深圳媽灣跨海通道總體方案設計關鍵技術研究

徐安寧

（北京市市政工程設計研究總院有限公司,北京市 100082）

0 引言

近年來，隨著世界經濟的高速發展，地下空間利用和開發進入高速發展的快速通道。隧道工程作為道路交通穿越江河湖泊、障礙物等的重要形式，成為城市交通發展的重要方向。特別是那些穿越江、河、湖泊、海域的隧道，有著非常大的優勢。目前國外已建成的海底隧道有20多條，主要分布在日本、美國、西歐等地區。國內已有多地開建水下隧道，已建成通車達30多條，分布于上海、廣州、廈門、武漢、青島等地[1]。

媽灣跨海通道位于深圳市南山區和寶安區，連接前海自貿合作區以及大鏟灣港區、寶安中心區，最終與沿江高速接駁，是以貨運為主、兼顧客運的交通通道。由于穿越地區均為人工填海造地區域或者海域，同時又是大斷面的貨運交通隧道，面臨的外部環境和內部技術條件非常復雜。本文旨在從跨海通道總體方案設計方面進行探索和思考，在實踐過程中總結經驗，提出一些關鍵技術難點，共同行借鑒和參考。

1 工程概況

媽灣跨海通道是連接南山港區和大鏟灣港區的貨運專用通道，同時兼顧兩個片區的客運交通聯系。

媽灣跨海通道規劃為城市快速路，主線設計車速80 km/h，雙向6車道，兩端陸域段設雙向6車道地面道路。道路設計起點位于媽灣大道和月亮灣大道相交處，終點接現狀沿江高速大鏟灣收費站，道路全長約7.3 km，其中前海段2.5 km，海域段1.1 km，大鏟灣段3.7 km。如圖1所示。

圖1 項目位置示意圖

2 工程特點及控制條件

2.1 主要工程特點

媽灣跨海通道是一條穿越人工填海造地區域和海域的疏港貨運通道，采用深埋盾構方式敷設，斷面大、埋深大，所通過地區的地質條件復雜，可以說是國內為數不多的大斷面貨運交通隧道。其主要工程特點如下：

（1）疏港貨運交通為主，雙向6車道，盾構直徑大。

該工程定位為疏港貨運通道，運行車輛以集裝箱貨車為主，貨運自然車占比高，需要采用雙向6車道斷面，從而導致盾構段直徑大，技術難度也相應增大。

（2）預留遠期航道條件，以深埋隧道敷設，隧道內縱坡較大。

該工程穿越前海灣，規劃15萬t級航道，需要采取深埋方式敷設，陸域段需設置進出口匝道，從而導致海域段與陸域段銜接的主線道路縱坡較大。

（3）臨海環境、復合地層，盾構面臨上軟下硬和高水壓，風險極高。

該工程所經過區域地質條件復雜，水壓高，所經區域為人工填土、沉積淤泥、淤泥質黏土、砂質黏性土、構造巖、全～微風化的混合花崗巖及混合巖等。盾構段基本上處于上軟下硬的地層，對盾構機性能及施工技術要求極高，風險也極高。

（4）超深基坑+復合地層，基坑支護難度大，風險高。

盾構井位置處基坑深度超出一般水平，均屬于超深基坑范疇，最大基坑深度達到27 m，沒有統一的規范和標準，結構受力復雜，計算難度大，給基坑支護帶來巨大風險。

（5）連接前海和大鏟灣片區，環保要求高。

前海合作區定位為具有國際競爭力的現代服務業區域中心和現代化國際化濱海城市中心。大鏟灣遠期預留發展用地明確建設成為未來科技城，以“立體城市、綠色城市、未來城市”為理念，建設具有全球輻射引領作用的“互聯網+”未來科技城。

（6）特長海底隧道以貨運交通為主，火災概率高，逃生救援難度大。

項目隧道總長度超過5 km，為特長隧道，同時交通組成以貨運集裝箱為主，火災概率大，熱釋熱率高，又穿越海域，對隧道通風消防及逃生救援要求極高。

（7）跨越海域，沖淤對隧道有影響。

該項目海域與外海連通，潮汐每日漲退，所在海域水動力較小，容易形成海水中細顆粒土的沉淀，致使該區域淤泥沉淀量較大，開挖后回淤速度較快，隧道施工和建成后，都會受到沖淤的影響。

2.2 控制條件

（1）道路起終點：均與現狀道路銜接，設置為互通式立交，需要考慮立交功能定位、立交型式及近遠期結合方案。

（2）沿線重要的建筑及管線：包括前海段保稅園區及現狀高壓燃氣管線，大鏟灣段主要是大鏟灣港碼頭及其設施。

（3）海域段航道條件：預留遠期航道通航條件。

（4）上軟下硬的地質條件及高水壓帶來的高風險等制約技術方案。

（5）陸域段環保要求高，對隧道通風方案提出高要求。

3 總體方案設計關鍵技術

3.1 主要技術標準確定

媽灣跨海通道規劃為城市快速路。在這個大原則下，如何確定更為詳細的技術標準以滿足設計需求，在方案設計前應該盡早明確。

（1）道路等級與設計速度

根據區域交通組織、路網結構需要，結合媽灣跨海通道所承擔的功能，確定媽灣跨海通道的道路等級為城市快速路。由于媽灣跨海通道以承擔疏港交通功能為主，考慮大型集裝箱貨車行駛安全性、舒適度等因素，建議地下道路按高標準設計，設計行車速度取80 km/h[2]。

（2）道路最大縱坡

最大縱坡對道路豎向及工程方案、經濟性均有較大影響。媽灣跨海通道以集裝箱貨運交通為主，兼顧客運，以深埋方式敷設。經過調研相關的集裝箱車型，并采用駕駛模擬倉試驗，考慮盾構段長度及出入口匝道設置滿足交通功能需求等因素，初步確定地下道路最大縱坡取4%，既能適應車輛要求，又能達到工程設計經濟合理[3]。

