廈門第二西通道工程

董建松

(福建省交通建設質量安全監督局, 福建 福州 350001)

1 工程意義

廈門第二西通道(海滄海底隧道)為國內第3條以鉆爆法施工的海底隧道，是連接廈門市海滄區與本島新的快速通道，也是廈門市“兩環八射”快速路網系統、海西城市聯絡線的重要組成部分。項目建成后將有效緩解廈門島西部交通進出壓力，對構建市域范圍內“半小時交通圈”有特殊含義。海滄海底隧道是廈門市在“十三五”期間重點建設的重大基礎設施項目，是實施交通暢通工程的又一重大舉措，建成后將成為連接東西向交通的又一大動脈，對于全面深化綜合配套改革，全力打造東南國際航運中心，扎實推進島內外一體化和廈漳泉同城化具有重大意義。廈門第二西通道地理位置如圖1所示。

圖1 廈門第二西通道地理位置

2 工程概況

廈門第二西通道工程是連接海滄區和本島的重要通道，項目起于海滄區馬青路與海滄大道交叉口，以海底隧道形式穿越廈門西海域后進入本島，沿象嶼港區、興湖路下穿，止于石鼓山立交東。廈門第二西通道線路位置如圖2所示。該項目全長7.1 km，隧道長6.3 km，跨海域段長2.8 km，按一級公路兼城市道路功能標準修建，設計速度為80 km/h，雙向6車道，設計使用年限為100年，批復概算為56.48億元。隧道凈寬為13.75 m、凈高為5 m，最小曲線半徑為700 m，最大縱坡為3.5%，豎向最小半徑凸形為4 500 m、凹形為2 700 m。項目分為A1、A2和A3共計3個標段： A1標段全長3 375 m，由明挖段和過海暗挖段組成； A2標段全長2 190 m，由過海暗挖段和城市明、暗挖段組成； A3標段全長1 510 m，為城市明、暗挖段。

圖2 廈門第二西通道線路位置

3 周邊環境及地質特征

3.1 周邊環境狀況

1)交通環境。位于本島內的隧道下穿城市主要交通干道興湖路，進出港區重載車輛較多，交通繁忙。

2)周邊建(構)筑物。本島內隧道周邊建筑物密集，緊鄰欣家園、名爵山莊、芙蓉苑等居民聚集區。陸域段基坑下穿疏港路和華榮路高架橋，上跨地鐵1號線。

3)地下管線。本島隧址區地下管線種類繁多、分布密集，包括給水管、雨水管、污水管、電力管道、燃氣管、電信管以及興湖路的排水干渠等。

3.2 工程地質條件

本工程海域段存在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。本島隧址區地層表部為1.0～11.3 m厚人工雜填土，夾碎石塊，其下為0.5～19.8 m厚殘積粉質黏土，局部夾孤石或風化殘留體； 基巖為花崗巖，巖石差異風化明顯，巖面起伏較大，全—強風化巖厚度為2.2～22 m，中—微風化巖面埋深為9.0～32.5 m，全風化花崗巖、砂礫狀強風化花崗巖為Ⅲ級硬土，碎塊狀強風化花崗巖為Ⅳ級軟石，中風化花崗巖為Ⅴ級次堅石，微風化花崗巖為Ⅵ級堅石。隧道洞身部分置于基巖全—強風化帶中，側壁多屬松軟巖體，包括殘積粉質黏土及全—強風化帶中夾孤石或風化殘留體，本段巖土體自穩能力普遍較差； 隧道洞身其余部分置于弱—微風化地層，該段側壁穩定性較好，但拱頂存在塌方風險。隧道地質縱斷面與典型斷面形式如圖3所示。

4 工程重難點分析

4.1 工程地質條件復雜

本工程穿越地質復雜，隧道圍巖破碎，Ⅳ、Ⅴ級圍巖占比高。海域段存在4處全—強風化深槽(囊)，巖體節理和裂隙極其發育，基巖裂隙水發育，水文地質特征復雜，透水性較好，且與海水存在水力聯系，施工中易產生透水、坍塌等不良地質現象，施工風險極大。象嶼碼頭區域屬灘涂回填，與海水相通，圍巖極其軟弱。本島內部分隧道全斷面穿越基巖，拱頂處以人工雜填土、殘積粉質黏土及全—強風化花崗巖為主，屬于典型的“上軟下硬”復合地層。隧道掘進在單一的軟土或硬巖地層中的技術日趨成熟，風險可控，但在復合地層中施工則存在極大的不確定性，開挖過程中存在較大的施工風險，同時也增加了施工難度。隧道洞身段基巖面起伏較大，拱頂圍巖自穩能力差、變形速度快。此外，該區域孤石較發育，增大了拱頂或邊墻的塌方風險。

圖3 隧道地質縱斷面與典型斷面形式(單位： m)

