某城市跨江隧道方案研究
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发布者：lunwenchina
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时间：2020年1月06日 10:49
李丰
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海市200092 身份证：32020119840929201X摘要：本文介绍了某城市城市跨江隧道结构形式的方案研究，对三种跨江隧道的结构工法进行了介绍，并结合项目具体控制因素比较相关工法优缺点、工程可实施性、工期、投资等，确定最优方案，相关经验可供今后类似工程参考。
关键词： 跨江隧道控制因素方案研究工法比较
DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.201712113 正文：
一、引言
随着我国城市化进程的加快和经济水平的提高，城市中采用水下隧道替代桥梁作为城市跨江跨河的通道已越来越普遍。水下隧道具有全天候通行，对环境风貌影响小，抗震、隐蔽性好等优势。目前，常见的水下隧道规模多为双向四车道及双向六车道。
随着水下隧道需求的增加，在设计中，采用何种更为经济合理的结构形式，成为一项重要的研究课题。本文以某市水下隧道为案例，进行分析。
二、工程概况
该跨江隧道位于我国北方某市，跨江连接南北两岸城市主干路，隧道设计道路等级为城市主干路（双向四车道），设计速度40km/h。隧道净空4.5米，洞内最大纵坡≤5.0%，敞开段纵坡≤3.5%，车道宽3.5米。江中需考虑Ⅳ级航道通航标准。
图2.1 总体平面图
三、控制因素
本工程主要有以下几项控制因素：
（一）、隧道北侧现有地道
北侧主干路节点地道，东西向布置，双向4车道。
图3.1 现有立交
（二）、隧道南侧现有市政桥梁
沿河堤路与河堤路南侧平行主干道高差约4m，为了河堤路与南侧平行主干道衔接，现状为桥梁，双向3车道，并两侧设置1车道辅道服务到发交通。由于红线仅36m，地道建设与现状桥梁冲突，需废除既有桥梁。
图3.2 现有市政桥梁
（三）江南侧主干道两侧建筑
主干道两侧居民小区密集，红线宽度仅36m，可供工程实施空间很小。
（四）地质条件
根据勘察报告，该区处河床较开阔，河流主流线靠近南岸，南岸为冲刷侵蚀岸，岸坡较陡；拟建场地内岩土层组成：杂填土、卵石、泥质砂砾岩。
（五）水文条件 一般情况下城区内江水位年变幅为1~3m；每年12月~3月为枯水期，4月~6月和9月~11月为平水期，7月~8月为丰水期；据三道码头观测站数据：多年平均水位为186.55m，最低水位为185.95m，最高水位为188.88m。
四、结构方案研究原则
（一）、结构方案选择应贯彻执行国家的技术经济政策，满足技术规范、标准的要求，方案需安全可靠、技术先进、经济合理、方便施工。
（二）、结构方案应从工程建设条件出发，根据本工程水文地质、环境条件（周围地面既有建筑、地下障碍物等），经技术、经济、工期、施工方式、环境影响和使用效果综合比较，选择合理安全的结构型式和施工方案。
（三）、结构方案应满足施工、运营、城市规划、防火、防水、防灾等要求。
（四）、方案的净空尺寸应满足建筑、道路、管线、设备等专业的要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。
五、结构方案研究：
跨江隧道的结构总体方案选择必须结合工程的功能要求、自然环境、地质、水文条件、航运要求、建设难度和工程造价进行综合比较后优选出能够满足使用要求，适合当地建设调教，经济合理的工程方案。
跨江隧道主要有以下施工工法：盾构法、沉管法、明挖法、钻爆法。由于本项目并非岩石地质条件，并不适合钻爆法，因此仅结合前三种工法进行方案研究。
（一）盾构法
盾构法是利用盾构机在地层中推进，边盾构挖土掘进，边拼装衬砌，防止土砂崩塌，修建隧道的方法。主要组成：盾构工作井、盾构机和隧道衬砌。根据盾构隧道的结构形式，有单管和双管两种。双管单层盾构具有直径小、覆土浅、接线短，出入口布置灵活、施工风险小等优点，单管双层盾构具有集约化程度高的优点。
本工程已有主干道路红线宽度为36m，道路两侧建筑密集，采用双管单层盾构，平铺的结构宽度宽，对两侧建筑影响较大，本工程从用地条件上，仅适合采用单管双层盾构，盾构选型则为泥水平衡盾构。
1、总体方案：
（1）总体布置：受河床及既有地道控制，隧道北起光华路，南至林苑路以南，隧道全长约2693m，其中盾构段长度1180m，双向4车道规规模；
（2）出入口布置：北端出入口前后依次接地，北接地点接近桃园路立交；南端出入口在林苑路前后布置，林苑路右进右出；（3）越江段：采用14.0m单管双层盾构，北工作井位于解放路以北；南工作井位于滨江中路；
