張建斌

廈門(mén)路橋工程投資發(fā)展有限公司，福建 廈門(mén) 361026

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是沿海城市的發(fā)展，跨海快速交通要道已經(jīng)成為周?chē)鷧^(qū)域發(fā)展的重要工程，其中海底的施工與管理集合了隧道是高風(fēng)險(xiǎn)與高技術(shù)等眾多難題[1]。廈門(mén)是一島帶灣的海灣型城市，進(jìn)出島跨海通道的建設(shè)對(duì)城市發(fā)展至關(guān)重要。2010年4月建成通車(chē)的廈門(mén)翔安海底隧道是國(guó)內(nèi)第1座以鉆爆法施工的海底隧道。在建的廈門(mén)海滄海底隧道是國(guó)內(nèi)第3座以鉆爆法施工的海底隧道，其地質(zhì)條件與建設(shè)環(huán)境十分復(fù)雜[2]。本文結(jié)合該工程的重點(diǎn)難點(diǎn)，深入研究不良地層精準(zhǔn)注漿新技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境長(zhǎng)距離深大基坑、明挖隧道上跨運(yùn)營(yíng)地鐵、雙連拱超淺埋暗挖大斷面隧道下穿城市主干道等施工關(guān)鍵技術(shù)，為同類(lèi)工程提供參考。

1 工程概況

廈門(mén)海滄海底隧道是繼廈門(mén)翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道之后的國(guó)內(nèi)第3座以鉆爆法施工的海底隧道，是廈門(mén)“兩環(huán)八射”快速路網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，是連接海滄區(qū)和廈門(mén)本島的重要通道，其地理位置如圖1所示。它起于海滄馬青路，以海底隧道形式穿越廈門(mén)西海域，進(jìn)入本島后，再以隧道（暗挖與明挖）形式沿興湖路前行，與成功大道相交，并與規(guī)劃的第二東通道銜接（圖2）。線路全長(zhǎng)7.1 km，隧道長(zhǎng)6.3 km，跨海域段長(zhǎng)2.8 km。全線設(shè)地下互通1處，風(fēng)塔2座，主線收費(fèi)站1處，采用三孔隧道方案（圖3）。道路按一級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為80 km·h－1，雙向六車(chē)道（3.5 m+3.75 m），隧道凈寬13.75 m，凈高5 m。道路最小曲線半徑為700 m，最大縱坡為3.5%，豎向最小半徑凸形4 500 m、凹形2 700 m，設(shè)計(jì)使用年限為100年，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為地質(zhì)基本烈度7度，隧道防水等級(jí)二級(jí)，人防等級(jí)六級(jí)，消防等級(jí)A級(jí)。海滄海底隧道批復(fù)概算為56.48億元，計(jì)劃工期42個(gè)月，于2016年3月開(kāi)工建設(shè)。

圖1 廈門(mén)海滄海底隧道地理位置

圖2 海滄海底隧道線路

圖3 三孔隧道方案

與已建成的翔安海底隧道相比，海滄海底隧道跨海段地質(zhì)條件基本類(lèi)似，但本島端原填海段及陸域段地質(zhì)條件差，隧道主線及地下互通穿越城市中心區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，既有道路、建筑、地鐵、管線密集，平面線型布設(shè)空間嚴(yán)重受限，交通導(dǎo)改十分復(fù)雜，協(xié)調(diào)量及難度巨大，是工程建設(shè)的重要難點(diǎn)[3-6]。作為現(xiàn)代的海底隧道，各方對(duì)設(shè)計(jì)施工與建設(shè)管理等提出了更高的要求與預(yù)期。

