劉凱凱

(舟山市普陀區(qū)大橋工程建設(shè)管理辦公室，浙江舟山 316100)

0 引言

我國(guó)內(nèi)陸及沿海水域遼闊，交通事業(yè)的發(fā)展和隧道修建技術(shù)的進(jìn)步為水下隧道的發(fā)展提供了優(yōu)越的條件。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，已建或擬建的海底隧道或水下隧道越來(lái)越多［1，2］。由于海底隧道一般軸線(xiàn)均較長(zhǎng)、建設(shè)條件復(fù)雜，尤其是工程地質(zhì)與水文地質(zhì)復(fù)雜多變;而在現(xiàn)有的技術(shù)條件下進(jìn)行深水海洋地質(zhì)勘察的難度高、投入大，準(zhǔn)確性也相對(duì)降低，在海底隧道建設(shè)過(guò)程中遇到未預(yù)測(cè)到的不良地質(zhì)情況的風(fēng)險(xiǎn)就更大。根據(jù)國(guó)內(nèi)外已有的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，海底隧道的主要施工工法有鉆爆法、盾構(gòu)法和沉管法［3］。每種建設(shè)工法均有其適應(yīng)性，需根據(jù)工程規(guī)模、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及周邊環(huán)境等因素綜合確定。

本文結(jié)合某擬建海底隧道，對(duì)海底隧道建設(shè)中的兩種常用工法即盾構(gòu)法與沉管法的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。根據(jù)擬建海底隧道的建設(shè)條件，分別進(jìn)行了盾構(gòu)方案與沉管方案研究，并結(jié)合擬建隧道的具體特點(diǎn)，對(duì)此兩種建設(shè)方案進(jìn)行了詳細(xì)地對(duì)比研究。

1 項(xiàng)目概況

擬建海底隧道采用雙向四車(chē)道，隧址區(qū)屬海積平原地貌及海岸帶地貌，地形平坦開(kāi)闊，地勢(shì)較低，起伏較小。所在海域潮汐為正規(guī)半日潮;潮流強(qiáng)度總體較弱，實(shí)測(cè)最大漲、落潮流速分別為0.85 m/s和0.71 m/s。海域上部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，中部為粉質(zhì)粘土，下部為含粘性土碎石，底部為凝灰?guī)r，海底覆蓋層厚度較大。

2 盾構(gòu)方案研究

盾構(gòu)法是修建水底隧道的一種重要施工方法，尤其是在軟土地層中具有較大優(yōu)勢(shì)。在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工。盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌、拼裝等可實(shí)行自動(dòng)化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工勞動(dòng)強(qiáng)度較低。采用盾構(gòu)法施工，周?chē)h(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾，對(duì)通航基本無(wú)影響，地面人文自然景觀可受到良好的保護(hù)。其不足主要體現(xiàn)在:盾構(gòu)機(jī)械造價(jià)較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜;需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測(cè)量、場(chǎng)地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)難;對(duì)隧道曲線(xiàn)半徑過(guò)小或隧道埋深較淺時(shí)，施工難度較大。

本隧道線(xiàn)位所處的海底地形較為平緩，覆蓋層厚較大，土層以淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土為主，適宜采用盾構(gòu)隧道施工。若采用盾構(gòu)法隧道，隧道長(zhǎng)度適中，且能較為便利地與兩岸島內(nèi)交通進(jìn)行溝通，能充分發(fā)揮隧道的既定功能?？紤]盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)，盾構(gòu)方案平面線(xiàn)形主要考慮下列因素:1)兩岸盾構(gòu)始發(fā)井與接收井各隧道之間的凈距;2)海域盾構(gòu)段隧道之間的凈距;3)盾構(gòu)兩端明挖暗埋段盡量減小漸變段長(zhǎng)度，減小占地寬度，降低開(kāi)挖量。

結(jié)合工程實(shí)際情況及盾構(gòu)、明挖各工法的施工特點(diǎn)，相關(guān)道路交叉、銜接要求，盾構(gòu)方案路線(xiàn)縱斷面設(shè)計(jì)的主要控制因素有以下幾個(gè)方面:1)海域盾構(gòu)頂面最小覆土厚度要求;2)隧道兩端接線(xiàn)道路路面標(biāo)高及交通組織要求;3)盾構(gòu)工作井處覆土厚度要求;4)隧道內(nèi)最大坡度。

綜合考慮上述各制約因素，隧道海底段采用盾構(gòu)法施工，兩岸采用明挖法施工，通過(guò)工作井實(shí)現(xiàn)不同工法之間的連接轉(zhuǎn)換。

盾構(gòu)隧道凈空斷面的擬定主要取決于建筑限界和設(shè)備布置要求，同時(shí)還應(yīng)考慮其他因素，如隧道內(nèi)裝修的布設(shè)、施工誤差、測(cè)量誤差、線(xiàn)路擬合誤差以及后期變形等。結(jié)合本工程的地質(zhì)條件及盾構(gòu)機(jī)的選型情況，并參考既有盾構(gòu)法隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑確定為10.0 m。

