谷　亮

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司　武漢　430063)

廈門(mén)軌道交通2號(hào)線跨海段方案研究

谷亮

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司武漢430063)

摘要廈門(mén)軌道交通2號(hào)線作為國(guó)內(nèi)第一條地鐵下穿海域的軌道線路，其跨海段為2號(hào)線全線的關(guān)鍵工程與控制性工程。該段地質(zhì)條件復(fù)雜，周邊控制性因素多，為降低工程風(fēng)險(xiǎn)、減少工程投資、縮短施工工期，從線路、車站建筑、地質(zhì)條件、施工工法、工程投資等角度對(duì)跨海段方案進(jìn)行了綜合分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外成熟的隧道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了廈門(mén)2號(hào)線跨海區(qū)間的隧道建設(shè)方案，為軌道交通2號(hào)線跨海段的線站位方案選擇提供參考。

關(guān)鍵詞交通運(yùn)輸工程地鐵跨海隧道方案線路

隨著城市建設(shè)、交通的發(fā)展，我國(guó)地鐵工程也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)地鐵工程積累了大量的地鐵選線[1-2]及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，但地鐵下穿海域的軌道交通在國(guó)內(nèi)尚屬首次。因此，對(duì)廈門(mén)軌道交通2號(hào)線跨海隧道的工程重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行分析并找出對(duì)策，是至關(guān)重要的。

1國(guó)內(nèi)外工程案例

海底隧道的發(fā)展史，是從1802年提出英法海底隧道設(shè)想開(kāi)始的，但受到當(dāng)時(shí)科技和資金上的限制，直到1993年這一偉大的構(gòu)想才得以實(shí)現(xiàn)。

日本20世紀(jì)40年代在關(guān)門(mén)海峽修建的海底隧道是世界上最早的海底隧道。20世紀(jì)70年代后，在日本、挪威、英國(guó)等國(guó)家，大量的海底隧道相繼建成。

日本于1985年貫通了穿越津輕海峽的青函海底鐵路隧道，全長(zhǎng)53.85 km。日本青函海底隧道與英法海峽隧道堪稱20世紀(jì)最宏偉的隧道建設(shè)壯舉。自上世紀(jì)90年代以后，以青函隧道的成功修建為契機(jī)，世界各國(guó)橫跨海峽的隧道工程如雨后春筍般大量涌現(xiàn)。比如，丹麥大海峽鐵路隧道，全長(zhǎng)7.9 km，于1995年貫通。

盾構(gòu)法盾構(gòu)法(TBM)是一種采用盾殼進(jìn)行保護(hù)，利用機(jī)械對(duì)土體或巖石進(jìn)行開(kāi)挖的隧道掘進(jìn)方式。盾構(gòu)法是在軟土地層中修建隧道的一種施工方法，其歷史已有約170年。最早采用盾構(gòu)法施工的是在英國(guó)倫敦泰晤士河修建的長(zhǎng)458 m的一座水底隧道(1843年建成)。廣深港客運(yùn)專線深港隧道、獅子洋隧道[3]都是國(guó)內(nèi)采用復(fù)合式盾構(gòu)的成功案例。

礦山法也是國(guó)內(nèi)外修建隧道和其他工程普遍采用的施工方法，在國(guó)內(nèi)外均是成熟的技術(shù)。世界上已建最長(zhǎng)的鉆爆法海底隧道是日本的青函海底隧道，全長(zhǎng)54 km。

2工程概況

廈門(mén)市是我國(guó)最早實(shí)行對(duì)外開(kāi)放政策的4個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一，為強(qiáng)化廈門(mén)市作為區(qū)域中心城市的作用和增強(qiáng)其現(xiàn)代化綜合交通功能、加強(qiáng)廈門(mén)本島與陸地間的連接，建設(shè)地鐵越海隧道具有重要的政治和經(jīng)濟(jì)意義。

廈門(mén)軌道交通2號(hào)線一期工程海滄大道站—東渡路站區(qū)間隧道下穿廈門(mén)西海域，是我國(guó)第一個(gè)穿越海底的地鐵隧道，采用盾構(gòu)法施工在國(guó)內(nèi)尚屬首次。

