廈門第二西通道工程

董建松

(福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)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(nèi)第3條以鉆爆法施工的海底隧道，是連接廈門市海滄區(qū)與本島新的快速通道，也是廈門市“兩環(huán)八射”快速路網(wǎng)系統(tǒng)、海西城市聯(lián)絡(luò)線的重要組成部分。項(xiàng)目建成后將有效緩解廈門島西部交通進(jìn)出壓力，對構(gòu)建市域范圍內(nèi)“半小時(shí)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(diǎn)建設(shè)的重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，是實(shí)施交通暢通工程的又一重大舉措，建成后將成為連接?xùn)|西向交通的又一大動(dòng)脈，對于全面深化綜合配套改革，全力打造東南國際航運(yùn)中心，扎實(shí)推進(jìn)島內(nèi)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(qū)和本島的重要通道，項(xiàng)目起于海滄區(qū)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(jìn)入本島，沿象嶼港區(qū)、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(xiàng)目全長7.1 km，隧道長6.3 km，跨海域段長2.8 km，按一級(jí)公路兼城市道路功能標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，雙向6車道，設(shè)計(jì)使用年限為100年，批復(fù)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(xiàng)目分為A1、A2和A3共計(jì)3個(gè)標(biāo)段： A1標(biāo)段全長3 375 m，由明挖段和過海暗挖段組成； A2標(biāo)段全長2 190 m，由過海暗挖段和城市明、暗挖段組成； A3標(biāo)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(huán)境及地質(zhì)特征

3.1 周邊環(huán)境狀況

1)交通環(huán)境。位于本島內(nèi)的隧道下穿城市主要交通干道興湖路，進(jìn)出港區(qū)重載車輛較多，交通繁忙。

2)周邊建(構(gòu))筑物。本島內(nèi)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(qū)。陸域段基坑下穿疏港路和華榮路高架橋，上跨地鐵1號(hào)線。

3)地下管線。本島隧址區(qū)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?xì)夤?、電信管以及興湖路的排水干渠等。

3.2 工程地質(zhì)條件

本工程海域段存在4處全—強(qiáng)風(fēng)化深槽(囊)，總長230 m，其中2處侵入隧道內(nèi)，2處位于隧道拱頂。本島隧址區(qū)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(zhì)黏土，局部夾孤石或風(fēng)化殘留體； 基巖為花崗巖，巖石差異風(fēng)化明顯，巖面起伏較大，全—強(qiáng)風(fēng)化巖厚度為2.2～22 m，中—微風(fēng)化巖面埋深為9.0～32.5 m，全風(fēng)化花崗巖、砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為Ⅲ級(jí)硬土，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為Ⅳ級(jí)軟石，中風(fēng)化花崗巖為Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石，微風(fēng)化花崗巖為Ⅵ級(jí)堅(jiān)石。隧道洞身部分置于基巖全—強(qiáng)風(fēng)化帶中，側(cè)壁多屬松軟巖體，包括殘積粉質(zhì)黏土及全—強(qiáng)風(fēng)化帶中夾孤石或風(fēng)化殘留體，本段巖土體自穩(wěn)能力普遍較差； 隧道洞身其余部分置于弱—微風(fēng)化地層，該段側(cè)壁穩(wěn)定性較好，但拱頂存在塌方風(fēng)險(xiǎn)。隧道地質(zhì)縱斷面與典型斷面形式如圖3所示。

4 工程重難點(diǎn)分析

4.1 工程地質(zhì)條件復(fù)雜

本工程穿越地質(zhì)復(fù)雜，隧道圍巖破碎，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占比高。海域段存在4處全—強(qiáng)風(fēng)化深槽(囊)，巖體節(jié)理和裂隙極其發(fā)育，基巖裂隙水發(fā)育，水文地質(zhì)特征復(fù)雜，透水性較好，且與海水存在水力聯(lián)系，施工中易產(chǎn)生透水、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。象嶼碼頭區(qū)域?qū)贋┩炕靥?，與海水相通，圍巖極其軟弱。本島內(nèi)部分隧道全斷面穿越基巖，拱頂處以人工雜填土、殘積粉質(zhì)黏土及全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主，屬于典型的“上軟下硬”復(fù)合地層。隧道掘進(jìn)在單一的軟土或硬巖地層中的技術(shù)日趨成熟，風(fēng)險(xiǎn)可控，但在復(fù)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(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)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(wěn)能力差、變形速度快。此外，該區(qū)域孤石較發(fā)育，增大了拱頂或邊墻的塌方風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 隧道地質(zhì)縱斷面與典型斷面形式(單位： m)

