海域環境下盾構區間隧道聯絡通道的設置方案對比分析

石來，諸葛緒松，楊浩東，張曉濱

（1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063；2.中國鐵建投資集團有限公司，廣東 珠海 519000；3.珠海大橫琴城市新中心發展有限公司，廣東 珠海 519000；4.廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500）

聯絡通道也稱為生命通道，是盾構隧道中不可缺少的重要組成部分。國內外許多專家學者針對聯絡通道的施工方法進行過相關研究。王龍[1]等依托以石家莊地鐵1 號線盾構隧道與聯絡通道交叉部分工程為例，對盾構隧道的管片與聯絡通道的加固進行分析研究；丁修恒[2]對聯絡通道盾構法的關鍵技術進行詳細的闡述；曾暉[3]等介紹聯絡通道的施工方法以及對比分析各種土體加固方式的優缺點；聶炳紅[4]等研究土體加固與暗挖法在聯絡通道施工中的應用；李明，孟慶軍，黃哲峰，鄭智鵬，楊子健[5]針對富水砂性土層的地質特性，通過不同加固方法的比對，進行數值模擬，最后選擇采用冷凍法加固地層；李曉超[6]以蘇州地鐵聯絡通道所采用的凍結設計與施工技術成功為例，詳細論述整個施工過程中凍結法施工的關鍵技術和控制要點。本文以橫琴杧洲隧道項目為背景，結合海域環境下的工程地質環境對該項目的聯絡通道設置方案和施工方法進行綜合對比分析，選擇一種較合適、經濟、安全的設置方案，可為類似項目提供借鑒與參考。

1 工程背景

1.1 橫琴杧洲隧道工程概況

橫琴杧洲隧道工程位于珠海橫琴一體化區域，隧道穿越馬騮洲水道。隧道埋深16.0m～35.0m，外徑14.5m，左線隧道線路全長1995m，其中盾構段長945m；右線隧道線路全長2032.15m，其中盾構段長978.31m，詳見圖1-2。

圖1 盾構隧道標準斷面圖

1.2 項目地質特點

擬建項目場區第四系覆蓋層主要為人工填土層（Qml）、海陸交互相沉積的淤泥、淤泥質土、黏土層（Q4mc）、砂巖殘積土（Q4el）和下伏的全風化、強風化砂巖（D）。隧道結構底板大部分位于淤泥中，由于淤泥層呈飽和、流塑狀態，土的靈敏度高，不適合作為持力層，需采用地基處理或樁基穿透深厚淤泥層進入到相對較好的地層。同時，擬建隧道兩側的吹填砂層中賦存的孔隙水，水量較豐富，且與水道水聯系緊密，對工程影響較大。

2 橫向聯絡通道方案比選

根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018版）12.1.6 條規定，水底隧道宜設置車行橫通道或車行疏散通道，間距宜為1000m～1500m。本項目的盾構隧道段長度在1000m 左右，在規范限值的臨界范圍內。由于在水域段設置橫向聯絡通道，不僅增加工程實施難度，而且增加施工風險，故有必要對不同的聯絡通道設置方案進行必選。

2.1 水域段設置聯絡通道

2.1.1 施工方法對比

目前盾構隧道橫向聯絡的方法主要有明挖法、暗挖法和先明挖后暗挖法三類，幾種方法的優缺點對比如表1所示。由于本工程沿線巖土種類多，土質不均勻，根據地質條件和聯絡通道的埋深等因素，為了確保施工場地的安全，若要在水域段設置聯絡通道建議采取凍結法施工。與其他固結方法相比，凍結法不占用地面，環境影響范圍小。

表1 常用聯絡通道施工方法對比分析

2.1.2 凍結法的設計及施工關鍵技術

凍結法的凍結效果的好壞是工程成敗的重要保障。在聯通道開挖與構筑期間，結構的受力體系不斷變化，極易造成盾構隧道與聯絡通道之間結合面的開裂，此時若凍結效果不佳，易造成涌水、涌砂、坍塌等風險的出現，甚至可能會造成盾構隧道被淹，釀成重大安全事故。因本項目隧道工程分布有淤泥、淤泥質土等軟土，軟土具有較高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強度、中～高靈敏度的工程性質，為不良工程地質層，需要結合工程實際地質條件對凍結法施工的過程中凍結和解凍的溫度場，地下孔隙水滲流場、凍脹位移場等進行深入研究，制定詳細的施工方案。此外，施工期間還必須按照相關的技術要求，對凍結系統和周圍環境進行監測，加強監測工作信息化，及時準確指導施工。

總體來講，采用凍結法施工費用很高，同時具有一定的不可控風險。

2.2 南北兩岸工作井內設置聯絡通道

為減少工程施工難度與工程造價，在南北兩岸工作井內共設置兩處車行橫通道（位置詳見圖2），橫通道間距小于1000m，滿足規范要求。初步擬定兩個工作井均采用平面矩形框架結構，平面內凈尺寸均為44.7m×21.2m，基坑深度均為26m，在盾構側井壁開有兩個直徑15.4m 的盾構孔。

圖2 盾構隧道段縱斷面及地質構造圖

2.2.1 結構建模

采用Midas GTS 軟件進行計算，采用板殼單元來模擬復合墻和底板、三維梁單元來模擬工作井內的兩道水平框架，按盾構吊裝及推進階段和隧道運營階段，對結構體系取最不利荷載布置進行內力分析（圖3）：①盾構吊裝及推進階段—內襯墻、各道水平框架回筑完成，盾構推進；②隧道運營階段—井內頂板、設備層板、車道板等及上部結構逐步完成。

圖3 工作井結構空間計算模型

2.2.2 計算結果

盾構吊裝及推進階段：荷載主要包括結構自重、水土壓力、地面超載引起的附加壓力等，其中滲透性強的土按水土分算，滲透性弱的土按水土合算，地面超載按70kPa。

使用階段：荷載主要包括結構自重（框架、側墻、各層板），以及頂板覆土、水浮力、吊頂、地面活載、設備及行車活載等，其中滲透性強的土按水土分算，滲透性弱的土按水土合算，地面超載按20kPa。

工作井三維空間模型計算結果如下圖4所示：

圖4 工作井結構計算彎矩云圖

經過驗算，工作井擬訂方案的結構滿足強度要求和裂縫控制要求。

3 結論

本工程穿越馬騮洲水道，如若在水域段設置聯絡通道，根據本項目地質，水文條件，將采取凍結法施工，該施工方法施工難度較大，且造價較高，不是最為經濟合理的設置方案。通過方案的對比分析，綜合考慮，最后在南北兩岸工作井內共設置兩處車行橫通道作為本項目的建設方案，橫通道間距小于1000m，滿足規范要求，且該方案施工難度與工程造價大大降低，通過三維模型的數值模擬分析驗算，工作井擬訂方案結構的強度和裂縫控制均滿足規范要求，因此作為本工程隧道聯絡通道施工的最終方案。