徐安寧

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司,北京市 100082）

0 引言

近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地下空間利用和開發(fā)進(jìn)入高速發(fā)展的快速通道。隧道工程作為道路交通穿越江河湖泊、障礙物等的重要形式，成為城市交通發(fā)展的重要方向。特別是那些穿越江、河、湖泊、海域的隧道，有著非常大的優(yōu)勢(shì)。目前國外已建成的海底隧道有20多條，主要分布在日本、美國、西歐等地區(qū)。國內(nèi)已有多地開建水下隧道，已建成通車達(dá)30多條，分布于上海、廣州、廈門、武漢、青島等地[1]。

媽灣跨海通道位于深圳市南山區(qū)和寶安區(qū)，連接前海自貿(mào)合作區(qū)以及大鏟灣港區(qū)、寶安中心區(qū)，最終與沿江高速接駁，是以貨運(yùn)為主、兼顧客運(yùn)的交通通道。由于穿越地區(qū)均為人工填海造地區(qū)域或者海域，同時(shí)又是大斷面的貨運(yùn)交通隧道，面臨的外部環(huán)境和內(nèi)部技術(shù)條件非常復(fù)雜。本文旨在從跨海通道總體方案設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探索和思考，在實(shí)踐過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出一些關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，共同行借鑒和參考。

1 工程概況

媽灣跨海通道是連接南山港區(qū)和大鏟灣港區(qū)的貨運(yùn)專用通道，同時(shí)兼顧兩個(gè)片區(qū)的客運(yùn)交通聯(lián)系。

媽灣跨海通道規(guī)劃為城市快速路，主線設(shè)計(jì)車速80 km/h，雙向6車道，兩端陸域段設(shè)雙向6車道地面道路。道路設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于媽灣大道和月亮灣大道相交處，終點(diǎn)接現(xiàn)狀沿江高速大鏟灣收費(fèi)站，道路全長約7.3 km，其中前海段2.5 km，海域段1.1 km，大鏟灣段3.7 km。如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目位置示意圖

2 工程特點(diǎn)及控制條件

2.1 主要工程特點(diǎn)

媽灣跨海通道是一條穿越人工填海造地區(qū)域和海域的疏港貨運(yùn)通道，采用深埋盾構(gòu)方式敷設(shè)，斷面大、埋深大，所通過地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，可以說是國內(nèi)為數(shù)不多的大斷面貨運(yùn)交通隧道。其主要工程特點(diǎn)如下：

（1）疏港貨運(yùn)交通為主，雙向6車道，盾構(gòu)直徑大。

該工程定位為疏港貨運(yùn)通道，運(yùn)行車輛以集裝箱貨車為主，貨運(yùn)自然車占比高，需要采用雙向6車道斷面，從而導(dǎo)致盾構(gòu)段直徑大，技術(shù)難度也相應(yīng)增大。

（2）預(yù)留遠(yuǎn)期航道條件，以深埋隧道敷設(shè)，隧道內(nèi)縱坡較大。

該工程穿越前海灣，規(guī)劃15萬t級(jí)航道，需要采取深埋方式敷設(shè)，陸域段需設(shè)置進(jìn)出口匝道，從而導(dǎo)致海域段與陸域段銜接的主線道路縱坡較大。

（3）臨海環(huán)境、復(fù)合地層，盾構(gòu)面臨上軟下硬和高水壓，風(fēng)險(xiǎn)極高。

該工程所經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，水壓高，所經(jīng)區(qū)域?yàn)槿斯ぬ钔?、沉積淤泥、淤泥質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土、構(gòu)造巖、全～微風(fēng)化的混合花崗巖及混合巖等。盾構(gòu)段基本上處于上軟下硬的地層，對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能及施工技術(shù)要求極高，風(fēng)險(xiǎn)也極高。

（4）超深基坑+復(fù)合地層，基坑支護(hù)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。

盾構(gòu)井位置處基坑深度超出一般水平，均屬于超深基坑范疇，最大基坑深度達(dá)到27 m，沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，計(jì)算難度大，給基坑支護(hù)帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。

（5）連接前海和大鏟灣片區(qū)，環(huán)保要求高。

前海合作區(qū)定位為具有國際競爭力的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)區(qū)域中心和現(xiàn)代化國際化濱海城市中心。大鏟灣遠(yuǎn)期預(yù)留發(fā)展用地明確建設(shè)成為未來科技城，以“立體城市、綠色城市、未來城市”為理念，建設(shè)具有全球輻射引領(lǐng)作用的“互聯(lián)網(wǎng)+”未來科技城。

（6）特長海底隧道以貨運(yùn)交通為主，火災(zāi)概率高，逃生救援難度大。

項(xiàng)目隧道總長度超過5 km，為特長隧道，同時(shí)交通組成以貨運(yùn)集裝箱為主，火災(zāi)概率大，熱釋熱率高，又穿越海域，對(duì)隧道通風(fēng)消防及逃生救援要求極高。