（4）线形：纵断面敞开段3.5%，隧道内最大纵坡5.0%，河底覆土控制0.7D，工作井覆土控制0.8D。
（5）施工工期：约30个月。
2、重难点：
（1）富水卵石层区域，盾构进出洞及隧道推进时渗漏水不易控制，风险较大；
（2）下穿现有下立交下方的桩基，风险较大；
（3）盾构穿越范围内土层为杂填土、卵石层，含水丰富，透水系数大，掘进施工十分困难。
（4）新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济3、优点：
（1）安全开挖和衬砌，掘进速度快；
（2）不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；（3）暗挖方式越江，有利于水环境保护，穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动。
4、缺点：
（1）北出入口与桃源路立交对接，出入口布置与服务近江交通功能不符，交通功能差；
（2）盾构下穿既有解放路下立交（地道下方有桩基），工程可行性差，风险较大；
（3）工程规模大，新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济，工程投资大。
图5.1 盾构法方案平面图
图5.2 盾构法剖面图
（二）沉管法
沉管法是预制管段浮运沉放法的简称，一般用于建造水底隧道。施工时，将拟建隧道的水底段分成若干管段，先在干坞内或船坞内整体制作成型，封闭两端后浮运到隧道所在位置，然后对管段增加配重，使其下沉到预先挖好的沟槽中，拆除管端的封闭门，互相连通后即形成穿越河流、港湾等的水底隧道。
1、总体方案：
（1）总体布置：隧道北起解放路，南至林苑路。隧道全长约1280m，其中沉管段长度600m，双向4车道规规模；
（2）出入口布置：北出入口位于解放路以南，距离交叉口约100m，南出入口位于林苑路以北，距离交叉口约100m，出入口并行同时接地，仅设置主线出入口；
（3）越江段：采用沉管法，管段共600m，分6节实施；（4）线形：沉管段平纵线形采用直线段，有利于管段实施，河底覆土控制2m，覆土厚度大于明挖法。
（5）施工工期：约24个月。
2、重难点：
（1）干坞体量大，对周边环境影响较大；
（2）管节浮运对水位、流速有一定要求，松花江常水位低，需开辟浮运航道； （3）管节沉放需大型船舶，水上施工作业要求复杂；（4）施工过程中，对河道航运影响较大；
（5）沉管法施工受气候影响较大。
3、优点：
（1）出入口布置通过越山路、解放路、泰山路、厦门街疏解，有利地提升中心片区和江南片区的交通联系，且兼顾近岸交通，交通功能优；
（2）工程规模小，沉管法工艺较成熟，南岸绿带提供了建设干坞的有利条件，工程可行性强；
（3）隧道埋深浅，与两岸线路衔接容易，无需做较长的岸边段，线型也较好；
（4）管段视密度轻，作用于地基的荷载较小，因而具有对各种地质条件适应能力较强。
4、缺点：
（1）沉管隧道埋深浅，易于受到浮力作用，也易于受环境条件变化影响；
（2）河(海) 床冲刷，软弱地基变形等，都将会严重影响隧道正常使用和安全；
（3）施工过程中，对河道航运影响较大；
（4）我国北方地区目前沉管法施工工程少，经验不足，施工难度大。
图5.3沉管法方案平面图
图5.4沉管法剖面图
（三）围堰明挖法
围堰明挖法是先行在水中施设围堰结构，然后将围堰内水抽干进行基坑和内部结构施工，完成隧道结构施工后再回填土、回灌水并拆除围堰的一种隧道施工方法。施工中根据周边环境条件，基坑可采用放坡开挖或设置围护结构进行开挖。
1、总体方案：
（1）总体布置：隧道北起解放路，南至林苑路。隧道全长约1280m，其中暗埋段长度980m，双向4车道规规模；
（2）出入口布置：北出入口位于解放路以南，距离交叉口约100m，南出入口位于林苑路以北，距离交叉口约100m，出入口并行同时接地，仅设置主线出入口；
（3）越江段：采用围堰明挖法，分2阶段实施；
（4）线形：纵断面敞开段严格控制3.5%，隧道内最大纵坡小于5.0%，河底最小覆土控制1m。
（5）围堰方案拟采用双排拉森钢板桩，基坑维护采用SMW工法桩+内支撑形式。
（6）施工工期：约24个月。
2、重难点：
（1）围堰施工，需要占用一半河道，对通航及周边环境影响较大；
（2）江冬季气温低，工期较长；
（3）卵石层透水性强，施工风险大。
3、优点：
（1）出入口布置同沉管法，交通功能优；
（2）工程规模小，围堰明挖工艺成熟，工程可行性强（3）避免与既有解放路地道交叉，减少工程难度。
（4）施工工艺简单，技术成熟，施工安全，施工质量易保证；
（5）适合不同地质情况，断面形式多样。
4、缺点：
（1）施工时对周边环境和航运影响大；
（2）需降水及进行管线改迁。
（3）施工工期受北方寒冷和松花江汛期等影响较大（4）两阶段围堰，对水环境、通航有一定影响（采取措施后影响可控）。