4.2 周邊建設環境復雜

本島內隧道沿廈門市主要交通干道興湖路布線，進出港區重載車輛較多，隧道施工需結合征地拆遷及交通導改，且導改頻次多、難度大。隧道周邊建筑物密集，與隧道開挖邊線最近距離僅4.3 m，施工時須嚴格控制地表沉降，否則可能引起地表建筑物傾斜、開裂，甚至坍塌。隧址區地下管線密集、橫縱交錯、種類繁多，甚至還有可能存在部分不明管線。該段管線設計按照原有遷改方案實施，管線遷移量大，管線與隧道開挖輪廓最近距離僅3.2 m，隧道施工時須確保臨時遷改管線的安全。隧道下穿疏港路和華榮路高架橋，凈空受限，施工難度大，基坑圍護結構與墩身緊貼，施工過程中高架橋行車正常通行，隧道爆破振動和沉降變形要求高。隧道在石鼓山立交位置上跨地鐵1號線，基坑底部與地鐵隧道頂部最小距離為6.0 m，鉆孔灌注樁底部距地鐵結構邊線僅2.4 m。基坑與地鐵區間相對位置如圖4所示。施工過程中須保證地鐵1號線主體結構的安全，防止基坑隆起導致地鐵區間上浮。

4.3 超淺埋超大斷面雙連拱隧道施工

本項目包括A2標段下穿興湖路和A3標段下穿石鼓山立交2座雙連拱隧道，其技術難度最大，施工風險極高，是廈門第二西通道的關鍵性控制工程。其中，A3標段雙連拱隧道全長240 m，埋深為5.0～15.4 m，整體開挖寬度達到36.3 m，雙洞開挖面積為238.5 m2，隧道洞口存在偏壓，洞身及洞頂以全—強風化巖及殘積巖為主，自穩能力差。A2標段雙連拱隧道全長160 m，埋深為5.6～12.9 m，雙線跨度為41.0～45.7 m，最大單洞開挖斷面面積為249.4 m2，屬于超淺埋超大斷面隧道，也是目前世界上開挖斷面最大的雙連拱隧道。A2標段雙連拱隧道平面布置圖、隧道斷面圖如圖5和圖6所示。隧道最小單線覆跨比僅0.25，地表沉降控制難度大。隧道采用雙側壁導坑法施工，大跨度雙連拱隧道施工工序比較復雜，對圍巖的擾動次數較多，導致圍巖、支護結構和中隔墻的應力變化復雜，施工風險極大。由于該段隧道左右線測設線間距不等，且大部分地段左右線加寬的尺寸不一致，導致： 1)采用的雙連拱隧道為不對稱連拱，隧道三次襯砌尺寸多變； 2)隧道中墻的尺寸及配筋隨線位實時變化； 3)隧道初期支護、二次襯砌與中墻的連接點處頻繁變化(尤其是后行洞)，初期支護的工字鋼與二次襯砌的格柵鋼架尺寸不斷變化。

圖4 基坑與地鐵1號線相對位置示意圖(單位： m)

4.4 復雜環境下長距離深大基坑施工

明挖基坑沿興湖路展線，全長1.4 km，基坑最大跨度為35 m，最大深度為28 m，基坑支護形式多樣，結構斷面形式復雜。基坑主線下穿疏港路和華榮路高架橋、上跨地鐵1號線，周邊建筑物密集，緊鄰欣家園、名爵山莊、芙蓉苑等居民聚集區，交通導改與管線遷改極其復雜。基坑開挖采用縱向分段、豎向分層、由上至下、中間拉槽、先支后挖的施工方法，基坑開挖石方比例較高，巖層開挖爆破須在保證開挖效率的同時，通過爆破控制措施最大限度地降低施工對周邊建筑物、管線、行人、行車及居民日常生活的影響。

圖6 A2標段雙連拱隧道斷面圖(單位： m)

5 工程主要技術創新

5.1 全孔一次性快速注漿施工技術

隧道穿越海底風化深槽(囊)、象嶼碼頭區域軟弱富水圍巖、“上軟下硬”復合地層，工程地質條件極差，隧道掌子面及拱頂穩定性難以保證，容易發生坍塌風險。該工程在傳統帷幕注漿基礎上對帷幕注漿技術進行了改進和創新，結合一系列新型注漿設備，對全孔一次性注漿工藝進行了優化，并采用優化后的全孔一次性快速注漿施工技術，進行隧道加固注漿(長管棚注漿、周邊加固注漿和超前預注漿)、局部注漿止水及半/全斷面帷幕注漿，極大改善了隧道圍巖性質，有效保證了掌子面和拱頂的加固效果，確保隧道安全穿越不良地質段。采用該技術，將每循環帷幕注漿時間由幾個月減少至15 d，施工效率得到大幅提升，同時也減少了注漿量，降低了施工成本。隧道全斷面帷幕注漿設計如圖7所示。

