海沧海底隧道跨海段地质条件基本类似，但本岛端原填海段及陆域段地质条件差，隧道主线及地下互通穿越城市中心区，周边环境复杂，既有道路、建筑、地铁、管线密集，平面线型布设空间严重受限，交通导改十分复杂，协调量及难度巨大，是工程建设的重要难点[3-6]。作为现代的海底隧道，各方对设计施工与建设管理等提出了更高的要求与预期。

2 线路设计及优化

海沧海底隧道项目起终点与规划的厦门第二东西通道衔接，路线方案主要受海域风化槽、陆域段海沧及本岛建（构）筑物控制。图4为海域段及本岛地质平面显示，本岛陆域段控制性建筑物主要包括高15层的银盛大厦、象屿保税区海关大楼、疏港路高架桥及匝道桥、兴湖路沿线的三航大厦和鸿图苑小区等。若采用直穿方案，隧道轴线正好穿越东渡码头前沿的风化深槽。为避开码头前沿的风化囊，提出采用B线（“S”形平曲线），并比较南侧D线和北侧E线方案。D线平面指标优于B线，海域地质条件基本相当，但从对陆域段控制性建（构）筑物影响方面分析，B线明显优于D线，建设难度及风险也低于D线。B、E线的差别在于海域段地质条件，从B线行车道及服务隧道地质条件分析，隧道右线好于中间服务隧道，服务隧道好于北侧的隧道左线，区域地质条件南侧好于北侧，E线相对于B线北移，根据区域地质基岩等高面，从局部风化槽对比分析，B线地质条件明显好于E线，因此最终设计方案采用B线。

图4 海域段及本岛地质平面

已建的翔安海底隧道最大纵坡为2.91%，穿越海底风化深槽，施工代价巨大。为合理规避不良地质，适当增大纵坡是必要的[7-10]。比选路线纵断面方案，本工程对最大纵坡3.5%以及3.0%方案进行了比较，从通行能力、运营安全、地质条件（图5）、工程难度、建设工期、全寿命周期成本等因素进行综合比选。在2种不同纵坡条件下，隧道长度基本相同。在通行的小型客货车比例超过90%且最大纵坡不超过4%的情况下，道路通行能力受坡度变化的影响较小。行车安全性方面，2种不同纵坡条件的平均速度差（按各车型所占比例加权计算平均车速）仅为10 km·h－1左右，都能够满足行车安全性要求。但是，从V级围岩长度及拱顶硬质岩厚度小于5 m的隧道长度对比，3.5%纵坡相比3.0%纵坡，分别减少了190 m和660 m，工程费用减少约10 475万元，建设工期减少约18个月。隧道纵坡提高，会增加隧道通风设备数量及后期运营成本，3.5%纵坡相比3.0%纵坡费用将每年增加52万元，车辆运行成本每年增加146万元，但隧道排水运营成本每年将减少40万元。分析全寿命周期成本，3.5%纵坡相比3.0%纵坡低6 376万元。综合比较，最终采用最大纵坡3.5%方案。为解决隧道内纵坡加大而导致的洞内排污量急剧增加的问题，在隧道主洞两端加装静电除尘设备，结合隧道内射流风机的布置，连续设置除尘设备，分散、分段除尘，除尘效果较好，在发生火灾时亦可用于除烟，进一步提高了隧道内运营条件[11-12]。

图5 隧道地质纵断面

3 施工关键技术与对策

3.1 下穿海底风化深槽及象屿保税区软弱围岩段

海域段有4处全强风化深槽（囊），总长230 m，其中2处侵入隧道内，2处位于隧道拱顶；象屿保税区属滩涂回填，与海水连通，地表建筑物多，地质条件差，施工风险大。

穿越海底风化深槽采用加固注浆（长管棚注浆、周边加固注浆和超前预注浆）方法，初期支护局部注浆止水、全断面帷幕注浆等措施，如图6所示，从而确保安全穿越海底风化槽。下穿象屿保税区软弱围岩地段，在翔安海底隧道帷幕注浆的基础上进一步研究精准注浆技术，研发了全孔一次快速注浆施工技术，可实现多种地层的注浆加固，效果显著，并申请了多项专利。图7为正在施工的服务隧道洞内注浆情况。

图7 全孔一次快速注浆

3.2 下穿疏港路高架

主线暗挖隧道下穿疏港路高架，需对2个墩台进行托换，分别采用“梁加桩托换”和“筏板加桩托换”2种方式，如图8所示。隧道靠近桩基侧采用直径32 mm、长5.0 m的自进式锚杆注浆加固；采用长短结合双层小管棚进行超前加固，及时加固地层，确保地层稳定及掌子面的稳定;采用双侧壁导坑法施工，施工时使用微震控制爆破技术，严格控制爆破震动波速及规模，降低隧道开挖、爆破对桩基的影响。

