風(fēng)景區(qū)特長(zhǎng)湖底城市隧道特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

呂錦剛，蔣 樂(lè)，周 俊

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023）

1 項(xiàng)目概況[1]

東湖通道工程北起二環(huán)線(xiàn)水東段主線(xiàn)高架橋（紅廟立交），止于喻家湖路與喻家山北路相交道口，全長(zhǎng)10 634 m。東湖通道工程由東湖湖底隧道、團(tuán)山隧道以及兩岸接線(xiàn)組成，其中橋梁段長(zhǎng)1 491 m，東湖隧道長(zhǎng)7 035 m，團(tuán)山隧道長(zhǎng)1 264 m。東湖通道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為城市主干路，主線(xiàn)設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h，雙向6車(chē)道。

東湖通道工程是武漢市武昌大東湖地區(qū)的重點(diǎn)道路交通工程，對(duì)完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與緩解交通擁堵等方面具有重大作用，是東湖風(fēng)景區(qū)重要的過(guò)境交通分流通道，為東湖高新區(qū)組織過(guò)江交通的快捷通道。通道兼有環(huán)境、景觀、文化功能，對(duì)加強(qiáng)東湖景區(qū)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)東湖景區(qū)利用與開(kāi)發(fā)，凸顯地域文化與彰顯城市魅力有重大意義。圖1為工程方案總平面圖。

圖1 工程方案總平面圖

2 東湖隧道建設(shè)方案

東湖隧道起于九女墩北側(cè)，下穿莦箕湖、郭鄭湖，過(guò)湖心島，再下穿湯菱湖、沿湖路、郭鄭湖南側(cè)、梅園大門(mén)和磨山小區(qū)，過(guò)魯磨路與團(tuán)山路路口后，起坡出地面。東湖隧道全長(zhǎng)7 035 m，其中湖底段長(zhǎng)4 500 m。

東湖隧道施工方法經(jīng)過(guò)多輪論證及專(zhuān)家咨詢(xún)，最終確定采用圍堰明挖法。為了解決特長(zhǎng)隧道通風(fēng)、消防、逃生救援等問(wèn)題，在隧道中部結(jié)合東湖風(fēng)景區(qū)總規(guī)設(shè)置湖心島，在湖心島上設(shè)置4條逃生救援匝道和自然通風(fēng)口（見(jiàn)圖2）。

圖2 湖心島平面圖

東湖隧道通風(fēng)方案為自然通風(fēng)+豎井分段通風(fēng)，在湖心島和磨山側(cè)分別設(shè)置自然通風(fēng)口，將左右線(xiàn)隧道各分為5個(gè)通風(fēng)區(qū)段。火災(zāi)通風(fēng)方案采用半橫向排煙+自然排煙+縱向排煙相結(jié)合的方案。根據(jù)東湖隧道施工方法和通風(fēng)方案，隧道結(jié)構(gòu)在湖底暗埋段采用三箱結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）。

磨山側(cè)采用雙箱結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4。

湖中段隧道采用圍堰方法進(jìn)行施工。由于東湖隧道處在國(guó)家級(jí)風(fēng)景區(qū)，考慮東湖隧道施工期間對(duì)風(fēng)景區(qū)交通、水生態(tài)環(huán)境的影響，采用雙邊鋼板樁圍堰，圍堰凈距100 m，堰內(nèi)考慮了施工便道、臨時(shí)堆土場(chǎng)以及材料加工場(chǎng)等臨時(shí)用地，隧道施工期間景區(qū)沿湖道路不受干擾。圖5為圍堰施工斷面示意圖。

圖3 湖底段隧道結(jié)構(gòu)斷面（單位：mm）

圖4 磨山側(cè)隧道結(jié)構(gòu)斷面（單位：m）

3 東湖隧道特點(diǎn)

東湖隧道作為全國(guó)最長(zhǎng)的景區(qū)湖底城市隧道具有3個(gè)特點(diǎn)。

（1）隧道長(zhǎng)度長(zhǎng)。

東湖隧道全線(xiàn)位于東湖風(fēng)景區(qū)核心景區(qū)內(nèi)，根據(jù)景區(qū)主管部門(mén)要求，工程建設(shè)不得改變景區(qū)用地性質(zhì)，徹底解決景區(qū)交通與城市交通的分離，采用全隧的建設(shè)方案。東湖隧道全長(zhǎng)7 035 m，暗埋段長(zhǎng)6 500 m，其中有4 500 m長(zhǎng)隧道處在湖中，作為城市隧道為目前國(guó)內(nèi)已建隧道中最長(zhǎng)的湖底隧。由于隧道長(zhǎng)，需要解決的專(zhuān)業(yè)技術(shù)問(wèn)題較多，如通風(fēng)、消防逃生、行車(chē)安全、節(jié)能等，因而在該工程中逐一進(jìn)行了研究解決。

