厦门第二西通道工程

2019-06-11董建松

隧道建设(中英文) 2019年5期

董建松

(福建省交通建设质量安全监督局, 福建福州 350001)

1 工程意义

厦门第二西通道(海沧海底隧道)为国内第3条以钻爆法施工的海底隧道，是连接厦门市海沧区与本岛新的快速通道，也是厦门市“两环八射”快速路网系统、海西城市联络线的重要组成部分。项目建成后将有效缓解厦门岛西部交通进出压力，对构建市域范围内“半小时交通圈”有特殊含义。海沧海底隧道是厦门市在“十三五”期间重点建设的重大基础设施项目，是实施交通畅通工程的又一重大举措，建成后将成为连接东西向交通的又一大动脉，对于全面深化综合配套改革，全力打造东南国际航运中心，扎实推进岛内外一体化和厦漳泉同城化具有重大意义。厦门第二西通道地理位置如图1所示。

图1 厦门第二西通道地理位置

2 工程概况

厦门第二西通道工程是连接海沧区和本岛的重要通道，项目起于海沧区马青路与海沧大道交叉口，以海底隧道形式穿越厦门西海域后进入本岛，沿象屿港区、兴湖路下穿，止于石鼓山立交东。厦门第二西通道线路位置如图2所示。该项目全长7.1 km，隧道长6.3 km，跨海域段长2.8 km，按一级公路兼城市道路功能标准修建，设计速度为80 km/h，双向6车道，设计使用年限为100年，批复概算为56.48亿元。隧道净宽为13.75 m、净高为5 m，最小曲线半径为700 m，最大纵坡为3.5%，竖向最小半径凸形为4 500 m、凹形为2 700 m。项目分为A1、A2和A3共计3个标段： A1标段全长3 375 m，由明挖段和过海暗挖段组成； A2标段全长2 190 m，由过海暗挖段和城市明、暗挖段组成； A3标段全长1 510 m，为城市明、暗挖段。

图2 厦门第二西通道线路位置

3 周边环境及地质特征

3.1 周边环境状况

1)交通环境。位于本岛内的隧道下穿城市主要交通干道兴湖路，进出港区重载车辆较多，交通繁忙。

2)周边建(构)筑物。本岛内隧道周边建筑物密集，紧邻欣家园、名爵山庄、芙蓉苑等居民聚集区。陆域段基坑下穿疏港路和华荣路高架桥，上跨地铁1号线。

3)地下管线。本岛隧址区地下管线种类繁多、分布密集，包括给水管、雨水管、污水管、电力管道、燃气管、电信管以及兴湖路的排水干渠等。

3.2 工程地质条件

本工程海域段存在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。本岛隧址区地层表部为1.0～11.3 m厚人工杂填土，夹碎石块，其下为0.5～19.8 m厚残积粉质黏土，局部夹孤石或风化残留体；基岩为花岗岩，岩石差异风化明显，岩面起伏较大，全—强风化岩厚度为2.2～22 m，中—微风化岩面埋深为9.0～32.5 m，全风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩为Ⅲ级硬土，碎块状强风化花岗岩为Ⅳ级软石，中风化花岗岩为Ⅴ级次坚石，微风化花岗岩为Ⅵ级坚石。隧道洞身部分置于基岩全—强风化带中，侧壁多属松软岩体，包括残积粉质黏土及全—强风化带中夹孤石或风化残留体，本段岩土体自稳能力普遍较差；隧道洞身其余部分置于弱—微风化地层，该段侧壁稳定性较好，但拱顶存在塌方风险。隧道地质纵断面与典型断面形式如图3所示。

4 工程重难点分析

4.1 工程地质条件复杂

本工程穿越地质复杂，隧道围岩破碎，Ⅳ、Ⅴ级围岩占比高。海域段存在4处全—强风化深槽(囊)，岩体节理和裂隙极其发育，基岩裂隙水发育，水文地质特征复杂，透水性较好，且与海水存在水力联系，施工中易产生透水、坍塌等不良地质现象，施工风险极大。象屿码头区域属滩涂回填，与海水相通，围岩极其软弱。本岛内部分隧道全断面穿越基岩，拱顶处以人工杂填土、残积粉质黏土及全—强风化花岗岩为主，属于典型的“上软下硬”复合地层。隧道掘进在单一的软土或硬岩地层中的技术日趋成熟，风险可控，但在复合地层中施工则存在极大的不确定性，开挖过程中存在较大的施工风险，同时也增加了施工难度。隧道洞身段基岩面起伏较大，拱顶围岩自稳能力差、变形速度快。此外，该区域孤石较发育，增大了拱顶或边墙的塌方风险。