2 線路設(shè)計(jì)及優(yōu)化

海滄海底隧道項(xiàng)目起終點(diǎn)與規(guī)劃的廈門(mén)第二東西通道銜接，路線方案主要受海域風(fēng)化槽、陸域段海滄及本島建（構(gòu)）筑物控制。圖4為海域段及本島地質(zhì)平面顯示，本島陸域段控制性建筑物主要包括高15層的銀盛大廈、象嶼保稅區(qū)海關(guān)大樓、疏港路高架橋及匝道橋、興湖路沿線的三航大廈和鴻圖苑小區(qū)等。若采用直穿方案，隧道軸線正好穿越東渡碼頭前沿的風(fēng)化深槽。為避開(kāi)碼頭前沿的風(fēng)化囊，提出采用B線（“S”形平曲線），并比較南側(cè)D線和北側(cè)E線方案。D線平面指標(biāo)優(yōu)于B線，海域地質(zhì)條件基本相當(dāng)，但從對(duì)陸域段控制性建（構(gòu)）筑物影響方面分析，B線明顯優(yōu)于D線，建設(shè)難度及風(fēng)險(xiǎn)也低于D線。B、E線的差別在于海域段地質(zhì)條件，從B線行車(chē)道及服務(wù)隧道地質(zhì)條件分析，隧道右線好于中間服務(wù)隧道，服務(wù)隧道好于北側(cè)的隧道左線，區(qū)域地質(zhì)條件南側(cè)好于北側(cè)，E線相對(duì)于B線北移，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)基巖等高面，從局部風(fēng)化槽對(duì)比分析，B線地質(zhì)條件明顯好于E線，因此最終設(shè)計(jì)方案采用B線。

圖4 海域段及本島地質(zhì)平面

已建的翔安海底隧道最大縱坡為2.91%，穿越海底風(fēng)化深槽，施工代價(jià)巨大。為合理規(guī)避不良地質(zhì)，適當(dāng)增大縱坡是必要的[7-10]。比選路線縱斷面方案，本工程對(duì)最大縱坡3.5%以及3.0%方案進(jìn)行了比較，從通行能力、運(yùn)營(yíng)安全、地質(zhì)條件（圖5）、工程難度、建設(shè)工期、全壽命周期成本等因素進(jìn)行綜合比選。在2種不同縱坡條件下，隧道長(zhǎng)度基本相同。在通行的小型客貨車(chē)比例超過(guò)90%且最大縱坡不超過(guò)4%的情況下，道路通行能力受坡度變化的影響較小。行車(chē)安全性方面，2種不同縱坡條件的平均速度差（按各車(chē)型所占比例加權(quán)計(jì)算平均車(chē)速）僅為10 km·h－1左右，都能夠滿足行車(chē)安全性要求。但是，從V級(jí)圍巖長(zhǎng)度及拱頂硬質(zhì)巖厚度小于5 m的隧道長(zhǎng)度對(duì)比，3.5%縱坡相比3.0%縱坡，分別減少了190 m和660 m，工程費(fèi)用減少約10 475萬(wàn)元，建設(shè)工期減少約18個(gè)月。隧道縱坡提高，會(huì)增加隧道通風(fēng)設(shè)備數(shù)量及后期運(yùn)營(yíng)成本，3.5%縱坡相比3.0%縱坡費(fèi)用將每年增加52萬(wàn)元，車(chē)輛運(yùn)行成本每年增加146萬(wàn)元，但隧道排水運(yùn)營(yíng)成本每年將減少40萬(wàn)元。分析全壽命周期成本，3.5%縱坡相比3.0%縱坡低6 376萬(wàn)元。綜合比較，最終采用最大縱坡3.5%方案。為解決隧道內(nèi)縱坡加大而導(dǎo)致的洞內(nèi)排污量急劇增加的問(wèn)題，在隧道主洞兩端加裝靜電除塵設(shè)備，結(jié)合隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的布置，連續(xù)設(shè)置除塵設(shè)備，分散、分段除塵，除塵效果較好，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)亦可用于除煙，進(jìn)一步提高了隧道內(nèi)運(yùn)營(yíng)條件[11-12]。

圖5 隧道地質(zhì)縱斷面

3 施工關(guān)鍵技術(shù)與對(duì)策

3.1 下穿海底風(fēng)化深槽及象嶼保稅區(qū)軟弱圍巖段

海域段有4處全強(qiáng)風(fēng)化深槽（囊），總長(zhǎng)230 m，其中2處侵入隧道內(nèi)，2處位于隧道拱頂；象嶼保稅區(qū)屬灘涂回填，與海水連通，地表建筑物多，地質(zhì)條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