跨海隧道所穿越的廈門(mén)西港海域，海岸線較順直，海滄?zhèn)葹闉┩砍遍g帶，廈門(mén)西港主航道靠近廈門(mén)島側(cè)，航道西側(cè)鏈狀分布火燒嶼、大兔嶼、小兔嶼、白兔嶼等島礁，大兔嶼最高點(diǎn)約35.1 m；同益碼頭-國(guó)際旅游碼頭小輪泊位前沿現(xiàn)有海達(dá)汽渡航道，寬約110 m；汽渡航道與主航道之間分布較多暗礁。

隧址距離海滄大橋約1.5 km，該處海床海面開(kāi)闊，海槽橫向較為平坦，海床較穩(wěn)定，海面寬約2.1 km；水深：西淺東深，主航道水深約30 m。

跨海段地質(zhì)情況復(fù)雜多變，基巖面波動(dòng)起伏大，基巖構(gòu)造復(fù)雜，巖土層種類較多，巖土層的埋深、厚度及性能變化較大，且分布有多條風(fēng)化槽，國(guó)內(nèi)尚無(wú)跨海地鐵的實(shí)施案例，工程風(fēng)險(xiǎn)大，其成敗直接關(guān)系到整個(gè)2號(hào)線的成敗，為2號(hào)線的重點(diǎn)和難點(diǎn)工程、控制性節(jié)點(diǎn)工程。

作為第一個(gè)穿越海底的地鐵盾構(gòu)隧道，主要具有以下一些特點(diǎn)：

(1) 兩端接線位于城市中心區(qū)，環(huán)境要求高，其中海域段為白海豚控制保護(hù)區(qū)。

(2) 盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)距離長(zhǎng)，其中海域段長(zhǎng)約2.12 km。

(3) 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，工程風(fēng)險(xiǎn)大，存在多條風(fēng)化破碎帶、斷層。

3跨海段線路方案比選

根據(jù)建設(shè)規(guī)劃、城市規(guī)劃[4]、跨海段周邊環(huán)境及跨海段兩側(cè)接線方案等，目前跨海段有 3 個(gè)線位的比選，見(jiàn)圖1。鑒于跨海段的復(fù)雜性，線位的選擇尤為關(guān)鍵。對(duì)3個(gè)線位，在滿足基本系統(tǒng)功能的前提下，開(kāi)展工法研究，對(duì)線位進(jìn)行綜合比較及評(píng)價(jià)，為下階段深入工作奠定基礎(chǔ)。

圖1　跨海段線站位方案比選示意圖

3.1　方案一：北線方案(海滄大道—郵輪城)

該方案東接郵輪母港，西接海滄建成居住區(qū)和海滄CBD，長(zhǎng)3 050 m，海域段2 200 m。本線位隧址處主要受 F8，F(xiàn)10 主斷層及支斷層的影響。F8 斷層影響長(zhǎng)約110 m，F(xiàn)10 斷層影響長(zhǎng)約681 m。結(jié)合本線路地質(zhì)縱斷面的具體特點(diǎn)、跨海隧道修建工法施工運(yùn)營(yíng)需求、兩端車站站位及埋深等綜合考慮，本次研究共設(shè)計(jì)了深埋和淺埋2 個(gè)方案。

(1) 深埋方案。深埋方案采用礦山法施做，將線路盡可能地埋置于中微風(fēng)化巖層中，減少穿越全強(qiáng)風(fēng)化層、斷裂破碎帶的長(zhǎng)度。

①隧道穿越全強(qiáng)風(fēng)化300 m+部分花崗巖280 m+全強(qiáng)風(fēng)化1 540 m+石英砂巖530 m。

②局部地段盾構(gòu)穿越中等風(fēng)化變質(zhì)石英砂巖及花崗巖，上軟下硬地層。

受區(qū)間埋深控制[5]，本方案的海滄大道站埋深41 m，為地下6層站，東渡路站埋深35 m，為地下5層站。

(2) 淺埋方案。淺埋方案采用盾構(gòu)法施做，在大兔嶼設(shè)置中間風(fēng)井，在滿足兩端車站正常設(shè)計(jì)需求、隧道施工運(yùn)營(yíng)覆土等因素前提下，盡可能減少線路穿越中微風(fēng)化巖層的長(zhǎng)度。

①隧道穿越花崗巖580 m+風(fēng)化槽270 m(地勘未完全揭露出范圍)+砂質(zhì)泥巖800 m+風(fēng)化槽470 m+變質(zhì)石英砂巖530 m。

