某港口城市過江隧道線位比選的方案研究

■宗 奇，邵引兵 ■中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065

1 項目背景

某港口城市是本國的主要對外門戶城市。還是本國的第二大城市和商業首府。K 河將城市一分為二。雖然目前K 河上共建了兩座大橋，但仍然難以滿足現有及日趨上升的巨大交通流量需求。因為河道獨特的形態，以及面臨河床泥沙淤積的問題，該國政府打算建設一條橫穿K 河的隧道來解決過江交通問題。

該國橋梁局被委任實施K 河多車道過江公路隧道項目。2010 年8月9 日，向入圍的國際顧問公司發布了邀請函和招標書，使其能夠參與可行性研究的投標。在預招標階段，建議的隧道位置位于市區的S 大橋和機場之間，咨詢工程師進行了現場訪問，訪察了備選的線位位置，并與合作咨詢公司走訪了幾個政府部門，比較了三個隧道線位。

2 隧道線位選擇的原則

線位方案的選擇和一系列重要問題密切相關，例如技術可行性、耐久性、可靠性以及其社會效益的實現性。有必要對隧道方案進行綜合的論述和比選，并在選擇線位之前充分考慮諸如城市建設現狀和規劃等因素?，F階段考慮了下列基本原則:

(1)所選擇的隧道線位應和城市區路網的主干道相連，以充分發揮隧道的服務功能和交通功能，并滿足城市的發展需求。

(2)由于K 河沿岸港口碼頭密布，項目可能需要穿過港口碼頭。需考慮城市的港口規劃。應預留足夠的空間，避免對碼頭的基樁產生不利影響。

(3)應考慮水文和地質對線位方案產生的影響。

(4)應考慮K 河通航對線位方案產生的影響。

(5)該國海軍基地位于K 河西岸南端。隧道線位應盡量避開該國海軍基地，以減少可能產生的潛在影響。

(6)城市西岸市區建筑物相對密集。由于當地土地是私有的，因此實施征地拆遷計劃難度較大。進行線位選擇時將優先選擇具有更好施工條件的走廊帶。應盡量避開市政設施、高壓線網以及其他城市基礎設施例如電力、通信和光纜。應最大化減少征地拆遷工作。

3 隧道線位的綜合比選

總體來說，線位A 和線位C 都值得進一步研究。這兩個線位都具有很強的服務功能，只是側重點不同。線位A 在提供市區交通服務方面能力很強而線位C 則在提供過境交通服務方面能力很強。線位A 將很好地連接K 河西岸的核心市區和東部的未開發地區，帶動東西兩側地區的發展，從而促進城市的整體發展。但是，線位A 需要穿過現有港口碼頭的樁基，其施工規模、風險和成本都是很大的。線位C 可以將規劃道路與已有的城市道路、過境公路連接起來，形成一條快速過境通道。線位C 能夠加強區域的交通連接，加速區域交通和運輸發展，還能促進區域經濟發展。線位C 在加強該國南部深水港的有效利用和完善國家公路路網方面起著重要作用。另一方面，目前兩座橋梁都面臨著越來越大的交通壓力，其中過境卡車占很大的比例，S 大橋的交通量甚至趨于飽和。因此，從國家長期發展的角度來看，考慮到緩解現有橋梁的過境交通壓力，以及服務功能、交通功能、施工規模、風險和成本等因素，認為在該城市修建一條快速過境通道勢在必行，刻不容緩，通過主要考慮因素的評分比選推薦線位C，詳見表1。同時，隨著該城市的不斷擴張和發展，可能也會考慮沿線位A、B 甚至其他位置修建其他隧道，以改善該城市整體交通路網，促進K 河東西岸的整合。

表1 隧道線位比選評分表

4 隧道推薦線位的洞口連接

C 線方案位于城市郊區K 河入海口位置，西岸起點與KAA 路相接，遠期向西延伸可與規劃路相接，路線自西向東沿KAA 路布設，依次下穿兩條城市道路、至海軍學院東北角，穿K 河至港口東岸，在東岸漫灘上出洞。為減少本項目對化肥廠傳送帶及河堤的影響，擬定隧道出洞后以高架形式上跨化肥廠傳送帶及河堤后，與地方現狀道路順接，沿地方現狀道路走廊帶繼續向東，終點與省道相接。形成快速便捷的過境交通通道，緩解現有橋梁過境交通壓力，同時也能吸引城區過河交通向郊區擴散，優化市區交通，減少過河交通與市區交通相互干擾。