图3 隧道地质纵断面与典型断面形式(单位： m)

4.2 周边建设环境复杂

本岛内隧道沿厦门市主要交通干道兴湖路布线，进出港区重载车辆较多，隧道施工需结合征地拆迁及交通导改，且导改频次多、难度大。隧道周边建筑物密集，与隧道开挖边线最近距离仅4.3 m，施工时须严格控制地表沉降，否则可能引起地表建筑物倾斜、开裂，甚至坍塌。隧址区地下管线密集、横纵交错、种类繁多，甚至还有可能存在部分不明管线。该段管线设计按照原有迁改方案实施，管线迁移量大，管线与隧道开挖轮廓最近距离仅3.2 m，隧道施工时须确保临时迁改管线的安全。隧道下穿疏港路和华荣路高架桥，净空受限，施工难度大，基坑围护结构与墩身紧贴，施工过程中高架桥行车正常通行，隧道爆破振动和沉降变形要求高。隧道在石鼓山立交位置上跨地铁1号线，基坑底部与地铁隧道顶部最小距离为6.0 m，钻孔灌注桩底部距地铁结构边线仅2.4 m。基坑与地铁区间相对位置如图4所示。施工过程中须保证地铁1号线主体结构的安全，防止基坑隆起导致地铁区间上浮。

4.3 超浅埋超大断面双连拱隧道施工

本项目包括A2标段下穿兴湖路和A3标段下穿石鼓山立交2座双连拱隧道，其技术难度最大，施工风险极高，是厦门第二西通道的关键性控制工程。其中，A3标段双连拱隧道全长240 m，埋深为5.0～15.4 m，整体开挖宽度达到36.3 m，双洞开挖面积为238.5 m2，隧道洞口存在偏压，洞身及洞顶以全—强风化岩及残积岩为主，自稳能力差。A2标段双连拱隧道全长160 m，埋深为5.6～12.9 m，双线跨度为41.0～45.7 m，最大单洞开挖断面面积为249.4 m2，属于超浅埋超大断面隧道，也是目前世界上开挖断面最大的双连拱隧道。A2标段双连拱隧道平面布置图、隧道断面图如图5和图6所示。隧道最小单线覆跨比仅0.25，地表沉降控制难度大。隧道采用双侧壁导坑法施工，大跨度双连拱隧道施工工序比较复杂，对围岩的扰动次数较多，导致围岩、支护结构和中隔墙的应力变化复杂，施工风险极大。由于该段隧道左右线测设线间距不等，且大部分地段左右线加宽的尺寸不一致，导致： 1)采用的双连拱隧道为不对称连拱，隧道三次衬砌尺寸多变； 2)隧道中墙的尺寸及配筋随线位实时变化； 3)隧道初期支护、二次衬砌与中墙的连接点处频繁变化(尤其是后行洞)，初期支护的工字钢与二次衬砌的格栅钢架尺寸不断变化。

图4 基坑与地铁1号线相对位置示意图(单位： m)

4.4 复杂环境下长距离深大基坑施工

明挖基坑沿兴湖路展线，全长1.4 km，基坑最大跨度为35 m，最大深度为28 m，基坑支护形式多样，结构断面形式复杂。基坑主线下穿疏港路和华荣路高架桥、上跨地铁1号线，周边建筑物密集，紧邻欣家园、名爵山庄、芙蓉苑等居民聚集区，交通导改与管线迁改极其复杂。基坑开挖采用纵向分段、竖向分层、由上至下、中间拉槽、先支后挖的施工方法，基坑开挖石方比例较高，岩层开挖爆破须在保证开挖效率的同时，通过爆破控制措施最大限度地降低施工对周边建筑物、管线、行人、行车及居民日常生活的影响。

图6 A2标段双连拱隧道断面图(单位： m)