3.3 复杂周边环境下长距离深大基坑施工

明挖段距离长（约1.4 km）、基坑深（最深28 m）、断面大（最大跨度35 m），周边建筑物密集，交通导改、管线迁改尤为复杂，见图9。

采用围护桩加内支撑体系，局部区段采用锚索方案，两侧设旋喷桩和袖阀管止水帷幕。对于基岩面凸起段，采用吊脚桩支护方案，围护桩嵌入深度为1~2 m，预留岩肩宽度为1 m，并设计锁脚锚索确保吊脚桩安全。基坑开挖采用纵向分段、竖向分层、由上至下、中间拉槽、先支后挖[14]。岩层开挖爆破对基坑支护的稳定性影响较大，须采用爆破控制措施，见图10。

图8 下穿疏港路高架桩基托换

图9 长距离深大基坑周边环境

图10 土岩复合基坑典型横断面

3.4 明挖隧道上跨运营地铁施工

隧道在石鼓山立交位置上跨已试运营的厦门地铁1号线，结构最小间距为6.4 m，基坑围护桩与地铁最小间距为2.4 m，施工复杂性国内少见。同时，嘉禾路需多次交通导改，管线迁改复杂，见图11、 12。

图11 上跨地铁1号线基坑平面

图12 上跨地铁1号线基坑与隧道横断面

为确保地铁运营安全，要求上部明挖施工期间地铁隧道上浮不超过10 mm。施工须精确控制桩长，减小桩基扰动。坑底采用袖阀管地基注浆加固，严格分区分块开挖，防止地铁隧道的上浮。与地铁单位联合对地铁隧道内及基坑开挖范围进行自动化监测（辅以人工校核监测）。目前上跨地铁段已施工完成，成功地将地铁区间隧道左线隆起量控制在3.43 mm，右线控制在6.4 mm，确保地铁运营安全。

3.5 双连拱超浅埋暗挖隧道下穿城市主干道

主线下穿兴湖路有160 m超浅埋、大断面、变截面双连拱隧道，见图13。其单洞开挖宽度22.8 m，开挖断面249.35 m2，埋深5.8~11.3 m，属罕见的不对称大断面双连拱隧道。下穿石鼓山立交段为260 m超浅埋双连拱隧道，见图14，开挖总宽度为36.28 m，埋深仅为5 m。

施工采用化大为小、分部开挖、临时封闭成环、导洞先行的方案。地表预加固，设3次衬砌，初支加强层紧跟施作。地表交通导改配合隧道下穿[15]。加强沉降、变形监控量测，动态指导洞内施工。

图13 下穿兴湖路双连拱隧道

图14 下穿石鼓山立交双连拱隧道

4 品质工程创建

厦门海沧海底隧道以交通运输部“三个示范工程”（平安工地示范工程、现代长大隧道管理示范工程、百年品质工程）为建设目标，全面开展品质工程创建活动，夯实科技创新支撑，强化信息化建设，注重四新技术应用，全面推行施工标准化管理，不断提升建设管理水平，有效地确保安全、质量、进度与投资控制。

科研攻关方面，针对海底隧道工程重难点，开展土岩复合地层深大基坑施工及安全控制关键技术、超浅埋暗挖双连拱隧道施工关键技术、复杂条件下近距离地铁区间隧道施工关键技术、临海富水软弱围岩复杂环境条件下隧道帷幕注浆技术、多出入口城市海底隧道通风及防灾救援综合技术等的科研攻关，相关研究成果为品质工程建设提供技术支撑，科学解决设计施工关键技术问题。

信息化建设方面，结合海底隧道施工质量、安全等管控要求，建立“互联网+交通基础设施”信息化管理平台，推进大数据与项目管理深度融合，创新项目信息化管理水平。信息化管理平台集成了6大系统：视频监控系统、门禁定位系统、BIM管理系统、隐患排查系统、风险管理系统、应急管理系统。视频监控与门禁定位系统主要用于辅助隧道施工安全管理。图15为BIM管理系统，用于对地质、工程量、施工组织方案、进度等的仿真模拟，记录施工过程信息，追溯施工质量，构建运营维护管理平台。隐患排查方案：一是定制标准化的隐患排查清单，辅助现场快速排查；二是实现隐患排查、挂号、整改、复查、销号全过程闭合管理；三是系统自动关联风险评估、超前地质预报信息，提示需重点关注的检查项目及检查区域。

5 结语

海底隧道施工技术是隧道工程及相关领域各项复杂技术和高难度风险管控的集中体现，对勘察设计、施工及建设管理都提出了更高要求。在厦门海沧海底隧道建设过程中，有针对性地开展设计施工关键技术研究与现场工程实践，按交通运输部“三个示范工程”要求深入开展品质工程创建，不断提升海底隧道建造技术与项目管理水平，取得良好成效，工程进展总体顺利，对类似工程建设具有参考意义。

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