城市環境敏感區域水下隧道生態圍堰設計

張有桔，沈洪波，王 飛

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

水下隧道圍堰是為滿足隧道主體結構施工需要，在一定范圍內修建的臨時性擋水結構，其作用是防止水和土進入工程施工范圍，以便在圍堰內排水，開挖基坑，修筑隧道工程。圍堰形式多樣，其中鋼板樁圍堰由于其施工技術成熟、速度較快、抗滲性能好、環境污染小且可重復利用等優點，在城市環境敏感區域得到廣泛應用[1-2]。

懷寧路下穿天鵝湖隧道工程合肥市首個在城市環境敏感區域的水下隧道工程，于2019年2月23日開工，2020年5月1日正式通車。隧道實施過程中通過生態圍堰設計，成功的將工程施工對優美環境的影響降到最低[3]。工程在施工過程始終受到多方關注，也有多家媒體對施工過程進行了跟蹤報道，生態圍堰設計對天鵝湖水體和周邊環境的保護效果贏得了參建各方和市民的高度認可。本文結合工程實際，深入剖析水下隧道工程生態圍堰設計關鍵點，對類似工程具有很好的指導和借鑒意義。

1 工程概況

懷寧路為城市主干道，雙向六車道，設計速度 60 km/h，下穿天鵝湖隧道全長685 m，暗埋段長447 m，單箱兩孔閉合框架結構，其中水下段約350 m，采用圍堰明挖法施工。

圖1 隧道縱斷面示意圖

圖2 隧道橫斷面示意圖

隧身開挖范圍內主要為第③層第四系全新統沖積層粉質黏土(硬塑～堅硬)，經過前期多方案綜合對比分析，結合工期、造價和水下段開挖深度(最大約11 m)，推薦采用上部4 m放坡+8 m寬施工平臺+下部φ1 000@1 300 mm懸臂樁支護方案，方便施工，有效減少施工對湖面的占用時間。

圖3 水下段支護方案圖

2 生態圍堰設計要點

(1)采用可回收的鋼板樁替代土石進行圍堰隔水，有效減小圍堰施工及拆除過程中對水體和環境的影響。根據受力和穩定性計算[4,5]，圍堰設計寬6 m，采用拉森IV型鋼板樁(扣打)，外側樁長8 m，內側樁長10 m，豎向設置一道橫向拉桿(φ28@1200 mm)，圍堰底部進行1 m厚清淤后，內部采用黏土分層夯實。圍堰頂部設置100 mm地面硬化層，并預留注漿孔，若在施工期間堰內填土因沉降而與硬化層脫離，進行補充壓密注漿[6]。

圖4 鋼板樁圍堰方案圖

(2)圍堰內部回填土方充分利用岸上段開挖土方，減少土方外運工程量，減小土方外運過程中產生的環境污染[7]。

圖5 堰內回填施工

(3)圍堰外側約5 m位置設置一道鋼板樁隔水墻，將圍堰施工引起湖水渾濁控制在一定范圍內，避免影響湖區其他水域。隔水墻鋼板樁長6 m，插入深度2 m，考慮圍堰外側過水面積減小后水流速度加快時，在隔水墻外側進行塊石拋石固腳。

圖6 隔水墻與圍堰關系

圖7 施工控制效果

(4)通過頂部預留子圍堰加高條件，合理選擇設計設防水位，降低工程規模，節約工程造價。(圖6)子圍堰預留高度可結合設防水位和施工期可能出現的最高水位確定，一般取1～2 m，采用砂袋堆載，根據汛期實際水位情況靈活設置。

(5)通過設置橫向隔倉鋼板樁(間距30 m一道)，增加圍堰整體剛度，并在內側設置防滲復合土工膜，確保圍堰工程抗滲性能。

圖8 橫向隔倉示意

(6)通過計算合理控制圍堰與基坑圍護之間距離(≥1.5倍基坑開挖深度)，在保證基坑開挖施工用地要求同時，保證兩者的安全性互不影響，確保工程安全。

圖9 圍堰與圍護相互關系圖

(7)細化圍堰分期轉換構造設計，在一期結構頂板上施做三道平行構造梁(30 cm厚，50 cm寬，2 m高)，構造梁鋼筋錨入隧道頂板內，在二期圍堰插入完成后，構造梁槽內采用M30砂漿回填，以保證二期圍堰鋼板樁穩定和封閉的要求。

圖10 分期轉換構造設計圖

3 結 論

本工程通過水下生態圍堰設計，成功將施工過程對天鵝湖和政務區環境的影響降到最低，確保了整個工程能夠在預計的工期內順利完成。

通過本工程的設計和施工，總結城市敏感區域水下隧道生態圍堰的關鍵技術主要有以下幾點，以期對類似工程有一定的指導作用。

(1)圍堰結構盡可能選擇便于實施、環境影響較小的型式，通過本工程的成功經驗，說明雙排鋼板樁圍堰具有明顯優勢。

(2)通過在圍堰外側設置隔水墻能夠有效控制由于圍堰施工引起的水體渾濁擴散范圍，有效控制施工對水體的污染。

(3)通過頂部預留圍堰加高條件，合理確定設防水位，能夠顯著降低工程規模，節約工期和投資。

(4)圍堰設計時需要考慮圍堰轉換時節點構造、圍堰剛度和防水措施，并合理確定圍堰與圍護間距，確保工程安全。