穿越海底風(fēng)化深槽采用加固注漿（長(zhǎng)管棚注漿、周邊加固注漿和超前預(yù)注漿）方法，初期支護(hù)局部注漿止水、全斷面帷幕注漿等措施，如圖6所示，從而確保安全穿越海底風(fēng)化槽。下穿象嶼保稅區(qū)軟弱圍巖地段，在翔安海底隧道帷幕注漿的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究精準(zhǔn)注漿技術(shù)，研發(fā)了全孔一次快速注漿施工技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多種地層的注漿加固，效果顯著，并申請(qǐng)了多項(xiàng)專(zhuān)利。圖7為正在施工的服務(wù)隧道洞內(nèi)注漿情況。

圖7 全孔一次快速注漿

3.2 下穿疏港路高架

主線暗挖隧道下穿疏港路高架，需對(duì)2個(gè)墩臺(tái)進(jìn)行托換，分別采用“梁加樁托換”和“筏板加樁托換”2種方式，如圖8所示。隧道靠近樁基側(cè)采用直徑32 mm、長(zhǎng)5.0 m的自進(jìn)式錨桿注漿加固；采用長(zhǎng)短結(jié)合雙層小管棚進(jìn)行超前加固，及時(shí)加固地層，確保地層穩(wěn)定及掌子面的穩(wěn)定;采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，施工時(shí)使用微震控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破震動(dòng)波速及規(guī)模，降低隧道開(kāi)挖、爆破對(duì)樁基的影響。

3.3 復(fù)雜周邊環(huán)境下長(zhǎng)距離深大基坑施工

明挖段距離長(zhǎng)（約1.4 km）、基坑深（最深28 m）、斷面大（最大跨度35 m），周邊建筑物密集，交通導(dǎo)改、管線遷改尤為復(fù)雜，見(jiàn)圖9。

采用圍護(hù)樁加內(nèi)支撐體系，局部區(qū)段采用錨索方案，兩側(cè)設(shè)旋噴樁和袖閥管止水帷幕。對(duì)于基巖面凸起段，采用吊腳樁支護(hù)方案，圍護(hù)樁嵌入深度為1~2 m，預(yù)留巖肩寬度為1 m，并設(shè)計(jì)鎖腳錨索確保吊腳樁安全。基坑開(kāi)挖采用縱向分段、豎向分層、由上至下、中間拉槽、先支后挖[14]。巖層開(kāi)挖爆破對(duì)基坑支護(hù)的穩(wěn)定性影響較大，須采用爆破控制措施，見(jiàn)圖10。

圖8 下穿疏港路高架樁基托換

圖9 長(zhǎng)距離深大基坑周邊環(huán)境

圖10 土巖復(fù)合基坑典型橫斷面

3.4 明挖隧道上跨運(yùn)營(yíng)地鐵施工

隧道在石鼓山立交位置上跨已試運(yùn)營(yíng)的廈門(mén)地鐵1號(hào)線，結(jié)構(gòu)最小間距為6.4 m，基坑圍護(hù)樁與地鐵最小間距為2.4 m，施工復(fù)雜性國(guó)內(nèi)少見(jiàn)。同時(shí)，嘉禾路需多次交通導(dǎo)改，管線遷改復(fù)雜，見(jiàn)圖11、 12。

圖11 上跨地鐵1號(hào)線基坑平面

圖12 上跨地鐵1號(hào)線基坑與隧道橫斷面

為確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全，要求上部明挖施工期間地鐵隧道上浮不超過(guò)10 mm。施工須精確控制樁長(zhǎng)，減小樁基擾動(dòng)?？拥撞捎眯溟y管地基注漿加固，嚴(yán)格分區(qū)分塊開(kāi)挖，防止地鐵隧道的上浮。與地鐵單位聯(lián)合對(duì)地鐵隧道內(nèi)及基坑開(kāi)挖范圍進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)（輔以人工校核監(jiān)測(cè)）。目前上跨地鐵段已施工完成，成功地將地鐵區(qū)間隧道左線隆起量控制在3.43 mm，右線控制在6.4 mm，確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

3.5 雙連拱超淺埋暗挖隧道下穿城市主干道

主線下穿興湖路有160 m超淺埋、大斷面、變截面雙連拱隧道，見(jiàn)圖13。其單洞開(kāi)挖寬度22.8 m，開(kāi)挖斷面249.35 m2，埋深5.8~11.3 m，屬罕見(jiàn)的不對(duì)稱大斷面雙連拱隧道。下穿石鼓山立交段為260 m超淺埋雙連拱隧道，見(jiàn)圖14，開(kāi)挖總寬度為36.28 m，埋深僅為5 m。