（2）隧道周邊景區(qū)環(huán)境保護(hù)要求高。

隧道運(yùn)營(yíng)前后要求對(duì)景區(qū)空氣環(huán)境、水環(huán)境、綠生植被進(jìn)行最大限度的保護(hù)。東湖隧道沿線(xiàn)途經(jīng)九女墩、疑海沙灘、磨山景區(qū)、東湖梅園、東湖櫻園、磨山攬翠等核心景點(diǎn)。隧道建設(shè)期間要求不能影響各景區(qū)的交通出行，并且保護(hù)東湖水域的水質(zhì)。景區(qū)內(nèi)樹(shù)木主要以池杉、落葉杉、苗木為主，東湖池杉是景區(qū)沿湖路一景，由于池杉樹(shù)齡在50 a以上，移栽存活率極低，因此要求隧道建設(shè)盡量保護(hù)池杉，采用合理的施工方法少移池杉。為了不改變景區(qū)現(xiàn)狀天際線(xiàn)，要求隧道不能建設(shè)高排風(fēng)塔，湖底隧道建成后，不能影響湖底微生物的生存環(huán)境和生存空間的連續(xù)性。

（3）湖中臨時(shí)圍堰全國(guó)第一長(zhǎng)。

東湖隧道穿過(guò)東湖，其中湖底隧道長(zhǎng)4 500 m，由于東湖隧道采用圍堰明挖法施工，為了盡量減少施工期間占用過(guò)大湖面，湖中圍堰采用雙邊圍堰。東湖湖面在刮風(fēng)時(shí)候會(huì)起浪，根據(jù)水文報(bào)告，東湖浪高0.2～0.5 m，為了保護(hù)東湖水質(zhì)，同時(shí)減少風(fēng)浪在施工期間對(duì)圍堰的沖擊，圍堰采用鋼板樁圍堰。雙側(cè)圍堰總長(zhǎng)8 100 m。

4 東湖隧道關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

（1）提出特長(zhǎng)城市隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，明確自然通風(fēng)口設(shè)計(jì)方法。

圖5 圍堰施工斷面示意圖（單位：mm）

目前我國(guó)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范多為公路規(guī)范，城市隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)多采用公路隧道規(guī)范或國(guó)際道路學(xué)會(huì)常設(shè)委員會(huì)（PIARC）有關(guān)“公路隧道汽車(chē)尾排和需風(fēng)量”的最新報(bào)告的研究成果，沒(méi)有城市隧道規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)。由于公路與城市道路，國(guó)內(nèi)與國(guó)際在車(chē)況、路況以及交通狀況均有所差別，因此該標(biāo)準(zhǔn)并不完全適用于東湖隧道。東湖隧道作為全國(guó)最長(zhǎng)的城市隧道，為了保證東湖隧道通車(chē)后的行車(chē)舒適性以及運(yùn)營(yíng)安全，需要明確東湖隧道內(nèi)污染物設(shè)計(jì)濃度標(biāo)準(zhǔn)和阻滯交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)景區(qū)主管部門(mén)要求，保護(hù)景區(qū)自然天際線(xiàn)，東湖隧道采用自然通風(fēng)+豎井分段通風(fēng)的通風(fēng)方案。自然通風(fēng)口的設(shè)計(jì)除江蘇省地方規(guī)范《城市隧道豎井型自通風(fēng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)收規(guī)范》（DGJ32/TJ 102—2010）對(duì)中、長(zhǎng)隧道的自然通風(fēng)口設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定外，沒(méi)有其他設(shè)計(jì)規(guī)范作為參考。東湖隧道在磨山南側(cè)設(shè)置了大量的自然通風(fēng)口，自然通風(fēng)口的設(shè)置間距、組合形式、面積、開(kāi)口率等關(guān)鍵參數(shù)無(wú)法通過(guò)規(guī)范或者成熟案例明確。東湖隧道分別對(duì)武漢、上海已建成隧道內(nèi)污染物進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，通過(guò)理論計(jì)算、模型實(shí)驗(yàn)分析以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，以獲得隧道內(nèi)速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)以及污染物濃度場(chǎng)的分布，給出通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及自然通風(fēng)口的設(shè)計(jì)方法。

（2）研究空氣凈化系統(tǒng)工作原理，提出隧道外污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為東湖隧道采用空氣凈化系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)依據(jù)[2-3]。