5.2 雙連拱隧道橫縱通道進出洞技術

由于A2標段雙連拱隧道進洞口與尚未施工的明挖段銜接，無法正面進洞，考慮到明暗交界處基巖埋深較小，以及不影響地面交通，雙連拱隧道摒棄常規的工作井進洞方式，而通過利用C匝道施作5#輔助通道，并經由5#通道開挖2#橫通道的方式展開工作面。雙連拱隧道出洞口與小凈距暗挖隧道相連，通過率先開挖的1#洞掘進至4#橫通道，并利用4#橫通道實施雙連拱隧道出洞，同時作為小凈距隧道進洞工作面。A2標段雙連拱隧道橫縱通道進出洞方式示意圖如圖8所示。通過橫縱通道側向進出洞方式，可在施工期間保障地面交通正常運行，減少對周邊居民的干擾； 進出洞施工過程中，可根據2#、4#橫通道開挖進度，同步施作隧道洞口大管棚，且可采用水平運輸方式，加快材料周轉與渣土外運，有效提高了施工效率，降低了工期風險。

(a) 掌子面注漿孔布置圖 (b) 帷幕注漿立面圖

圖7隧道全斷面帷幕超前預注漿示意圖(單位： cm)

圖8 A2標段雙連拱隧道橫縱通道進出洞方式示意圖

5.3 超淺埋超大斷面雙連拱隧道非對稱開挖及變形控制技術

連拱隧道通常強調施工對稱性，以避免偏載導致中墻開裂。A2標段雙連拱隧道沿城市主干道布線，為不影響地面交通正常運行，采取獨特的側向進洞方式。若雙連拱隧道采用常規的對稱開挖方式，則需在2#橫通道貫通之后施工，這必然導致施工工期過長，增大工期風險。根據2#橫通道開挖進度，通過采取不對稱開挖的施工方案，打破了雙連拱隧道對稱施工的限制，大大提高了施工進度和施工靈活性。雙連拱隧道施工工序如圖9所示。A2標段雙連拱隧道最小埋深為5.61 m，雙線跨度為41.0～45.7 m，最大單洞開挖面積達249.4 m2，屬于超淺埋超大斷面隧道，圍巖應力變化復雜，變形控制難度大。隧道采用3層襯砌支護形式，其中初期支護采用H25 cm型鋼@50 cm+30 cm厚C25噴射混凝土，初期支護加強層(二次襯砌)采用HRB400φ28 mm格柵鋼架@50 cm+30 cm厚C25噴射混凝土，三次襯砌采用80 cm厚C45、P12防水鋼筋混凝土。隧道初期支護及二次襯砌布置如圖10所示。通過采取以上支護方案，嚴格限制了圍巖變形，對雙連拱隧道不對稱開挖引起的偏載形成了有效抵抗。

圖9 A2標段雙連拱隧道非對稱施工工序

圖10 A2標段雙連拱隧道初期支護及二次襯砌設計圖(單位： cm)

5.4 采用信息化高強度模板臺車

隧道主線襯砌采用智能臺車，配備自動液壓行走系統，自動行走。該臺車將溜槽與自動配管系統相結合，實現了混凝土由下至上、逐窗入模、分層澆筑，克服了傳統跳窗澆筑導致混凝土離析、產生“人”字坡冷縫的弊端，提高了混凝土的澆筑質量，減少了換管工序，降低了勞動強度。臺車上安裝有大于風筒布直徑2 mm厚鐵皮筒，作為穿風筒布使用，臺車移動將不再影響掌子面的通風。臺車還安裝有射流風機，可降低臺車前端溫度聚集效應，將掌子面風抽排至襯砌臺車后方，改善掌子面前方通風質量。二次襯砌智能臺車及其現場應用如圖11所示。

6 工期及主要榮譽

6.1 工期

廈門第二西通道于2016年4月正式動工，隧道主體土建工程將于2019年底完成，全線計劃于2020年底建成通車。

1)A1標段開始施工時間為2016年4月30日，計劃結束時間為2019年10月30日，共歷時1 279 d。

2)A2標段開始施工時間為2016年4月28日，計劃結束時間為2019年10月27日，共歷時1 278 d。

3)A3標段開始施工時間為2016年9月15日，計劃結束時間為2019年12月15日，共歷時1 187 d。

(a) 二次襯砌智能臺車

(b) 臺車現場應用

圖11信息化高強度模板臺車

6.2 主要榮譽及成果

1)榮獲中國鐵建股份公司優秀工法一等獎1項，天津市優秀工法1項，中國公路協會優秀工法1項，取得QC成果1項。

2)發表核心期刊論文6篇。

3)申報專利19項，其中實用新型專利授權7項，發明專利授權3項，其余處于實質審查階段。

4)榮獲2016年“全國建筑業創新技術應用示范工程”、2017年“全國建筑業綠色建造暨綠色施工示范工程”、2018年股份公司技術重難工程項目。

7 工程參建單位

建設單位： 廈門路橋建設集團有限公司。

設計單位： 中交第二公路勘察設計研究院有限公司。

施工單位： 中鐵隧道集團有限公司； 中鐵十八局集團有限公司； 中鐵一局集團有限公司。

監理單位： 合誠工程咨詢股份有限公司； 鐵四院(湖北)工程監理咨詢有限公司； 重慶中宇工程咨詢監理有限責任公司。