独墅湖第二通道工程关键技术研究

钱文斐，江 帆，宋 尚

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

1 工程概述

独墅湖第二通道工程的建设是为了缓解既有独墅湖隧道的交通压力，进一步增强独墅湖两侧吴中区、园区的交通联系，提高区域路网沟通能力。工程总长3.93 km，采用城市主干路标准，主线设计速度50 km/h，匝道设计速度30 km/h。主线隧道长约2.6 km，匝道隧道长约0.65 km。陆域段隧道工法采用明挖法，下穿苏申外港、独墅湖等水域段隧道工法采用明筑围堰法。

2 总体方案

本工程平面线形的制定主要依据规划，纵面线形相关控制性因素如下：（1）经过与河道管理部门沟通，隧道需下穿尹山河过水涵洞，为降低道路纵坡，涵洞底板与隧道顶板采用共板形式，路线纵坡为5.3%。（2）苏申外港段经过航道主管部门批复，标高需满足现行《内河通航标准》[1]相关规定：Ⅲ级航道条件下隧道顶部不应高于远期规划航道底标高以下2 m，确定河道口宽范围内隧道顶板标高为-5.09 m。（3）独墅湖段无通航要求，为远期预留水上运动休闲的船只通行条件，隧道建成后顶部最小覆土按1 m考虑。

主线隧道双向4 车道采用分离式单箱单室断面，双向6 车道采用两孔一管廊断面，其中管廊舱上至下分为3 舱，分别为电缆通道、安全通道、管沟通道。匝道隧道采用单箱双室断面形式。

独墅湖第二通道工程平面图和纵面图分别如图1、图2 所示。

图1 独墅湖第二通道工程平面图

图2 独墅湖第二通道工程纵面图

3 水域段隧道接头方案

水域段隧道结构节段长度对30 m、60 m、90 m 3 种情况进行了分析研究，考虑到温度应力工况下混凝土裂缝开展情况，从尽量减少接缝数量从而提高防水能力等方面因素出发，节段长度采用60 m，同时变形缝宽度取20 mm，以满足温度变化条件下节段伸缩空间要求。

为了降低变形缝两端差异沉降导致止水带“撕裂”造成防水失效，将差异沉降值控制在10 mm 以内，提出了在变形缝设置枕梁+ 桩基方案（见图3）。通过计算分析，此种方案较之常规的桩基方案，变形缝两端的差异沉降值可以减小约80%。

图3 水域段隧道枕梁+ 桩基方案纵剖面

4 基坑方案

结合周边环境、工程地质情况，本工程基坑围护选型见表1。

表1 围护形式一览

本项目基坑工程的关键点主要涉及2 处保护建筑物。

4.1 侧穿东吴寺

东吴寺为单层砖墙结构，浅基础形式，对于位移的变化十分敏感。基坑平面最小距离仅约3 m，开挖深度约12 m，环境保护等级为一级（见图4）。采取的支护方案如下：

图4 东吴寺基坑横断面图（单位：mm）

（1）采用MJS 在基坑与东吴寺之间进行隔离并兼作止水帷幕。

（2）采用φ800@1 000 mm 钻孔灌注桩围护形式并适当加深坑底嵌固长度。其中，靠近东吴寺侧在MJS 加固体内进行套打，远离一侧在钻孔灌注桩外侧设置φ850@600 mm 的三轴搅拌桩止水帷幕。

（3）坑底内以下4 m 范围采用三轴搅拌桩进行满堂加固，水泥掺量为20%，通过被动区加固进一步减少基坑开挖引起的水平位移。

4.2 侧穿正荣国领

正荣国领为25 层高层框剪结构形式，桩基础形式。基坑为深浅坑，平面最小距离约13 m，深坑部分开挖深度约16 m，环境保护等级为一级（见图5）。采取的支护方案如下：

图5 正荣国领段基坑横断面图（单位：mm）

（1）在围护结构与保护建筑之间设置φ800@1 000 mm 的钻孔灌注桩作为隔离桩。

（2）采用1 000 mm 厚地连墙围护形式并适当加深坑底嵌固长度。

（3）对于深浅坑及隧道结构之间空隙采用C20 素混凝土作为传力体系。

（4）靠近正荣国领侧坑底采用三轴搅拌桩进行满堂加固。

5 围堰工程方案

5.1 围堰顶部高程

围堰顶部高程为设计水位、设计波高、设计风壅增水高度、安全超高之和。根据现行《水利水电工程施工组织设计规范》[2]，确定本工程围堰建筑物级别为4 级，取20 a 一遇的防洪水位标准，本工程考虑到近些年极端天气发生的频繁性，设计水位取100 a 一遇洪水位。

