獨墅湖第二通道工程關鍵技術研究

錢文斐，江 帆，宋 尚

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 工程概述

獨墅湖第二通道工程的建設是為了緩解既有獨墅湖隧道的交通壓力，進一步增強獨墅湖兩側吳中區、園區的交通聯系，提高區域路網溝通能力。工程總長3.93 km，采用城市主干路標準，主線設計速度50 km/h，匝道設計速度30 km/h。主線隧道長約2.6 km，匝道隧道長約0.65 km。陸域段隧道工法采用明挖法，下穿蘇申外港、獨墅湖等水域段隧道工法采用明筑圍堰法。

2 總體方案

本工程平面線形的制定主要依據規劃，縱面線形相關控制性因素如下：（1）經過與河道管理部門溝通，隧道需下穿尹山河過水涵洞，為降低道路縱坡，涵洞底板與隧道頂板采用共板形式，路線縱坡為5.3%。（2）蘇申外港段經過航道主管部門批復，標高需滿足現行《內河通航標準》[1]相關規定：Ⅲ級航道條件下隧道頂部不應高于遠期規劃航道底標高以下2 m，確定河道口寬范圍內隧道頂板標高為-5.09 m。（3）獨墅湖段無通航要求，為遠期預留水上運動休閑的船只通行條件，隧道建成后頂部最小覆土按1 m考慮。

主線隧道雙向4 車道采用分離式單箱單室斷面，雙向6 車道采用兩孔一管廊斷面，其中管廊艙上至下分為3 艙，分別為電纜通道、安全通道、管溝通道。匝道隧道采用單箱雙室斷面形式。

獨墅湖第二通道工程平面圖和縱面圖分別如圖1、圖2 所示。

圖1 獨墅湖第二通道工程平面圖

圖2 獨墅湖第二通道工程縱面圖

3 水域段隧道接頭方案

水域段隧道結構節段長度對30 m、60 m、90 m 3 種情況進行了分析研究，考慮到溫度應力工況下混凝土裂縫開展情況，從盡量減少接縫數量從而提高防水能力等方面因素出發，節段長度采用60 m，同時變形縫寬度取20 mm，以滿足溫度變化條件下節段伸縮空間要求。

為了降低變形縫兩端差異沉降導致止水帶“撕裂”造成防水失效，將差異沉降值控制在10 mm 以內，提出了在變形縫設置枕梁+ 樁基方案（見圖3）。通過計算分析，此種方案較之常規的樁基方案，變形縫兩端的差異沉降值可以減小約80%。

圖3 水域段隧道枕梁+ 樁基方案縱剖面

4 基坑方案

結合周邊環境、工程地質情況，本工程基坑圍護選型見表1。

表1 圍護形式一覽

本項目基坑工程的關鍵點主要涉及2 處保護建筑物。

4.1 側穿東吳寺

東吳寺為單層磚墻結構，淺基礎形式，對于位移的變化十分敏感。基坑平面最小距離僅約3 m，開挖深度約12 m，環境保護等級為一級（見圖4）。采取的支護方案如下：

圖4 東吳寺基坑橫斷面圖（單位：mm）

（1）采用MJS 在基坑與東吳寺之間進行隔離并兼作止水帷幕。

（2）采用φ800@1 000 mm 鉆孔灌注樁圍護形式并適當加深坑底嵌固長度。其中，靠近東吳寺側在MJS 加固體內進行套打，遠離一側在鉆孔灌注樁外側設置φ850@600 mm 的三軸攪拌樁止水帷幕。

（3）坑底內以下4 m 范圍采用三軸攪拌樁進行滿堂加固，水泥摻量為20%，通過被動區加固進一步減少基坑開挖引起的水平位移。

4.2 側穿正榮國領

正榮國領為25 層高層框剪結構形式，樁基礎形式。基坑為深淺坑，平面最小距離約13 m，深坑部分開挖深度約16 m，環境保護等級為一級（見圖5）。采取的支護方案如下：

圖5 正榮國領段基坑橫斷面圖（單位：mm）

（1）在圍護結構與保護建筑之間設置φ800@1 000 mm 的鉆孔灌注樁作為隔離樁。

（2）采用1 000 mm 厚地連墻圍護形式并適當加深坑底嵌固長度。

（3）對于深淺坑及隧道結構之間空隙采用C20 素混凝土作為傳力體系。

（4）靠近正榮國領側坑底采用三軸攪拌樁進行滿堂加固。

5 圍堰工程方案

5.1 圍堰頂部高程

圍堰頂部高程為設計水位、設計波高、設計風壅增水高度、安全超高之和。根據現行《水利水電工程施工組織設計規范》[2]，確定本工程圍堰建筑物級別為4 級，取20 a 一遇的防洪水位標準，本工程考慮到近些年極端天氣發生的頻繁性，設計水位取100 a 一遇洪水位。