3 沉管方案研究

沉管法是在海岸邊的干塢里或在大型船臺(tái)上將隧道管節(jié)預(yù)制好，再浮拖至設(shè)計(jì)位置沉放對(duì)接而后溝通成隧道。沉管隧道一般由敞開(kāi)段、暗埋段、沉埋段等部分組成，部分工程在沉埋段兩端設(shè)置岸邊豎井，供通風(fēng)、供電、排水等使用。沉管由于受到水浮力的作用，作用于地基的荷載較小，因而對(duì)基礎(chǔ)承載力的要求較低，對(duì)各種地質(zhì)條件的適應(yīng)能力較強(qiáng)。沉管隧道的斷面適應(yīng)性最好，斷面越大，沉管的優(yōu)勢(shì)越明顯。此外，沉管隧道可根據(jù)需要改變斷面，且斷面利用率較高。其不足主要體現(xiàn)在:基槽(呈倒梯形狀)開(kāi)挖的土方量大，相應(yīng)的回填量也較大;主體結(jié)構(gòu)的圬工量較大;且對(duì)潮差和水流速的要求較高。此外，沉管隧道在浮運(yùn)、沉放、對(duì)接階段將對(duì)航道產(chǎn)生一定影響，需要采取封航措施才能保證施工的順利進(jìn)行。

沉管隧道方案的可行性主要取決于地層條件、水文條件、干塢設(shè)置條件及對(duì)航道的影響等眾多因素。擬建隧道海底覆蓋層厚度約為40 m，自上而下依次為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土，建成后的沉管隧道基礎(chǔ)主要位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土之中，隨之區(qū)水流速度約0.85 m/s，且兩岸灘涂區(qū)較為開(kāi)闊，方便設(shè)置干塢?？偟膩?lái)看，隧道具備采用沉管方案的可行性。

由于沉管隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其左右線(xiàn)位于一個(gè)整體結(jié)構(gòu)內(nèi)、左右線(xiàn)間距小，可利用暗埋段和敞開(kāi)段漸變?yōu)檎w式路基形式，平面線(xiàn)位主要由軸線(xiàn)總體走向確定。結(jié)合工程實(shí)際情況及沉管、明挖各工法的施工特點(diǎn)，沉管方案縱斷面設(shè)計(jì)的主要控制因素如下:1)海域沉管隧道頂部設(shè)置高程;2)隧道兩端接線(xiàn)道路路面標(biāo)高;3)隧道內(nèi)最大坡度;4)明挖暗埋段的埋深。

綜合考慮上述各制約因素，隧道海底盾構(gòu)段采用整體式結(jié)構(gòu)，平面線(xiàn)形采用直線(xiàn)，進(jìn)入海域后根據(jù)地形采用相應(yīng)的緩坡。

沉管段隧道建筑橫斷面設(shè)計(jì)以充分利用空間為原則，并集中體現(xiàn)以人為本的精神，滿(mǎn)足隧道正常運(yùn)營(yíng)、故障檢修、事故安全疏散等多種工況的功能要求。橫斷面設(shè)計(jì)包括隧道建筑限界、設(shè)備設(shè)置空間、安全疏散設(shè)施設(shè)計(jì)，并考慮適當(dāng)?shù)氖┕ふ`差和不均勻沉降預(yù)留量。根據(jù)沉管隧道的一般做法，通常隧道整個(gè)軸線(xiàn)上采用相同的橫斷面，以避免預(yù)制模板的不斷變化。

4 建設(shè)方案對(duì)比研究

根據(jù)盾構(gòu)隧道與沉管隧道的工法特點(diǎn)，從工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、海底地形、橫斷面布置與防災(zāi)性能等方面來(lái)看，兩種工法均是可行的。但盾構(gòu)法在對(duì)周邊環(huán)境以及對(duì)航道的影響等方面具有一定的優(yōu)勢(shì);沉管工法在施工難度、干塢設(shè)置、長(zhǎng)期防水的可靠性、對(duì)防洪的影響、對(duì)航道的影響、棄渣對(duì)環(huán)境的影響、施工場(chǎng)地、建設(shè)工期及建設(shè)費(fèi)用等方面稍顯不足。詳細(xì)比較結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 沉管方案與盾構(gòu)方案對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

海底隧道建設(shè)條件復(fù)雜，根據(jù)隧道的建設(shè)條件選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的建設(shè)方案進(jìn)而開(kāi)展相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是海底隧道順利實(shí)施的先決條件。海底隧道建設(shè)方案的選擇，應(yīng)綜合考慮隧道使用功能、沿線(xiàn)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、海底地形、周邊環(huán)境以及對(duì)航道的影響等方面確定。由于盾構(gòu)隧道使用現(xiàn)代化生產(chǎn)手段、速度快、效率高;施工通風(fēng)易于解決，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離獨(dú)頭掘進(jìn);進(jìn)洞工作人員作業(yè)環(huán)境較好，安全保證程度高;隧道管片及防水系統(tǒng)工廠化預(yù)制;機(jī)械化拼裝，質(zhì)量穩(wěn)定;同沉管法相比，其施工期不占用航道，對(duì)環(huán)境影響小;同鉆爆法相比，隧道埋深要求較低，線(xiàn)路長(zhǎng)度可以縮短，因此在海底隧道建設(shè)中，凡能使用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工的，當(dāng)優(yōu)先用。

［1］王夢(mèng)恕，皇甫明.海底隧道修建中的關(guān)鍵問(wèn)題［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，22(4)：1-4.

［2］孫 謀，譚忠盛.盾構(gòu)法修建水下隧道的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2009，11(7)：18-23.

［3］郭陜?cè)?關(guān)于我國(guó)海底隧道建設(shè)若干工程技術(shù)問(wèn)題的思考［J］.隧道建設(shè)，2007，27(3)：1-5.