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公路隧道
2011年第4期(总第76期)
水下隧道建设明挖工法研究
程占程勇贾瑞华
(中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056)
摘要本文就港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道海城段建设工法的比选阐明隧道选择合适工法的重要意义。在
特定的工程建设条件下,水下隧道明挖施工不仅降低了工程风险,而且大大降低了工程造价,文章对于国内其他水
下隧道的建设,可为设计、施工、决策等提供新的思路和较大参考意义。
关键词拱北水下隧道建设工法明挖法
前言
筑敏感、协调艰难,隧道建设综合难度国内罕见
拱北隧道为双向6车道,设计时速80km/h,建
随着中国经济的高速发展,城市化进程的加快,筑限界宽14.25m,高5.1m(图1)
越来越多的城市、地区公路选择修建水下隧道跨海
75,75
过江。建设水下隧道工法种类较多,目前国内外常
见的施工方法主要有钴爆法、沉管法、盾构法及明挖
法等。根据隧址区构造条件、工程水文地质、隧道埋
深及炳端接线情况等,选择科学、合理、经济、安全的
施工方法是成功修建水下隧道的基本前提
设计标高
本文就港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道海域段
建设工法的比选,阐明隧道建设选择合适工法的重
图1拱北隧道建筑限界
要意义。对于特定工程建设条件,采用明挖施工不
拱北隧道海域段(以下简称海域段)处于陆缘浅
仅降低了工程风险,而且大大降低了工程造价。对
海地带,周边海水常水位约3m,受潮汐影响较大,高
于国内其他水下隧道的建设,可提供新的思路。
低潮水位差在4.5m以上。海底土层自上而下依次
2工程建设条件
为,第1层为第四系新近海相沉积的淤泥及淤泥质
港珠決大桥工程是中国首个涉及“一国两制”三贝売碎屑物,局部相对富集,具高乐缩性,第2层为
地的世界级跨海工程,港珠澳大桥珠海连接线(以下约2.8m厚的可塑状粉质粘土;第3层为厚约1.1m
简称连接线)经多方论证起点确定在珠海拱北外海
的海相沉积淤泥质土;第4层主要为全一更新统的
域,终点与西部沿海高速公路接驳,路线总体呈近东
砂类土夹少许透镜体状发育的可塑状粘性土,强透
西向的“S"型波状展布。拱北隧道为连接线的一座关水层;在下为残积土、全风化、强风化花岗岩。海水
键性隧道,由海域开始修建,上岸后穿越拱北口岸、边
对混凝土结构具有弱腐蚀性(图2)。
界走廊地带、军事管制区等,地层复杂多变,地面建构
图2拱北隧道海堿段海面环境
公路隧道
2011年第4期(总第76期)
3建设工法比选
双向6车道高速公路隧道,如采用盾构法进行双层
隧道暗挖,则所需盾构机管片外径将达到16.42m,
海域段水下隧道修建可采用的工法有很多种,为国内最大,施工难度、造价将大大增加。隧道口岸
从工程经济性、安全性、风险可控性、可实施性等方段存在大量敏感建筑物桩基,盾构由海域段推进至
面对施工工法进行综合比选。
口岸段后将无法再施工
3.1钻爆法
3.4冻结法
基于新奥法(NATM)理论的钴爆法是国内外
冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水冻
修建隧道和其它地下工程最普遍的方法,在国内外结,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔
均属成熟技术,具有较成熟的设计和施工经验,能较绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护
好地抵御各种自然灾害,施工对环境影响小,施工时下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技
不影响通航。
术,其实质是利用人工.制冷技术临时改变岩土的状
钻爆法施工过程中风险较高,对地质的变化较态以固结地层。
为敏感,在通过软弱富水、节理裂隙发育及断层破碎
冻结法适用于任何含一定水量的松散岩土层,
带时,各种辅助施工措施的费用会急刷増加,且施T在复杂工程、水文地质如软土、含水不稳定层、流砂
时需要进行超前地质预报。
高水压及高地压条件下冻结技术有效、可行。可以
海域段主要穿越淤泥层、砂砾层,属富水软弱地人为地控制冻结体的形状和扩展范围,必要时可以
层,选择钴爆法不仅风险大,而且后期造价将不可绕过地下障碍物进行冻结。冻结加固土均匀、完整
控,选择钻爆法基本不可行。
污染性小。
3.2沉管法
海域段如采用冻结法,长度将达1km,隧道断
沉管法隧道的建造历史始于1910年美国的底面周长约65m,计算出冻土加固厚度约5m,代价高
特律河隧道。由于沉管法隧道的主体结构质量有保昂,且海下浅层暗挖施工,风险巨大,海域段全段采
证,对地层适应能力强等优点,且其关键技术
用冻结法不合适。
GINA橡胶止水带、基础处理方法、沉放作业T.艺等3.5浅埋暗挖法
的不断进步,沉管法已具有很好的适用性、可靠性。
浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种
迄今为止世界上已有100多条在建和已建的沉管隧类型地下洞室暗挖施工的一种方法。浅埋暗挖法沿
道,其中横断面宽度最大的是比利时亚珀尔謄道,宽用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载
53.1m;沉埋长度最长的是美国海湾地区交通隧道,设计,二次模筑衬彻作为安全储备;初次支护和二次
长达5825m。
衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施
沉管法隧道施工期间对水域生态环境影响较工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固
大。水下结构处理困难,基础处理及结构的抗震都围岩,调动部分围岩的自承能力;并采用不同的开挖
存在一定难度。海域段长度有限,受两端结构形式、方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成
隧道线位的制约,采用沉管法经济型、可操作性极联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反
低
馈和优化设计,实现不塌方、少沉降、安全施工等,并
3.3盾构法
形成多种综合配套技术
盾构法是指使用盾构机,一边控制开挖面及間
海域段采用浅埋暗挖法需要采用多种辅助工
岩不发生坍塌失稳,一边进行隧道掘进、出渣,并在法,经济性指标较低,风险较大,需要严防突水涌泥
机内拼装管片形成衬砌,实施壁后注浆,不扰动围岩等施工风险。
而修筑隧道的方法。盾构法具有开挖安全、掘进速3.6明挖法
度快、自动化程度高等优点;施工期间不影响地面交
明挖法即在水下封闭围护环境下,明挖施作基
通与设施,穿越河道时不影响航运;施工中不受季坑,开挖土方,修筑隧道。明挖法施工在广东已经积
节、风雨等气候条件影响,施工中噪音和扰动较小。累了丰富的经验,造价较低,风险可控。
拱北隧道口岸段上岸处为口岸海岸线护岸前
海域段穿越地层复杂多变,地下水丰富,隧道埋
沿,有大块石抛填及抛石基床等,采用盾构法施工将深较浅,区段长度适中。经过综合比选,明挖法在风
面临大面积、大块孤石处理问题。由于拱北隧道为险、造价控制,工程可行性上具有明显优势