5.2 圍堰形式

圍堰采用雙側鋼管樁+ 中間填土形式，其中臨水側鋼管樁除滿足受力要求外，尚需起到止水帷幕的作用。以較深水處為例，臨水側采用鎖扣鋼管樁規格為DN630×14 mm，背水側鋼管樁規格為DN500×10 mm，其間設置土工布和土工格柵起到擋土作用。兩排鋼管樁通過上下兩排φ48 圓鋼拉桿、[28a 槽鋼形成的圍檁對兩側鋼管形成拉結作用，填土后可以形成類似“重力壩”式圍堰（見圖6）。為了避免臨水側湖水對圍堰底部的沖刷，湖床上設置復合土工膜，并在其上堆載2 m 高的袋裝土。背水側堆放隧道基坑的挖方，高度控制在3 m，后期可作為基坑回填土。

圖6 雙排鋼管樁圍堰橫斷面圖（單位：mm）

對于圍堰分期實施需設置橫向圍堰，其設計方案為：在已建隧道頂部設置槽墻，形成兩個0.8 m（寬）×2 m（高）卡槽，以固定鋼管樁，其余做法同前（見圖7）。為避免二期圍堰施工期間湖水通過一期結構底板產生滲流破壞，在一期隧道結構底板下設置水泥土攪拌樁作為止水帷幕，長度需隔斷承壓水層。

圖7 橫向圍堰剖面圖（單位：mm）

5.3 蘇申外港段

蘇申外港現狀為四級航道，遠期規劃為三級航道，長度為29.92 km，通行的船只大多在500 t 以下，流量約13 艘/h。根據航評、洪評評估報告，施工期間擬分兩期以保證施工期船只的通行及泄洪，需滿足如下要求：航道通航水深不小于3.2 m，底寬不小于45 m，口寬不小于60 m，平面半徑不小于320 m。為此，圍堰采取分期實施以滿足上述要求，為了消除船只直接碰撞圍堰的安全隱患，在圍堰外側設置了DN630×14 mm 的鋼管樁防撞措施。根據海事部門要求設置相關的標志并進行安全巡查。關于防撞鋼管樁的設計需滿足現行《公路橋涵設計通用規范》條文中碰撞力工況下的安全性。

本段基坑開挖深度范圍為13～21 m。受航道通行影響，圍堰與基坑之間的距離按9 m 考慮，在基坑1倍開挖深度范圍內，兩者之間的相互影響大，工程實施風險高。為此，適當加強了圍護設計，采用了抗側剛度大的1 200 mm、1 000 mm 厚地連墻，并加大了嵌入深度。經過有限元模擬分析得出，基坑開挖對圍堰產生的累計水平位移為20.49 mm，累計向下豎向位移為14.69 mm，由此得出通過合理的基坑支護設計，對圍堰的不利影響可控。

蘇申外港段航道一期、二期實施平面示意圖如圖8、圖9 所示。基坑開挖對圍堰影響位移云紋圖如圖10 所示。

圖8 蘇申外港段航道一期實施平面示意圖

圖9 蘇申外港段航道二期實施平面示意圖

5.4 獨墅湖段

獨墅湖湖泊面積9.19 km2，湖泊岸線長度為18.07 km，其中工業園區境內12.19 km，吳中區境內5.88 km。根據洪評評估報告，獨墅湖段需采用兩期實施（見圖11）。一期北側、南側縱向圍堰長度分別為1 174 m 和910 m。二期北側、南側縱向圍堰長度分別為600 m 和708 m。其中，二期圍堰利用一期圍堰長度為258 m，橫向圍堰長253 m。為了滿足獨墅湖的環評要求，達到土方工程“取之于湖、用之于湖”的目的，在北側圍堰與湖內基坑放坡坡腳間預留100 m 空間作為臨時堆土場。

湖中段基坑主要采用放坡開挖形式。通過計算分析，邊坡坡率均為1∶2.0，邊坡間平臺寬度為2.5 m。邊坡表面采用C20 早強噴射混凝土80 mm，鋼筋網片規格為φ6@200×200 mm，并設置了1.5 m 長、間距為1 500 mm×1 500 mm 的φ16 插筋固定鋼筋網片。為了進一步提高坡體的穩定性，坡頂設置降水井。

圍堰與基坑布置以“互不影響、自成體系”的原則，一般情況下圍堰布置在2 倍基坑開挖深度以外（見圖12）。

6 結 語

截至目前，本項目土建結構部分基本完成，以上的關鍵技術研究結論在工程建設過程中起到了有效的指導作用。其中，水域段變形縫處采用“樁基+ 枕梁”方案在施工期間監測反映變形縫兩側差異沉降值在5 mm 以內，后期擬在隧道運營期繼續進行相關沉降值的觀測，以驗證“樁基+ 枕梁”方案的合理性，并將在今后水下明筑圍堰法隧道工程中進行推廣使用。