3.2 隧道工法確定

國內外常用的水下隧道工法方案基本為盾構法、沉管法、堰筑法、鉆爆法等，對比國內外的經驗，結合航道條件、地質條件、規劃條件、工期條件等因素，綜合確定該項目的工法方案。

（1）工法方案比較

表1對幾種水下隧道工法方案進行一個粗略對比，各有優缺點和適用情況。

（2）工法方案確定

根據媽灣跨海通道項目特點和條件，結合地質情況，從交通服務功能、工程規模、技術可行、風險可控、工期適應性、經濟合理性、環境友好性、運營安全性等方面綜合比選。由于盾構法具有受場地條件制約程度低、對環境影響小、經濟性優、工程風險總體可控、外部協調工作量較小、行政成本低、有利于工程盡快實施等優點，經綜合比較，推薦采用盾構工法。

表1 水下隧道工法比較

3.3 路線設計

（1）盾構工法對海域段線位的影響

該項目海域段采用雙圓盾構工法施工，根據盾構施工工法要求，兩圓之間要保證一定的距離，保證隧道施工安全。相關規范對兩圓之間間距做了要求：盾構法左右線雙洞間距不小于1.0D（D為單個圓隧道直徑，下同）；平面半徑不小于50D。確定海域段道路平面線形為“圓曲線+直線+圓曲線”布設形式。

（2）陸域段線位銜接

陸域段線位受前海、大鏟灣兩端的用地條件、規劃紅線位置、既有管線、出入口匝道布置等條件限制，路線平面布置調整余地小，同時需要與海域段大半徑曲線銜接，以接順兩端規劃中線。

（3）進出洞口線形設計

進出洞口是駕駛人視線明暗變化的節點，由于外圍空間視覺不同，影響駕駛人員操作行為和心理的變化，從而對行車安全造成一定的影響。在該項目中，除了要保證線形連續外，在前海端洞口還要考慮與現狀高架橋的銜接，通過曲線設置盡可能避免小偏角，保證行車安全。

3.4 進出匝道設置

媽灣跨海通道連接了前海合作區和大鏟灣片區，客運交通聯系需要通過媽灣通道來解決，因此需要在前海段和大鏟灣段設置進出口匝道，滿足客運交通需求，需要在前海段和大鏟灣段各設置兩對進出口，并且進出口要盡可能近海，以服務更多的地塊交通。

3.5 節點設計

該項目的主要立交節點為起點月亮灣立交和終點大鏟灣收費站立交節點。

（1）起點立交方案

根據前海合作區規劃及媽灣通道規劃，疏港交通的功能由媽灣通道承擔，現有立交型式不能滿足疏港交通組織功能需求，需要部分調整。保留原來的立交型式不變，調整南向東方向右轉匝道，增加北向東方向的定向匝道，從而保證疏港貨運交通組織更加完善。

（2）終點立交方案

按照“大鏟灣港區客運交通與疏港交通相對分離”、“大鏟灣港區疏港交通與南山港區疏港交通相對分離”的思路和原則，采用近遠期結合、分期進行交通組織的方式來解決交通問題。

3.6 防災救援

隧道工程的防災體系是通過隧道的主體建筑結構、通風、照明、供配電、消防等各個子系統的安全或功能的冗余設計來實現，并通過監控系統將各子系統構成一個有機的整體，以實現隧道總體防災、減災和救災的功能。

3.6.1 建筑防災

主要體現在隧道的裝修材料均選用防火耐火材料，在隧道頂部設置防火內襯。同時，考慮縱向和橫向逃生相結合的逃生體系。在盾構段沿隧道縱向每隔一段距離設置逃生口和逃生樓梯，通過隧道的上、下層相互逃生；在明挖段采用設置橫通道的方式進行左右互為逃生，從而保證人員在災害情況下盡快疏散。

3.6.2 通風系統

媽灣通道工程射流風機懸吊于隧道頂部及側壁，用來補充汽車低速行駛時交通通風力的不足。豎井內設有軸流風機，用于火災時送風排煙。考慮不同火災工況下的通風排煙模式，確保火災事故工況下通風系統具有排煙功能，盡可能控制煙霧和熱量擴散，并為逗留在隧道內的乘客、消防人員等提供一定的新風量，以利于人員疏散和滅火撲救。

3.6.3 消防系統

該工程隧道火災主要為汽車油箱火災、車載貨物火災等A、B類危險物的復合火災。火災蔓延速度快，危及隧道結構安全，交通恢復所需時間長。而且，一類城市交通隧道因隧道長，火災時人員、車輛疏散及消防員的火災救援相對困難，故對隧道初期火災的控制非常重要[4]。

3.6.4 綜合監控系統

媽灣通道工程綜合監控系統包括中央控制、閉路電視、緊急電話、火災報警、有線廣播、交通監控以及通風、照明設施，火災報警及消防系統的聯動控制等。

4 結語

隨著經濟發展和城市交通需求，越來越多的水下隧道工程將會帶來更多的挑戰和機遇，面臨的問題也是千差萬別。通過本文的闡述，希望給同類工程提供借鑒。城市水下隧道的豎向設計需要考慮的因素眾多，除了需要滿足道路交通功能之外，還要考慮規劃條件、隧道工法、地質條件等，只有把這些相關因素充分結合，綜合分析研究，才能確定最優的隧道豎向高程，達到標準高、線形好、交通功能完備、施工安全可靠、經濟效益最優的目標。媽灣跨海通道豎向設計方案的確定過程，可供類似工程參考借鑒。