廈門海滄海底隧道建造技術與管理

張建斌

廈門路橋工程投資發展有限公司，福建 廈門 361026

0 引言

隨著中國經濟的快速發展，特別是沿海城市的發展，跨海快速交通要道已經成為周圍區域發展的重要工程，其中海底的施工與管理集合了隧道是高風險與高技術等眾多難題[1]。廈門是一島帶灣的海灣型城市，進出島跨海通道的建設對城市發展至關重要。2010年4月建成通車的廈門翔安海底隧道是國內第1座以鉆爆法施工的海底隧道。在建的廈門海滄海底隧道是國內第3座以鉆爆法施工的海底隧道，其地質條件與建設環境十分復雜[2]。本文結合該工程的重點難點，深入研究不良地層精準注漿新技術、復雜環境長距離深大基坑、明挖隧道上跨運營地鐵、雙連拱超淺埋暗挖大斷面隧道下穿城市主干道等施工關鍵技術，為同類工程提供參考。

1 工程概況

廈門海滄海底隧道是繼廈門翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道之后的國內第3座以鉆爆法施工的海底隧道，是廈門“兩環八射”快速路網系統的重要組成部分，是連接海滄區和廈門本島的重要通道，其地理位置如圖1所示。它起于海滄馬青路，以海底隧道形式穿越廈門西海域，進入本島后，再以隧道（暗挖與明挖）形式沿興湖路前行，與成功大道相交，并與規劃的第二東通道銜接（圖2）。線路全長7.1 km，隧道長6.3 km，跨海域段長2.8 km。全線設地下互通1處，風塔2座，主線收費站1處，采用三孔隧道方案（圖3）。道路按一級道路標準建設，設計速度為80 km·h－1，雙向六車道（3.5 m+3.75 m），隧道凈寬13.75 m，凈高5 m。道路最小曲線半徑為700 m，最大縱坡為3.5%，豎向最小半徑凸形4 500 m、凹形2 700 m，設計使用年限為100年，抗震設防標準為地質基本烈度7度，隧道防水等級二級，人防等級六級，消防等級A級。海滄海底隧道批復概算為56.48億元，計劃工期42個月，于2016年3月開工建設。

圖1 廈門海滄海底隧道地理位置

圖2 海滄海底隧道線路

圖3 三孔隧道方案

與已建成的翔安海底隧道相比，海滄海底隧道跨海段地質條件基本類似，但本島端原填海段及陸域段地質條件差，隧道主線及地下互通穿越城市中心區，周邊環境復雜，既有道路、建筑、地鐵、管線密集，平面線型布設空間嚴重受限，交通導改十分復雜，協調量及難度巨大，是工程建設的重要難點[3-6]。作為現代的海底隧道，各方對設計施工與建設管理等提出了更高的要求與預期。

2 線路設計及優化

海滄海底隧道項目起終點與規劃的廈門第二東西通道銜接，路線方案主要受海域風化槽、陸域段海滄及本島建（構）筑物控制。圖4為海域段及本島地質平面顯示，本島陸域段控制性建筑物主要包括高15層的銀盛大廈、象嶼保稅區海關大樓、疏港路高架橋及匝道橋、興湖路沿線的三航大廈和鴻圖苑小區等。若采用直穿方案，隧道軸線正好穿越東渡碼頭前沿的風化深槽。為避開碼頭前沿的風化囊，提出采用B線（“S”形平曲線），并比較南側D線和北側E線方案。D線平面指標優于B線，海域地質條件基本相當，但從對陸域段控制性建（構）筑物影響方面分析，B線明顯優于D線，建設難度及風險也低于D線。B、E線的差別在于海域段地質條件，從B線行車道及服務隧道地質條件分析，隧道右線好于中間服務隧道，服務隧道好于北側的隧道左線，區域地質條件南側好于北側，E線相對于B線北移，根據區域地質基巖等高面，從局部風化槽對比分析，B線地質條件明顯好于E線，因此最終設計方案采用B線。