②隧道穿越6處風(fēng)化破碎帶占27.9%；硬巖占82.1%。

受區(qū)間埋深控制，本方案的海滄大道站埋深15 m，為地下2層站，東渡路站埋深28 m，為地下4層站。

北線方案深埋礦山法方案隧道穿越長(zhǎng)距離風(fēng)化破碎帶，見(jiàn)圖2，存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)，車站埋深大，運(yùn)營(yíng)條件較差；淺埋盾構(gòu)法方案兩岸車站埋深淺，工期較短，造價(jià)較低，運(yùn)營(yíng)條件較好。因此本線位方案推薦淺埋方案。

圖2　北線方案地質(zhì)縱斷面

3.2　方案二：南線方案(海滄CBD-同益碼頭)

該方案連接海滄CBD與同益碼頭，長(zhǎng)4 270 m，海域段3 520 m。本線位所對(duì)應(yīng)的地層大致呈“W”型分布，受 F8，F(xiàn)10 主斷層及支斷層f1 的影響。破碎帶附近基巖面較深，且影響范圍寬。F8 斷層影響長(zhǎng)約445 m，F(xiàn)10 斷層影響長(zhǎng)約245 m。

南線方案同樣也做了深埋、淺埋方案比選。

(1) 深埋方案。深埋方案采用礦山法施做，將線路盡可能地埋置于中微風(fēng)化巖層中，見(jiàn)圖3，減少穿越全強(qiáng)風(fēng)化層、斷裂破碎帶的長(zhǎng)度。

①隧道穿越花崗巖800 m+變質(zhì)砂巖1 050 m+風(fēng)化槽100 m+變質(zhì)砂巖135 m+風(fēng)化槽185 m+凝灰熔巖1 510 m。

②隧道穿越2處風(fēng)化破碎帶，占7.5%；硬巖占92.5%。

受區(qū)間埋深控制，本方案的CBD站埋深35 m，為地下5層站，建業(yè)路站埋深28 m，為地下4層站。

(2) 淺埋方案。淺埋方案采用盾構(gòu)法施做，在滿足兩端車站正常設(shè)計(jì)需求、隧道施工運(yùn)營(yíng)覆土等因素前提下，盡可能減少線路穿越中微風(fēng)化巖層的長(zhǎng)度。

受區(qū)間埋深控制，本方案的CBD站埋深15 m，為地下2層站，建業(yè)路站埋深21 m，為地下3層站。

圖3　南線方案地質(zhì)縱斷面

淺埋方案采用盾構(gòu)施工，盾構(gòu)穿越了長(zhǎng)約930 m 中微風(fēng)化花崗巖與凝灰熔巖，距離長(zhǎng)，強(qiáng)度高，以及長(zhǎng)約540 m 的軟硬不均復(fù)合地層，相對(duì)而言，盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)較高；而深埋方案長(zhǎng)約2 755 m 隧道位于中微風(fēng)化巖層中，可采用礦山法修建跨海隧道，雖然穿越了多處破碎帶及風(fēng)化深槽，存在比較大的施工風(fēng)險(xiǎn)，但借鑒廈門(mén)翔安海底隧道的修建經(jīng)驗(yàn)，該風(fēng)險(xiǎn)是可以克服的，且在建設(shè)方案上也較盾構(gòu)單一斷面靈活，因此本線位方案推薦線路縱斷面深埋方案。

3.3　方案三：中線方案(滄林路—同益碼頭)

該方案連接海滄建成居住區(qū)與同益碼頭，長(zhǎng)3 760 m，海域段2 860 m。本方案線位所對(duì)應(yīng)的地層大致呈“一端高、一端低”形，本線位隧址處主要受 F8，F(xiàn)10 主斷層及靠近大兔嶼島外側(cè)支斷層影響，且斷層影響范圍長(zhǎng)約732 m。

南線方案做了深埋、深埋加淺埋組合方案比選。

(1) 深埋方案。深埋方案采用礦山法施做，將線路盡可能地埋置于中微風(fēng)化巖層中，減少穿越全強(qiáng)風(fēng)化層、斷裂破碎帶的長(zhǎng)度。