（7）跨越海域，沖淤對(duì)隧道有影響。

該項(xiàng)目海域與外海連通，潮汐每日漲退，所在海域水動(dòng)力較小，容易形成海水中細(xì)顆粒土的沉淀，致使該區(qū)域淤泥沉淀量較大，開挖后回淤速度較快，隧道施工和建成后，都會(huì)受到?jīng)_淤的影響。

2.2 控制條件

（1）道路起終點(diǎn)：均與現(xiàn)狀道路銜接，設(shè)置為互通式立交，需要考慮立交功能定位、立交型式及近遠(yuǎn)期結(jié)合方案。

（2）沿線重要的建筑及管線：包括前海段保稅園區(qū)及現(xiàn)狀高壓燃?xì)夤芫€，大鏟灣段主要是大鏟灣港碼頭及其設(shè)施。

（3）海域段航道條件：預(yù)留遠(yuǎn)期航道通航條件。

（4）上軟下硬的地質(zhì)條件及高水壓帶來的高風(fēng)險(xiǎn)等制約技術(shù)方案。

（5）陸域段環(huán)保要求高，對(duì)隧道通風(fēng)方案提出高要求。

3 總體方案設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定

媽灣跨海通道規(guī)劃為城市快速路。在這個(gè)大原則下，如何確定更為詳細(xì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以滿足設(shè)計(jì)需求，在方案設(shè)計(jì)前應(yīng)該盡早明確。

（1）道路等級(jí)與設(shè)計(jì)速度

根據(jù)區(qū)域交通組織、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)需要，結(jié)合媽灣跨海通道所承擔(dān)的功能，確定媽灣跨海通道的道路等級(jí)為城市快速路。由于媽灣跨海通道以承擔(dān)疏港交通功能為主，考慮大型集裝箱貨車行駛安全性、舒適度等因素，建議地下道路按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度取80 km/h[2]。

（2）道路最大縱坡

最大縱坡對(duì)道路豎向及工程方案、經(jīng)濟(jì)性均有較大影響。媽灣跨海通道以集裝箱貨運(yùn)交通為主，兼顧客運(yùn)，以深埋方式敷設(shè)。經(jīng)過調(diào)研相關(guān)的集裝箱車型，并采用駕駛模擬倉試驗(yàn)，考慮盾構(gòu)段長度及出入口匝道設(shè)置滿足交通功能需求等因素，初步確定地下道路最大縱坡取4%，既能適應(yīng)車輛要求，又能達(dá)到工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理[3]。

3.2 隧道工法確定

國內(nèi)外常用的水下隧道工法方案基本為盾構(gòu)法、沉管法、堰筑法、鉆爆法等，對(duì)比國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合航道條件、地質(zhì)條件、規(guī)劃條件、工期條件等因素，綜合確定該項(xiàng)目的工法方案。

（1）工法方案比較

表1對(duì)幾種水下隧道工法方案進(jìn)行一個(gè)粗略對(duì)比，各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況。

（2）工法方案確定

根據(jù)媽灣跨海通道項(xiàng)目特點(diǎn)和條件，結(jié)合地質(zhì)情況，從交通服務(wù)功能、工程規(guī)模、技術(shù)可行、風(fēng)險(xiǎn)可控、工期適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境友好性、運(yùn)營安全性等方面綜合比選。由于盾構(gòu)法具有受場地條件制約程度低、對(duì)環(huán)境影響小、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、工程風(fēng)險(xiǎn)總體可控、外部協(xié)調(diào)工作量較小、行政成本低、有利于工程盡快實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)綜合比較，推薦采用盾構(gòu)工法。

表1 水下隧道工法比較

3.3 路線設(shè)計(jì)

（1）盾構(gòu)工法對(duì)海域段線位的影響

該項(xiàng)目海域段采用雙圓盾構(gòu)工法施工，根據(jù)盾構(gòu)施工工法要求，兩圓之間要保證一定的距離，保證隧道施工安全。相關(guān)規(guī)范對(duì)兩圓之間間距做了要求：盾構(gòu)法左右線雙洞間距不小于1.0D（D為單個(gè)圓隧道直徑，下同）；平面半徑不小于50D。確定海域段道路平面線形為“圓曲線+直線+圓曲線”布設(shè)形式。

（2）陸域段線位銜接

陸域段線位受前海、大鏟灣兩端的用地條件、規(guī)劃紅線位置、既有管線、出入口匝道布置等條件限制，路線平面布置調(diào)整余地小，同時(shí)需要與海域段大半徑曲線銜接，以接順兩端規(guī)劃中線。

（3）進(jìn)出洞口線形設(shè)計(jì)

進(jìn)出洞口是駕駛?cè)艘暰€明暗變化的節(jié)點(diǎn)，由于外圍空間視覺不同，影響駕駛?cè)藛T操作行為和心理的變化，從而對(duì)行車安全造成一定的影響。在該項(xiàng)目中，除了要保證線形連續(xù)外，在前海端洞口還要考慮與現(xiàn)狀高架橋的銜接，通過曲線設(shè)置盡可能避免小偏角，保證行車安全。