圖4 海域段及本島地質平面

已建的翔安海底隧道最大縱坡為2.91%，穿越海底風化深槽，施工代價巨大。為合理規避不良地質，適當增大縱坡是必要的[7-10]。比選路線縱斷面方案，本工程對最大縱坡3.5%以及3.0%方案進行了比較，從通行能力、運營安全、地質條件（圖5）、工程難度、建設工期、全壽命周期成本等因素進行綜合比選。在2種不同縱坡條件下，隧道長度基本相同。在通行的小型客貨車比例超過90%且最大縱坡不超過4%的情況下，道路通行能力受坡度變化的影響較小。行車安全性方面，2種不同縱坡條件的平均速度差（按各車型所占比例加權計算平均車速）僅為10 km·h－1左右，都能夠滿足行車安全性要求。但是，從V級圍巖長度及拱頂硬質巖厚度小于5 m的隧道長度對比，3.5%縱坡相比3.0%縱坡，分別減少了190 m和660 m，工程費用減少約10 475萬元，建設工期減少約18個月。隧道縱坡提高，會增加隧道通風設備數量及后期運營成本，3.5%縱坡相比3.0%縱坡費用將每年增加52萬元，車輛運行成本每年增加146萬元，但隧道排水運營成本每年將減少40萬元。分析全壽命周期成本，3.5%縱坡相比3.0%縱坡低6 376萬元。綜合比較，最終采用最大縱坡3.5%方案。為解決隧道內縱坡加大而導致的洞內排污量急劇增加的問題，在隧道主洞兩端加裝靜電除塵設備，結合隧道內射流風機的布置，連續設置除塵設備，分散、分段除塵，除塵效果較好，在發生火災時亦可用于除煙，進一步提高了隧道內運營條件[11-12]。

圖5 隧道地質縱斷面

3 施工關鍵技術與對策

3.1 下穿海底風化深槽及象嶼保稅區軟弱圍巖段

海域段有4處全強風化深槽（囊），總長230 m，其中2處侵入隧道內，2處位于隧道拱頂；象嶼保稅區屬灘涂回填，與海水連通，地表建筑物多，地質條件差，施工風險大。

穿越海底風化深槽采用加固注漿（長管棚注漿、周邊加固注漿和超前預注漿）方法，初期支護局部注漿止水、全斷面帷幕注漿等措施，如圖6所示，從而確保安全穿越海底風化槽。下穿象嶼保稅區軟弱圍巖地段，在翔安海底隧道帷幕注漿的基礎上進一步研究精準注漿技術，研發了全孔一次快速注漿施工技術，可實現多種地層的注漿加固，效果顯著，并申請了多項專利。圖7為正在施工的服務隧道洞內注漿情況。

圖7 全孔一次快速注漿

3.2 下穿疏港路高架

主線暗挖隧道下穿疏港路高架，需對2個墩臺進行托換，分別采用“梁加樁托換”和“筏板加樁托換”2種方式，如圖8所示。隧道靠近樁基側采用直徑32 mm、長5.0 m的自進式錨桿注漿加固；采用長短結合雙層小管棚進行超前加固，及時加固地層，確保地層穩定及掌子面的穩定;采用雙側壁導坑法施工，施工時使用微震控制爆破技術，嚴格控制爆破震動波速及規模，降低隧道開挖、爆破對樁基的影響。

3.3 復雜周邊環境下長距離深大基坑施工

明挖段距離長（約1.4 km）、基坑深（最深28 m）、斷面大（最大跨度35 m），周邊建筑物密集，交通導改、管線遷改尤為復雜，見圖9。

采用圍護樁加內支撐體系，局部區段采用錨索方案，兩側設旋噴樁和袖閥管止水帷幕。對于基巖面凸起段，采用吊腳樁支護方案，圍護樁嵌入深度為1~2 m，預留巖肩寬度為1 m，并設計鎖腳錨索確保吊腳樁安全。基坑開挖采用縱向分段、豎向分層、由上至下、中間拉槽、先支后挖[14]。巖層開挖爆破對基坑支護的穩定性影響較大，須采用爆破控制措施，見圖10。

