風景區特長湖底城市隧道特點與關鍵技術創新

呂錦剛，蔣 樂，周 俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

1 項目概況[1]

東湖通道工程北起二環線水東段主線高架橋（紅廟立交），止于喻家湖路與喻家山北路相交道口，全長10 634 m。東湖通道工程由東湖湖底隧道、團山隧道以及兩岸接線組成，其中橋梁段長1 491 m，東湖隧道長7 035 m，團山隧道長1 264 m。東湖通道建設標準為城市主干路，主線設計車速60 km/h，雙向6車道。

東湖通道工程是武漢市武昌大東湖地區的重點道路交通工程，對完善區域路網結構與緩解交通擁堵等方面具有重大作用，是東湖風景區重要的過境交通分流通道，為東湖高新區組織過江交通的快捷通道。通道兼有環境、景觀、文化功能，對加強東湖景區環境保護，促進東湖景區利用與開發，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 東湖隧道建設方案

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

東湖隧道施工方法經過多輪論證及專家咨詢，最終確定采用圍堰明挖法。為了解決特長隧道通風、消防、逃生救援等問題，在隧道中部結合東湖風景區總規設置湖心島，在湖心島上設置4條逃生救援匝道和自然通風口（見圖2）。

圖2 湖心島平面圖

東湖隧道通風方案為自然通風+豎井分段通風，在湖心島和磨山側分別設置自然通風口，將左右線隧道各分為5個通風區段。火災通風方案采用半橫向排煙+自然排煙+縱向排煙相結合的方案。根據東湖隧道施工方法和通風方案，隧道結構在湖底暗埋段采用三箱結構（見圖3）。

磨山側采用雙箱結構，見圖4。

湖中段隧道采用圍堰方法進行施工。由于東湖隧道處在國家級風景區，考慮東湖隧道施工期間對風景區交通、水生態環境的影響，采用雙邊鋼板樁圍堰，圍堰凈距100 m，堰內考慮了施工便道、臨時堆土場以及材料加工場等臨時用地，隧道施工期間景區沿湖道路不受干擾。圖5為圍堰施工斷面示意圖。

圖3 湖底段隧道結構斷面（單位：mm）

圖4 磨山側隧道結構斷面（單位：m）

3 東湖隧道特點

東湖隧道作為全國最長的景區湖底城市隧道具有3個特點。

（1）隧道長度長。

東湖隧道全線位于東湖風景區核心景區內，根據景區主管部門要求，工程建設不得改變景區用地性質，徹底解決景區交通與城市交通的分離，采用全隧的建設方案。東湖隧道全長7 035 m，暗埋段長6 500 m，其中有4 500 m長隧道處在湖中，作為城市隧道為目前國內已建隧道中最長的湖底隧。由于隧道長，需要解決的專業技術問題較多，如通風、消防逃生、行車安全、節能等，因而在該工程中逐一進行了研究解決。

（2）隧道周邊景區環境保護要求高。

隧道運營前后要求對景區空氣環境、水環境、綠生植被進行最大限度的保護。東湖隧道沿線途經九女墩、疑海沙灘、磨山景區、東湖梅園、東湖櫻園、磨山攬翠等核心景點。隧道建設期間要求不能影響各景區的交通出行，并且保護東湖水域的水質。景區內樹木主要以池杉、落葉杉、苗木為主，東湖池杉是景區沿湖路一景，由于池杉樹齡在50 a以上，移栽存活率極低，因此要求隧道建設盡量保護池杉，采用合理的施工方法少移池杉。為了不改變景區現狀天際線，要求隧道不能建設高排風塔，湖底隧道建成后，不能影響湖底微生物的生存環境和生存空間的連續性。

（3）湖中臨時圍堰全國第一長。

東湖隧道穿過東湖，其中湖底隧道長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大湖面，湖中圍堰采用雙邊圍堰。東湖湖面在刮風時候會起浪，根據水文報告，東湖浪高0.2～0.5 m，為了保護東湖水質，同時減少風浪在施工期間對圍堰的沖擊，圍堰采用鋼板樁圍堰。雙側圍堰總長8 100 m。