為滿足防洪要求，東岸隧道洞口周圍設置圍堰圍護，由于目前東岸地方現狀道路寬度約8m(遠期規劃為36m)，且道路走向曲折，半徑較小約30m 左右，因此，本項目東岸地方現狀道路需要優化和改建，以發揮擬定隧道引道的功能。引道工程定位為市區干線公路功能，不完全封閉，考慮沿線兩側相關產業的發展情況，對支路采取部分控制出入措施。

5 隧道施工方法比選

目前，水下隧道的施工工法主要有盾構法、沉管法、鉆爆法、堰筑法四種。隧道施工工法的選擇在很大程度上取決于場地的地形條件、地質條件、水文條件、兩岸建設環境和隧道功能需要等方面的要求。對于本項目，由于河水較深，最大深度達到20m，水流速度較快，最大流速達到3m/s，堰筑法不適合;由于本項目基巖埋置深度達到100 多米，如果采用鉆爆法施工，則隧道長度長，建設規模大，兩岸接線困難，工程造價高，所以鉆爆法不適合;沉管法施工對航道影響極大，易受河水最大流速降雨及臺風的影響，且存在隧道基槽開挖期間的回淤問題，所以沉管法不適用。盾構法滿足河水深度、流速、地質情況的要求，且對航道無影響、技術成熟、成本相對較低，綜上所述。盾構施工工法為最佳的施工方案。

6 水下隧道盾構設計原則

本項目盾構主要穿越地層為極密細沙，且隧道縱向部分上半斷面地層為中密-密級粉細砂或堅硬-硬質粘土。盾構段總長2450m，最大縱坡為4%，最小平面曲線半徑為1500m。隧道覆土厚度為30.9m。以百年一遇設計洪水位6.74m 為水位設計標準，隧道拱頂最大水壓力為0.414MPa。設計應滿足以下原則:

隧道結構應滿足施工、運營、抗震等要求，同時做到安全、適用、經濟。主體結構設計的使用年限為100 年。該城市位于地震區Ⅱ中，水平地震加速度設計值是0.15，以此為基礎進行結構抗震設計。盾構段橫斷面設計應綜合考慮建筑限界、設備限界、安全疏散等功能要求及綜合施工誤差等因素。隧道襯砌宜采用具有一定剛度的柔性結構，應限制其變形和接頭張開量，滿足結構受力和防水要求。隧道結構應對施工和使用階段不同工況進行結構強度、變形計算，結構構件裂縫寬度應滿足相應的設計要求。結構設計在滿足強度和剛度的前提下，還須同時滿足防水、防腐蝕、安全、耐久等方面的要求。襯砌結構橫向計算模式應根據地層情況、襯砌構造特點、結構的實際工作條件等確定，宜考慮襯砌與地層共同作用及裝配式襯砌接頭的影響。隧道在荷載、結構、地質條件發生變化的部位或因抗震需要設置變形縫時，應采取可靠的工程處理措施，確保變形縫兩側的結構不產生影響使用的不均勻沉降，變形縫的設置形式、間距等應滿足結構防水要求、抗震等要求。進行結構設計時，要求隧道管片既能滿足能適用不同荷載條件和地質條件等要求，又要盡量采用統一的襯砌類型標準以方便裝配式襯砌的統一生產。對隧道管片的設計要求能適用盾構機在中密-密實粉細砂和極密細砂中掘進過程中，隧道管片作為千斤頂后座的縱向傳力要求。

7 結語

國外過江隧道的發展歷史已經一百多年，國內也已經四十多年，且在不斷的進步。目前該項目合同已經簽訂，通過該港口城市過江隧道線位比選考慮因素的研究，希望為今后類似城市過江隧道的線位比選提供有益參考。

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