5.2 围堰形式

围堰采用双侧钢管桩+ 中间填土形式，其中临水侧钢管桩除满足受力要求外，尚需起到止水帷幕的作用。以较深水处为例，临水侧采用锁扣钢管桩规格为DN630×14 mm，背水侧钢管桩规格为DN500×10 mm，其间设置土工布和土工格栅起到挡土作用。两排钢管桩通过上下两排φ48 圆钢拉杆、[28a 槽钢形成的围檩对两侧钢管形成拉结作用，填土后可以形成类似“重力坝”式围堰（见图6）。为了避免临水侧湖水对围堰底部的冲刷，湖床上设置复合土工膜，并在其上堆载2 m 高的袋装土。背水侧堆放隧道基坑的挖方，高度控制在3 m，后期可作为基坑回填土。

图6 双排钢管桩围堰横断面图（单位：mm）

对于围堰分期实施需设置横向围堰，其设计方案为：在已建隧道顶部设置槽墙，形成两个0.8 m（宽）×2 m（高）卡槽，以固定钢管桩，其余做法同前（见图7）。为避免二期围堰施工期间湖水通过一期结构底板产生渗流破坏，在一期隧道结构底板下设置水泥土搅拌桩作为止水帷幕，长度需隔断承压水层。

图7 横向围堰剖面图（单位：mm）

5.3 苏申外港段

苏申外港现状为四级航道，远期规划为三级航道，长度为29.92 km，通行的船只大多在500 t 以下，流量约13 艘/h。根据航评、洪评评估报告，施工期间拟分两期以保证施工期船只的通行及泄洪，需满足如下要求：航道通航水深不小于3.2 m，底宽不小于45 m，口宽不小于60 m，平面半径不小于320 m。为此，围堰采取分期实施以满足上述要求，为了消除船只直接碰撞围堰的安全隐患，在围堰外侧设置了DN630×14 mm 的钢管桩防撞措施。根据海事部门要求设置相关的标志并进行安全巡查。关于防撞钢管桩的设计需满足现行《公路桥涵设计通用规范》条文中碰撞力工况下的安全性。

本段基坑开挖深度范围为13～21 m。受航道通行影响，围堰与基坑之间的距离按9 m 考虑，在基坑1倍开挖深度范围内，两者之间的相互影响大，工程实施风险高。为此，适当加强了围护设计，采用了抗侧刚度大的1 200 mm、1 000 mm 厚地连墙，并加大了嵌入深度。经过有限元模拟分析得出，基坑开挖对围堰产生的累计水平位移为20.49 mm，累计向下竖向位移为14.69 mm，由此得出通过合理的基坑支护设计，对围堰的不利影响可控。

苏申外港段航道一期、二期实施平面示意图如图8、图9 所示。基坑开挖对围堰影响位移云纹图如图10 所示。

图8 苏申外港段航道一期实施平面示意图

图9 苏申外港段航道二期实施平面示意图

5.4 独墅湖段

独墅湖湖泊面积9.19 km2，湖泊岸线长度为18.07 km，其中工业园区境内12.19 km，吴中区境内5.88 km。根据洪评评估报告，独墅湖段需采用两期实施（见图11）。一期北侧、南侧纵向围堰长度分别为1 174 m 和910 m。二期北侧、南侧纵向围堰长度分别为600 m 和708 m。其中，二期围堰利用一期围堰长度为258 m，横向围堰长253 m。为了满足独墅湖的环评要求，达到土方工程“取之于湖、用之于湖”的目的，在北侧围堰与湖内基坑放坡坡脚间预留100 m 空间作为临时堆土场。

湖中段基坑主要采用放坡开挖形式。通过计算分析，边坡坡率均为1∶2.0，边坡间平台宽度为2.5 m。边坡表面采用C20 早强喷射混凝土80 mm，钢筋网片规格为φ6@200×200 mm，并设置了1.5 m 长、间距为1 500 mm×1 500 mm 的φ16 插筋固定钢筋网片。为了进一步提高坡体的稳定性，坡顶设置降水井。

围堰与基坑布置以“互不影响、自成体系”的原则，一般情况下围堰布置在2 倍基坑开挖深度以外（见图12）。

6 结 语

截至目前，本项目土建结构部分基本完成，以上的关键技术研究结论在工程建设过程中起到了有效的指导作用。其中，水域段变形缝处采用“桩基+ 枕梁”方案在施工期间监测反映变形缝两侧差异沉降值在5 mm 以内，后期拟在隧道运营期继续进行相关沉降值的观测，以验证“桩基+ 枕梁”方案的合理性，并将在今后水下明筑围堰法隧道工程中进行推广使用。