4.2 周邊建設(shè)環(huán)境復(fù)雜

本島內(nèi)隧道沿廈門市主要交通干道興湖路布線，進(jìn)出港區(qū)重載車輛較多，隧道施工需結(jié)合征地拆遷及交通導(dǎo)改，且導(dǎo)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(shí)須嚴(yán)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(qū)地下管線密集、橫縱交錯(cuò)、種類繁多，甚至還有可能存在部分不明管線。該段管線設(shè)計(jì)按照原有遷改方案實(shí)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(shí)須確保臨時(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)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(dòng)和沉降變形要求高。隧道在石鼓山立交位置上跨地鐵1號(hào)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(jié)構(gòu)邊線僅2.4 m?；优c地鐵區(qū)間相對位置如圖4所示。施工過程中須保證地鐵1號(hào)線主體結(jié)構(gòu)的安全，防止基坑隆起導(dǎo)致地鐵區(qū)間上浮。

4.3 超淺埋超大斷面雙連拱隧道施工

本項(xiàng)目包括A2標(biāo)段下穿興湖路和A3標(biāo)段下穿石鼓山立交2座雙連拱隧道，其技術(shù)難度最大，施工風(fēng)險(xiǎn)極高，是廈門第二西通道的關(guān)鍵性控制工程。其中，A3標(biāo)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(dá)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(qiáng)風(fēng)化巖及殘積巖為主，自穩(wěn)能力差。A2標(biāo)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(biāo)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(cè)壁導(dǎo)坑法施工，大跨度雙連拱隧道施工工序比較復(fù)雜，對圍巖的擾動(dòng)次數(shù)較多，導(dǎo)致圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)和中隔墻的應(yīng)力變化復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。由于該段隧道左右線測設(shè)線間距不等，且大部分地段左右線加寬的尺寸不一致，導(dǎo)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(shí)時(shí)變化； 3)隧道初期支護(hù)、二次襯砌與中墻的連接點(diǎn)處頻繁變化(尤其是后行洞)，初期支護(hù)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(hào)線相對位置示意圖(單位： m)

4.4 復(fù)雜環(huán)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(hù)形式多樣，結(jié)構(gòu)斷面形式復(fù)雜?；又骶€下穿疏港路和華榮路高架橋、上跨地鐵1號(hào)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(qū)，交通導(dǎo)改與管線遷改極其復(fù)雜?；娱_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(shí)，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(biāo)段雙連拱隧道斷面圖(單位： m)

5 工程主要技術(shù)創(chuàng)新

5.1 全孔一次性快速注漿施工技術(shù)

隧道穿越海底風(fēng)化深槽(囊)、象嶼碼頭區(qū)域軟弱富水圍巖、“上軟下硬”復(fù)合地層，工程地質(zhì)條件極差，隧道掌子面及拱頂穩(wěn)定性難以保證，容易發(fā)生坍塌風(fēng)險(xiǎn)。該工程在傳統(tǒng)帷幕注漿基礎(chǔ)上對帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，結(jié)合一系列新型注漿設(shè)備，對全孔一次性注漿工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并采用優(yōu)化后的全孔一次性快速注漿施工技術(shù)，進(jìn)行隧道加固注漿(長管棚注漿、周邊加固注漿和超前預(yù)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(zhì)，有效保證了掌子面和拱頂?shù)募庸绦Ч_保隧道安全穿越不良地質(zhì)段。采用該技術(shù)，將每循環(huán)帷幕注漿時(shí)間由幾個(gè)月減少至15 d，施工效率得到大幅提升，同時(shí)也減少了注漿量，降低了施工成本。隧道全斷面帷幕注漿設(shè)計(jì)如圖7所示。

5.2 雙連拱隧道橫縱通道進(jìn)出洞技術(shù)

由于A2標(biāo)段雙連拱隧道進(jìn)洞口與尚未施工的明挖段銜接，無法正面進(jìn)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(guī)的工作井進(jìn)洞方式，而通過利用C匝道施作5#輔助通道，并經(jīng)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(jìn)至4#橫通道，并利用4#橫通道實(shí)施雙連拱隧道出洞，同時(shí)作為小凈距隧道進(jìn)洞工作面。A2標(biāo)段雙連拱隧道橫縱通道進(jìn)出洞方式示意圖如圖8所示。通過橫縱通道側(cè)向進(jìn)出洞方式，可在施工期間保障地面交通正常運(yùn)行，減少對周邊居民的干擾； 進(jìn)出洞施工過程中，可根據(jù)2#、4#橫通道開挖進(jìn)度，同步施作隧道洞口大管棚，且可采用水平運(yùn)輸方式，加快材料周轉(zhuǎn)與渣土外運(yùn)，有效提高了施工效率，降低了工期風(fēng)險(xiǎn)。