施工采用化大為小、分部開(kāi)挖、臨時(shí)封閉成環(huán)、導(dǎo)洞先行的方案。地表預(yù)加固，設(shè)3次襯砌，初支加強(qiáng)層緊跟施作。地表交通導(dǎo)改配合隧道下穿[15]。加強(qiáng)沉降、變形監(jiān)控量測(cè)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)洞內(nèi)施工。

圖13 下穿興湖路雙連拱隧道

圖14 下穿石鼓山立交雙連拱隧道

4 品質(zhì)工程創(chuàng)建

廈門(mén)海滄海底隧道以交通運(yùn)輸部“三個(gè)示范工程”（平安工地示范工程、現(xiàn)代長(zhǎng)大隧道管理示范工程、百年品質(zhì)工程）為建設(shè)目標(biāo)，全面開(kāi)展品質(zhì)工程創(chuàng)建活動(dòng)，夯實(shí)科技創(chuàng)新支撐，強(qiáng)化信息化建設(shè)，注重四新技術(shù)應(yīng)用，全面推行施工標(biāo)準(zhǔn)化管理，不斷提升建設(shè)管理水平，有效地確保安全、質(zhì)量、進(jìn)度與投資控制。

科研攻關(guān)方面，針對(duì)海底隧道工程重難點(diǎn)，開(kāi)展土巖復(fù)合地層深大基坑施工及安全控制關(guān)鍵技術(shù)、超淺埋暗挖雙連拱隧道施工關(guān)鍵技術(shù)、復(fù)雜條件下近距離地鐵區(qū)間隧道施工關(guān)鍵技術(shù)、臨海富水軟弱圍巖復(fù)雜環(huán)境條件下隧道帷幕注漿技術(shù)、多出入口城市海底隧道通風(fēng)及防災(zāi)救援綜合技術(shù)等的科研攻關(guān)，相關(guān)研究成果為品質(zhì)工程建設(shè)提供技術(shù)支撐，科學(xué)解決設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

信息化建設(shè)方面，結(jié)合海底隧道施工質(zhì)量、安全等管控要求，建立“互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎(chǔ)設(shè)施”信息化管理平臺(tái)，推進(jìn)大數(shù)據(jù)與項(xiàng)目管理深度融合，創(chuàng)新項(xiàng)目信息化管理水平。信息化管理平臺(tái)集成了6大系統(tǒng)：視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門(mén)禁定位系統(tǒng)、BIM管理系統(tǒng)、隱患排查系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)。視頻監(jiān)控與門(mén)禁定位系統(tǒng)主要用于輔助隧道施工安全管理。圖15為BIM管理系統(tǒng)，用于對(duì)地質(zhì)、工程量、施工組織方案、進(jìn)度等的仿真模擬，記錄施工過(guò)程信息，追溯施工質(zhì)量，構(gòu)建運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái)。隱患排查方案：一是定制標(biāo)準(zhǔn)化的隱患排查清單，輔助現(xiàn)場(chǎng)快速排查；二是實(shí)現(xiàn)隱患排查、掛號(hào)、整改、復(fù)查、銷(xiāo)號(hào)全過(guò)程閉合管理；三是系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息，提示需重點(diǎn)關(guān)注的檢查項(xiàng)目及檢查區(qū)域。

5 結(jié)語(yǔ)

海底隧道施工技術(shù)是隧道工程及相關(guān)領(lǐng)域各項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)和高難度風(fēng)險(xiǎn)管控的集中體現(xiàn)，對(duì)勘察設(shè)計(jì)、施工及建設(shè)管理都提出了更高要求。在廈門(mén)海滄海底隧道建設(shè)過(guò)程中，有針對(duì)性地開(kāi)展設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，按交通運(yùn)輸部“三個(gè)示范工程”要求深入開(kāi)展品質(zhì)工程創(chuàng)建，不斷提升海底隧道建造技術(shù)與項(xiàng)目管理水平，取得良好成效，工程進(jìn)展總體順利，對(duì)類(lèi)似工程建設(shè)具有參考意義。

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