5 工程主要技术创新

5.1 全孔一次性快速注浆施工技术

隧道穿越海底风化深槽(囊)、象屿码头区域软弱富水围岩、“上软下硬”复合地层，工程地质条件极差，隧道掌子面及拱顶稳定性难以保证，容易发生坍塌风险。该工程在传统帷幕注浆基础上对帷幕注浆技术进行了改进和创新，结合一系列新型注浆设备，对全孔一次性注浆工艺进行了优化，并采用优化后的全孔一次性快速注浆施工技术，进行隧道加固注浆(长管棚注浆、周边加固注浆和超前预注浆)、局部注浆止水及半/全断面帷幕注浆，极大改善了隧道围岩性质，有效保证了掌子面和拱顶的加固效果，确保隧道安全穿越不良地质段。采用该技术，将每循环帷幕注浆时间由几个月减少至15 d，施工效率得到大幅提升，同时也减少了注浆量，降低了施工成本。隧道全断面帷幕注浆设计如图7所示。

5.2 双连拱隧道横纵通道进出洞技术

由于A2标段双连拱隧道进洞口与尚未施工的明挖段衔接，无法正面进洞，考虑到明暗交界处基岩埋深较小，以及不影响地面交通，双连拱隧道摒弃常规的工作井进洞方式，而通过利用C匝道施作5#辅助通道，并经由5#通道开挖2#横通道的方式展开工作面。双连拱隧道出洞口与小净距暗挖隧道相连，通过率先开挖的1#洞掘进至4#横通道，并利用4#横通道实施双连拱隧道出洞，同时作为小净距隧道进洞工作面。A2标段双连拱隧道横纵通道进出洞方式示意图如图8所示。通过横纵通道侧向进出洞方式，可在施工期间保障地面交通正常运行，减少对周边居民的干扰；进出洞施工过程中，可根据2#、4#横通道开挖进度，同步施作隧道洞口大管棚，且可采用水平运输方式，加快材料周转与渣土外运，有效提高了施工效率，降低了工期风险。

(a) 掌子面注浆孔布置图 (b) 帷幕注浆立面图

图7隧道全断面帷幕超前预注浆示意图(单位： cm)

图8 A2标段双连拱隧道横纵通道进出洞方式示意图

5.3 超浅埋超大断面双连拱隧道非对称开挖及变形控制技术

连拱隧道通常强调施工对称性，以避免偏载导致中墙开裂。A2标段双连拱隧道沿城市主干道布线，为不影响地面交通正常运行，采取独特的侧向进洞方式。若双连拱隧道采用常规的对称开挖方式，则需在2#横通道贯通之后施工，这必然导致施工工期过长，增大工期风险。根据2#横通道开挖进度，通过采取不对称开挖的施工方案，打破了双连拱隧道对称施工的限制，大大提高了施工进度和施工灵活性。双连拱隧道施工工序如图9所示。A2标段双连拱隧道最小埋深为5.61 m，双线跨度为41.0～45.7 m，最大单洞开挖面积达249.4 m2，属于超浅埋超大断面隧道，围岩应力变化复杂，变形控制难度大。隧道采用3层衬砌支护形式，其中初期支护采用H25 cm型钢@50 cm+30 cm厚C25喷射混凝土，初期支护加强层(二次衬砌)采用HRB400φ28 mm格栅钢架@50 cm+30 cm厚C25喷射混凝土，三次衬砌采用80 cm厚C45、P12防水钢筋混凝土。隧道初期支护及二次衬砌布置如图10所示。通过采取以上支护方案，严格限制了围岩变形，对双连拱隧道不对称开挖引起的偏载形成了有效抵抗。

图9 A2标段双连拱隧道非对称施工工序

图10 A2标段双连拱隧道初期支护及二次衬砌设计图(单位： cm)

5.4 采用信息化高强度模板台车

隧道主线衬砌采用智能台车，配备自动液压行走系统，自动行走。该台车将溜槽与自动配管系统相结合，实现了混凝土由下至上、逐窗入模、分层浇筑，克服了传统跳窗浇筑导致混凝土离析、产生“人”字坡冷缝的弊端，提高了混凝土的浇筑质量，减少了换管工序，降低了劳动强度。台车上安装有大于风筒布直径2 mm厚铁皮筒，作为穿风筒布使用，台车移动将不再影响掌子面的通风。台车还安装有射流风机，可降低台车前端温度聚集效应，将掌子面风抽排至衬砌台车后方，改善掌子面前方通风质量。二次衬砌智能台车及其现场应用如图11所示。