圖8 下穿疏港路高架樁基托換

圖9 長距離深大基坑周邊環境

圖10 土巖復合基坑典型橫斷面

3.4 明挖隧道上跨運營地鐵施工

隧道在石鼓山立交位置上跨已試運營的廈門地鐵1號線，結構最小間距為6.4 m，基坑圍護樁與地鐵最小間距為2.4 m，施工復雜性國內少見。同時，嘉禾路需多次交通導改，管線遷改復雜，見圖11、 12。

圖11 上跨地鐵1號線基坑平面

圖12 上跨地鐵1號線基坑與隧道橫斷面

為確保地鐵運營安全，要求上部明挖施工期間地鐵隧道上浮不超過10 mm。施工須精確控制樁長，減小樁基擾動。坑底采用袖閥管地基注漿加固，嚴格分區分塊開挖，防止地鐵隧道的上浮。與地鐵單位聯合對地鐵隧道內及基坑開挖范圍進行自動化監測（輔以人工校核監測）。目前上跨地鐵段已施工完成，成功地將地鐵區間隧道左線隆起量控制在3.43 mm，右線控制在6.4 mm，確保地鐵運營安全。

3.5 雙連拱超淺埋暗挖隧道下穿城市主干道

主線下穿興湖路有160 m超淺埋、大斷面、變截面雙連拱隧道，見圖13。其單洞開挖寬度22.8 m，開挖斷面249.35 m2，埋深5.8~11.3 m，屬罕見的不對稱大斷面雙連拱隧道。下穿石鼓山立交段為260 m超淺埋雙連拱隧道，見圖14，開挖總寬度為36.28 m，埋深僅為5 m。

施工采用化大為小、分部開挖、臨時封閉成環、導洞先行的方案。地表預加固，設3次襯砌，初支加強層緊跟施作。地表交通導改配合隧道下穿[15]。加強沉降、變形監控量測，動態指導洞內施工。

圖13 下穿興湖路雙連拱隧道

圖14 下穿石鼓山立交雙連拱隧道

4 品質工程創建

廈門海滄海底隧道以交通運輸部“三個示范工程”（平安工地示范工程、現代長大隧道管理示范工程、百年品質工程）為建設目標，全面開展品質工程創建活動，夯實科技創新支撐，強化信息化建設，注重四新技術應用，全面推行施工標準化管理，不斷提升建設管理水平，有效地確保安全、質量、進度與投資控制。

科研攻關方面，針對海底隧道工程重難點，開展土巖復合地層深大基坑施工及安全控制關鍵技術、超淺埋暗挖雙連拱隧道施工關鍵技術、復雜條件下近距離地鐵區間隧道施工關鍵技術、臨海富水軟弱圍巖復雜環境條件下隧道帷幕注漿技術、多出入口城市海底隧道通風及防災救援綜合技術等的科研攻關，相關研究成果為品質工程建設提供技術支撐，科學解決設計施工關鍵技術問題。

信息化建設方面，結合海底隧道施工質量、安全等管控要求，建立“互聯網+交通基礎設施”信息化管理平臺，推進大數據與項目管理深度融合，創新項目信息化管理水平。信息化管理平臺集成了6大系統：視頻監控系統、門禁定位系統、BIM管理系統、隱患排查系統、風險管理系統、應急管理系統。視頻監控與門禁定位系統主要用于輔助隧道施工安全管理。圖15為BIM管理系統，用于對地質、工程量、施工組織方案、進度等的仿真模擬，記錄施工過程信息，追溯施工質量，構建運營維護管理平臺。隱患排查方案：一是定制標準化的隱患排查清單，輔助現場快速排查；二是實現隱患排查、掛號、整改、復查、銷號全過程閉合管理；三是系統自動關聯風險評估、超前地質預報信息，提示需重點關注的檢查項目及檢查區域。

5 結語

海底隧道施工技術是隧道工程及相關領域各項復雜技術和高難度風險管控的集中體現，對勘察設計、施工及建設管理都提出了更高要求。在廈門海滄海底隧道建設過程中，有針對性地開展設計施工關鍵技術研究與現場工程實踐，按交通運輸部“三個示范工程”要求深入開展品質工程創建，不斷提升海底隧道建造技術與項目管理水平，取得良好成效，工程進展總體順利，對類似工程建設具有參考意義。

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