東湖隧道由于受景區(qū)環(huán)境保護(hù)要求，不允許設(shè)置高排風(fēng)塔，根據(jù)住建部隧道選址意見(jiàn)批復(fù)，要求東湖隧道采用空氣凈化系統(tǒng)，由于目前該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功應(yīng)用案例及成熟設(shè)備，該工程首次應(yīng)用空氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大。國(guó)外從20世紀(jì)六七十年代就開(kāi)始進(jìn)行隧道空氣凈化系統(tǒng)的研究，主要研究的國(guó)家有日本、挪威、奧地利、德國(guó)、法國(guó)等。空氣凈化系統(tǒng)經(jīng)歷了從“靜電除塵”單一技術(shù)向“靜電除塵+脫硝”綜合技術(shù)的逐步創(chuàng)新提升，空氣凈化技術(shù)在隧道項(xiàng)目中的應(yīng)用已相對(duì)成熟。為了成功將國(guó)外成熟的空氣凈化技術(shù)運(yùn)用于東湖隧道，我們針對(duì)國(guó)外的空氣凈化系統(tǒng)工作原理，對(duì)我國(guó)已建成城市隧道內(nèi)洞口擴(kuò)散物進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)擴(kuò)散模型評(píng)估研究隧道出口環(huán)境CO、NOx和PM2.5的變化規(guī)律，分析排放口附近的CO、NOx和PM2.5濃度的時(shí)空變化情況，結(jié)合CO、NOx和PM2.5的環(huán)境化學(xué)行為與轉(zhuǎn)化機(jī)制，了解CO、NOx和PM2.5對(duì)隧道周邊環(huán)境的污染效應(yīng)，從而提出武漢東湖隧道空氣凈化裝置設(shè)計(jì)參數(shù)，給出與區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量規(guī)劃相結(jié)合的武漢東湖隧道污染物空氣凈化標(biāo)準(zhǔn)。

（3）研究湖底淤泥無(wú)害化處理技術(shù)。

東湖隧道采用圍堰明挖法施工，圍堰面積總共有55萬(wàn)m2，根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告要求，需要對(duì)圍堰內(nèi)有害淤泥進(jìn)行無(wú)害化處理。目前國(guó)內(nèi)對(duì)淤泥處理方法較多，但國(guó)內(nèi)沒(méi)有技術(shù)規(guī)范明確相關(guān)工藝，固化劑多為專(zhuān)利產(chǎn)品，各產(chǎn)品之間差異較大。由于在風(fēng)景區(qū)內(nèi)主管部門(mén)對(duì)環(huán)保要求高，在淤泥處理過(guò)程中要求臨時(shí)施工場(chǎng)地小，不能有異味，處理時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。為了確定適用于該項(xiàng)目的處理技術(shù)，設(shè)計(jì)對(duì)湖底淤泥的含水率、泥層結(jié)構(gòu)組成、泥質(zhì)化學(xué)成分等進(jìn)行分析，按照淤泥的成份及厚度，將圍堰內(nèi)淤泥分成兩部分，對(duì)于淤泥厚度大于0.8 m的采用脫水固結(jié)法施工，對(duì)小于0.8 m的淤泥采用原位固結(jié)法。淤泥脫水固結(jié)處理系統(tǒng)工藝流程如下：通過(guò)吸泥船將疏浚泥漿經(jīng)過(guò)管道輸送至沉淀池，經(jīng)過(guò)格柵機(jī)攔污和重力沉淀后，自流入調(diào)節(jié)池，泥漿在調(diào)節(jié)池完成濃度調(diào)理后，再泵送至均化池，在輸送管道中投加固化劑，泥漿在均化池均化后泵送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行泥水分離，形成泥餅，泥餅采用自卸式密閉槽車(chē)輸送至消納單位。調(diào)節(jié)池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脫水的濾出液經(jīng)過(guò)泵送至尾水反應(yīng)沉淀池反應(yīng)后達(dá)標(biāo)排入管網(wǎng)。原位固結(jié)是向淤泥中添加固化材料，通過(guò)晾曬、排水、攪拌混合、養(yǎng)護(hù)、碾壓密實(shí)，使淤泥、水、固化材料之間發(fā)生一系列的水解和水化反應(yīng)，使得松軟無(wú)強(qiáng)度的淤泥變成具備一定力學(xué)性能的回填土料。

5 結(jié)語(yǔ)

東湖隧道作為國(guó)內(nèi)最大的城中湖隧道，設(shè)計(jì)初期為了便于設(shè)計(jì)工作開(kāi)展，根據(jù)該工程的特點(diǎn)分別委托同濟(jì)大學(xué)和浙江大學(xué)進(jìn)行東湖隧道通風(fēng)、空氣凈化技術(shù)方面的課題研究。科研單位分別現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)武漢長(zhǎng)江隧道、杭州慶春隧道、上海延安東路隧道的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)模型試驗(yàn)分析為設(shè)計(jì)提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。東湖隧道的建設(shè)將會(huì)完善我國(guó)城市隧道的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為需要采用空氣凈化系統(tǒng)的地下道路工程建設(shè)提供借鑒。

[1]武漢市政工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司.東湖通道工程可行性研究報(bào)告[R].武漢：武漢市政工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，2012.

[2]同濟(jì)大學(xué).風(fēng)景區(qū)特長(zhǎng)湖底城市隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究[R].上海：同濟(jì)大學(xué)，2013.

[3]浙江大學(xué).風(fēng)景區(qū)特長(zhǎng)湖底城市隧道關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目進(jìn)展報(bào)告[R].杭州：浙江大學(xué)，2013.