(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(yù)注漿示意圖(單位： cm)

圖8 A2標(biāo)段雙連拱隧道橫縱通道進(jìn)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(shù)

連拱隧道通常強(qiáng)調(diào)施工對稱性，以避免偏載導(dǎo)致中墻開裂。A2標(biāo)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(yùn)行，采取獨(dú)特的側(cè)向進(jìn)洞方式。若雙連拱隧道采用常規(guī)的對稱開挖方式，則需在2#橫通道貫通之后施工，這必然導(dǎo)致施工工期過長，增大工期風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)2#橫通道開挖進(jìn)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(jìn)度和施工靈活性。雙連拱隧道施工工序如圖9所示。A2標(biāo)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(dá)249.4 m2，屬于超淺埋超大斷面隧道，圍巖應(yīng)力變化復(fù)雜，變形控制難度大。隧道采用3層襯砌支護(hù)形式，其中初期支護(hù)采用H25 cm型鋼@50 cm+30 cm厚C25噴射混凝土，初期支護(hù)加強(qiáng)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(hù)及二次襯砌布置如圖10所示。通過采取以上支護(hù)方案，嚴(yán)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(biāo)段雙連拱隧道非對稱施工工序

圖10 A2標(biāo)段雙連拱隧道初期支護(hù)及二次襯砌設(shè)計(jì)圖(單位： cm)

5.4 采用信息化高強(qiáng)度模板臺(tái)車

隧道主線襯砌采用智能臺(tái)車，配備自動(dòng)液壓行走系統(tǒng)，自動(dòng)行走。該臺(tái)車將溜槽與自動(dòng)配管系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了混凝土由下至上、逐窗入模、分層澆筑，克服了傳統(tǒng)跳窗澆筑導(dǎo)致混凝土離析、產(chǎn)生“人”字坡冷縫的弊端，提高了混凝土的澆筑質(zhì)量，減少了換管工序，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。臺(tái)車上安裝有大于風(fēng)筒布直徑2 mm厚鐵皮筒，作為穿風(fēng)筒布使用，臺(tái)車移動(dòng)將不再影響掌子面的通風(fēng)。臺(tái)車還安裝有射流風(fēng)機(jī)，可降低臺(tái)車前端溫度聚集效應(yīng)，將掌子面風(fēng)抽排至襯砌臺(tái)車后方，改善掌子面前方通風(fēng)質(zhì)量。二次襯砌智能臺(tái)車及其現(xiàn)場應(yīng)用如圖11所示。

6 工期及主要榮譽(yù)

6.1 工期

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

1)A1標(biāo)段開始施工時(shí)間為2016年4月30日，計(jì)劃結(jié)束時(shí)間為2019年10月30日，共歷時(shí)1 279 d。

2)A2標(biāo)段開始施工時(shí)間為2016年4月28日，計(jì)劃結(jié)束時(shí)間為2019年10月27日，共歷時(shí)1 278 d。

3)A3標(biāo)段開始施工時(shí)間為2016年9月15日，計(jì)劃結(jié)束時(shí)間為2019年12月15日，共歷時(shí)1 187 d。

(a) 二次襯砌智能臺(tái)車

(b) 臺(tái)車現(xiàn)場應(yīng)用

圖11信息化高強(qiáng)度模板臺(tái)車

6.2 主要榮譽(yù)及成果

1)榮獲中國鐵建股份公司優(yōu)秀工法一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，天津市優(yōu)秀工法1項(xiàng)，中國公路協(xié)會(huì)優(yōu)秀工法1項(xiàng)，取得QC成果1項(xiàng)。

2)發(fā)表核心期刊論文6篇。

3)申報(bào)專利19項(xiàng)，其中實(shí)用新型專利授權(quán)7項(xiàng)，發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)，其余處于實(shí)質(zhì)審查階段。

4)榮獲2016年“全國建筑業(yè)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用示范工程”、2017年“全國建筑業(yè)綠色建造暨綠色施工示范工程”、2018年股份公司技術(shù)重難工程項(xiàng)目。

7 工程參建單位

建設(shè)單位： 廈門路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司。

設(shè)計(jì)單位： 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司。

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

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