4 東湖隧道關鍵技術創新

（1）提出特長城市隧道通風設計標準，明確自然通風口設計方法。

圖5 圍堰施工斷面示意圖（單位：mm）

目前我國隧道設計規范多為公路規范，城市隧道通風標準多采用公路隧道規范或國際道路學會常設委員會（PIARC）有關“公路隧道汽車尾排和需風量”的最新報告的研究成果，沒有城市隧道規范作為設計依據。由于公路與城市道路，國內與國際在車況、路況以及交通狀況均有所差別，因此該標準并不完全適用于東湖隧道。東湖隧道作為全國最長的城市隧道，為了保證東湖隧道通車后的行車舒適性以及運營安全，需要明確東湖隧道內污染物設計濃度標準和阻滯交通設計標準，同時根據景區主管部門要求，保護景區自然天際線，東湖隧道采用自然通風+豎井分段通風的通風方案。自然通風口的設計除江蘇省地方規范《城市隧道豎井型自通風設計與驗收規范》（DGJ32/TJ 102—2010）對中、長隧道的自然通風口設計方法進行了相關規定外，沒有其他設計規范作為參考。東湖隧道在磨山南側設置了大量的自然通風口，自然通風口的設置間距、組合形式、面積、開口率等關鍵參數無法通過規范或者成熟案例明確。東湖隧道分別對武漢、上海已建成隧道內污染物進行實測研究，通過理論計算、模型實驗分析以及運用計算機進行數值模擬，以獲得隧道內速度場、壓力場以及污染物濃度場的分布，給出通風設計標準以及自然通風口的設計方法。

（2）研究空氣凈化系統工作原理，提出隧道外污染物排放控制標準及環境質量標準，為東湖隧道采用空氣凈化系統提供設計依據[2-3]。

東湖隧道由于受景區環境保護要求，不允許設置高排風塔，根據住建部隧道選址意見批復，要求東湖隧道采用空氣凈化系統，由于目前該系統在國內尚無成功應用案例及成熟設備，該工程首次應用空氣凈化系統設計難度較大。國外從20世紀六七十年代就開始進行隧道空氣凈化系統的研究，主要研究的國家有日本、挪威、奧地利、德國、法國等。空氣凈化系統經歷了從“靜電除塵”單一技術向“靜電除塵+脫硝”綜合技術的逐步創新提升，空氣凈化技術在隧道項目中的應用已相對成熟。為了成功將國外成熟的空氣凈化技術運用于東湖隧道，我們針對國外的空氣凈化系統工作原理，對我國已建成城市隧道內洞口擴散物進行檢測，并通過擴散模型評估研究隧道出口環境CO、NOx和PM2.5的變化規律，分析排放口附近的CO、NOx和PM2.5濃度的時空變化情況，結合CO、NOx和PM2.5的環境化學行為與轉化機制，了解CO、NOx和PM2.5對隧道周邊環境的污染效應，從而提出武漢東湖隧道空氣凈化裝置設計參數，給出與區域環境空氣質量規劃相結合的武漢東湖隧道污染物空氣凈化標準。

（3）研究湖底淤泥無害化處理技術。

東湖隧道采用圍堰明挖法施工，圍堰面積總共有55萬m2，根據環評報告要求，需要對圍堰內有害淤泥進行無害化處理。目前國內對淤泥處理方法較多，但國內沒有技術規范明確相關工藝，固化劑多為專利產品，各產品之間差異較大。由于在風景區內主管部門對環保要求高，在淤泥處理過程中要求臨時施工場地小，不能有異味，處理時間不宜過長。為了確定適用于該項目的處理技術，設計對湖底淤泥的含水率、泥層結構組成、泥質化學成分等進行分析，按照淤泥的成份及厚度，將圍堰內淤泥分成兩部分，對于淤泥厚度大于0.8 m的采用脫水固結法施工，對小于0.8 m的淤泥采用原位固結法。淤泥脫水固結處理系統工藝流程如下：通過吸泥船將疏浚泥漿經過管道輸送至沉淀池，經過格柵機攔污和重力沉淀后，自流入調節池，泥漿在調節池完成濃度調理后，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進行泥水分離，形成泥餅，泥餅采用自卸式密閉槽車輸送至消納單位。調節池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脫水的濾出液經過泵送至尾水反應沉淀池反應后達標排入管網。原位固結是向淤泥中添加固化材料，通過晾曬、排水、攪拌混合、養護、碾壓密實，使淤泥、水、固化材料之間發生一系列的水解和水化反應，使得松軟無強度的淤泥變成具備一定力學性能的回填土料。

5 結語

東湖隧道作為國內最大的城中湖隧道，設計初期為了便于設計工作開展，根據該工程的特點分別委托同濟大學和浙江大學進行東湖隧道通風、空氣凈化技術方面的課題研究。科研單位分別現場實測武漢長江隧道、杭州慶春隧道、上海延安東路隧道的相關數據，通過模型試驗分析為設計提供了技術標準。東湖隧道的建設將會完善我國城市隧道的規范標準，為需要采用空氣凈化系統的地下道路工程建設提供借鑒。

[1]武漢市政工程設計院有限責任公司.東湖通道工程可行性研究報告[R].武漢：武漢市政工程設計院有限責任公司，2012.

[2]同濟大學.風景區特長湖底城市隧道通風關鍵技術研究[R].上海：同濟大學，2013.

[3]浙江大學.風景區特長湖底城市隧道關鍵技術研究項目進展報告[R].杭州：浙江大學，2013.