①隧道穿越3處破碎帶；F8，F(xiàn)10，f2，占17.4%，硬巖占82.6%。

②花崗巖500 m+風(fēng)化槽320 m+砂質(zhì)泥巖800+風(fēng)化槽235 m+凝灰熔巖 1315 m。

③局部地段有未探明的風(fēng)化槽。

受區(qū)間埋深控制，本方案的滄林路站埋深35 m，為地下5層站，建業(yè)路站埋深32 m，為地下4層站。

(2) 淺埋+淺埋組合方案。淺埋+淺埋組合方案采用盾構(gòu)法+礦山法施做，對(duì)基巖埋深大的區(qū)段擬采用盾構(gòu)法，該段線路盡可能減少線路穿越中微風(fēng)化巖層的長(zhǎng)度，見(jiàn)圖4；而對(duì)基巖埋深淺的區(qū)段擬采用礦山法，該段線路盡可能地位于中微風(fēng)化巖層中。

①隧道穿越全強(qiáng)風(fēng)化1 910 m(盾構(gòu)法)+凝灰熔巖1 290 m(礦山法)。

②盾構(gòu)法1 910 m，占59.7%，礦山法1 290 m，占40.3%。

③盾構(gòu)法局部穿越微中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。

受區(qū)間埋深控制，本方案的滄林路站埋深21 m，為地下3層站，建業(yè)路站埋深32 m，為地下4層站。

圖4　中線方案地質(zhì)縱斷面

中線方案單純盾構(gòu)法方案或礦山法方案均存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)，組合方案(盾構(gòu)法+礦山法)，采用盾構(gòu)法通過(guò)軟弱地層，礦山法通過(guò)硬巖段，基本上避開(kāi)了風(fēng)化槽或斷裂破壞帶，施工上風(fēng)險(xiǎn)降低，且組合工法方案在工期、造價(jià)均較深埋方案有利。因此本線位方案推薦深埋和淺埋組合的線路縱斷面方案。

3.4　方案比較

上述方案比較見(jiàn)表1。

表1　建設(shè)方案綜合比較分析表

由表1可見(jiàn)，中線方案和南線方案地質(zhì)條件較差，礦山法為主，風(fēng)險(xiǎn)大、工期長(zhǎng)、造價(jià)高，北線方案地質(zhì)條件相對(duì)較好，盾構(gòu)法風(fēng)險(xiǎn)較小，工期短，造價(jià)低，因此本次研究推薦方案一北線方案。

4結(jié)語(yǔ)

作為國(guó)內(nèi)首條跨海地鐵，廈門(mén)市軌道交通2號(hào)線備受關(guān)注，復(fù)雜的地質(zhì)條件加大了其設(shè)計(jì)、施工難度。本文通過(guò)對(duì)廈門(mén)2號(hào)線跨海段3個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，從線路、工法、建設(shè)方案、工程投資等方面進(jìn)行綜合分析，考慮降低工程風(fēng)險(xiǎn)，縮短工期，減少工程投資等因素，最終確定了相對(duì)優(yōu)化的推薦方案，為工程建設(shè)實(shí)施提供了有利的依據(jù)?？梢钥闯?，工程投資和工程可實(shí)施性都是選線時(shí)的重要因素，需要結(jié)合工程條件，建成后的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益等多方面綜合考慮。軌道交通為百年工程，應(yīng)著眼于城市的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和發(fā)展，采用相對(duì)經(jīng)濟(jì)、安全可靠的工程方案，盡可能地保證工程施工、運(yùn)營(yíng)安全。

參考文獻(xiàn)

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[4]廈門(mén)市人民政府.廈門(mén)市城市總體規(guī)劃(2010-2020)[R].廈門(mén)：廈門(mén)市人民政府，2010.

[5]GB 50157-2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

Study on the Cross-sea Tunnel Scheme of Xiamen Metro Line 2

GuLiang

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：Xiamen Metro Line 2 is the first subway line wear under the sea. The Cross-sea tunnel is a key project in No. 2 line and control engineering. This project had a complex geological condition and many surrounding control factors. In order to reduce project risk, reduce the engineering investment, shorten the construction period, from the point of view of the path, the station construction, geological conditions, construction methods and project investment, the sea-crossing scheme are analyzed combining with domestic and foreign mature experience in tunnel design. The solution of Xiamen Metro Line 2 cross sea tunnel interval is put forward, which provide a reference for the selection of sea crossing positioning options of Xiamen Metro Line 2 segments.

Key words:traffic and transportation engineering; metro; cross-sea tunnel; scheme; path

收稿日期：2015-04-18

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.046