3.4 進(jìn)出匝道設(shè)置

媽灣跨海通道連接了前海合作區(qū)和大鏟灣片區(qū)，客運(yùn)交通聯(lián)系需要通過媽灣通道來解決，因此需要在前海段和大鏟灣段設(shè)置進(jìn)出口匝道，滿足客運(yùn)交通需求，需要在前海段和大鏟灣段各設(shè)置兩對(duì)進(jìn)出口，并且進(jìn)出口要盡可能近海，以服務(wù)更多的地塊交通。

3.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目的主要立交節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)月亮灣立交和終點(diǎn)大鏟灣收費(fèi)站立交節(jié)點(diǎn)。

（1）起點(diǎn)立交方案

根據(jù)前海合作區(qū)規(guī)劃及媽灣通道規(guī)劃，疏港交通的功能由媽灣通道承擔(dān)，現(xiàn)有立交型式不能滿足疏港交通組織功能需求，需要部分調(diào)整。保留原來的立交型式不變，調(diào)整南向東方向右轉(zhuǎn)匝道，增加北向東方向的定向匝道，從而保證疏港貨運(yùn)交通組織更加完善。

（2）終點(diǎn)立交方案

按照“大鏟灣港區(qū)客運(yùn)交通與疏港交通相對(duì)分離”、“大鏟灣港區(qū)疏港交通與南山港區(qū)疏港交通相對(duì)分離”的思路和原則，采用近遠(yuǎn)期結(jié)合、分期進(jìn)行交通組織的方式來解決交通問題。

3.6 防災(zāi)救援

隧道工程的防災(zāi)體系是通過隧道的主體建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、照明、供配電、消防等各個(gè)子系統(tǒng)的安全或功能的冗余設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，并通過監(jiān)控系統(tǒng)將各子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)隧道總體防災(zāi)、減災(zāi)和救災(zāi)的功能。

3.6.1 建筑防災(zāi)

主要體現(xiàn)在隧道的裝修材料均選用防火耐火材料，在隧道頂部設(shè)置防火內(nèi)襯。同時(shí)，考慮縱向和橫向逃生相結(jié)合的逃生體系。在盾構(gòu)段沿隧道縱向每隔一段距離設(shè)置逃生口和逃生樓梯，通過隧道的上、下層相互逃生；在明挖段采用設(shè)置橫通道的方式進(jìn)行左右互為逃生，從而保證人員在災(zāi)害情況下盡快疏散。

3.6.2 通風(fēng)系統(tǒng)

媽灣通道工程射流風(fēng)機(jī)懸吊于隧道頂部及側(cè)壁，用來補(bǔ)充汽車低速行駛時(shí)交通通風(fēng)力的不足。豎井內(nèi)設(shè)有軸流風(fēng)機(jī)，用于火災(zāi)時(shí)送風(fēng)排煙?？紤]不同火災(zāi)工況下的通風(fēng)排煙模式，確?；馂?zāi)事故工況下通風(fēng)系統(tǒng)具有排煙功能，盡可能控制煙霧和熱量擴(kuò)散，并為逗留在隧道內(nèi)的乘客、消防人員等提供一定的新風(fēng)量，以利于人員疏散和滅火撲救。

3.6.3 消防系統(tǒng)

該工程隧道火災(zāi)主要為汽車油箱火災(zāi)、車載貨物火災(zāi)等A、B類危險(xiǎn)物的復(fù)合火災(zāi)。火災(zāi)蔓延速度快，危及隧道結(jié)構(gòu)安全，交通恢復(fù)所需時(shí)間長。而且，一類城市交通隧道因隧道長，火災(zāi)時(shí)人員、車輛疏散及消防員的火災(zāi)救援相對(duì)困難，故對(duì)隧道初期火災(zāi)的控制非常重要[4]。

3.6.4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

媽灣通道工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括中央控制、閉路電視、緊急電話、火災(zāi)報(bào)警、有線廣播、交通監(jiān)控以及通風(fēng)、照明設(shè)施，火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制等。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市交通需求，越來越多的水下隧道工程將會(huì)帶來更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，面臨的問題也是千差萬別。通過本文的闡述，希望給同類工程提供借鑒。城市水下隧道的豎向設(shè)計(jì)需要考慮的因素眾多，除了需要滿足道路交通功能之外，還要考慮規(guī)劃條件、隧道工法、地質(zhì)條件等，只有把這些相關(guān)因素充分結(jié)合，綜合分析研究，才能確定最優(yōu)的隧道豎向高程，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高、線形好、交通功能完備、施工安全可靠、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的目標(biāo)。媽灣跨海通道豎向設(shè)計(jì)方案的確定過程，可供類似工程參考借鑒。