卢裕杰

摘要：根据青年路隧道的工程特点以及技术标准要求，对水下隧道前期设计中的几个关键技术问题进行研究与探讨，主要有隧道埋置深度的确定，盾构机选型以及隧道施工组织方案等，通过分析提出推荐意见。

关键词：水下隧道；设计；关键；技术

中图分类号：U455.49

Abstract：Base on the project characteristics and technical standards, several key technical problems in early-stage design of underwater tunnel are discussed in this paper, such as the buried depth, choice of shield machinery, construction management plan and so on. Meanwhile, recommend suggestions are put forward to direct the construction.

1 概述

1.1 工程概况

规划中的杭州市青年路过江隧道位于杭州市中部，西兴大桥和庆春路隧道之间，连接钱江新城、钱江世纪城和奥体博览城，北接新业路，下穿钱塘江，南连青年路。

青年路隧道推荐方案设计起点位于新业路与秋涛路的交叉口，沿新业路向南过钱江路、富春路和之江路后，下穿钱塘江接于青年路，终点位于青年路与钱江二路的交叉口处。路线总体走向为南北向，双向行驶，其平面及纵断面布置分别如图1和图2所示。

本隧道建筑总长3570m，其中跨越河面宽度约1265m。全隧除进出口段约770m为设中柱的单孔双线结构外，其余部分均由东西两线隧道所组成，每个隧道内均为单向两车道，盾构法施工，总长约2800m。盾构隧道内径10.05m，外径11.05m。

1.2 工程地质与水文地质条件

根据邻近的杭州市庆春路过江隧道工程地质情况，本段从上至下依次为素填土、砂质粉土、粉土夹淤泥质土、粉土、粉质粘土、圆砾、卵石等地层。隧道通过地层主要为粉土、粉质粘土和圆砾、卵石层，且隧道沿线场地20m深度范围内饱和粉（砂）土层较多，在地震条件下会发生轻微~中等液化。盾构隧道所穿岩层渗透系数大于10-4m/s。

本场区的地下水主要有浅部粉（砂）性土层中的潜水和深部（粉）砂土层、圆砾、卵石土层中的承压水，承压水水头较高，且与钱塘江水有一定的水力联系，地下水补给充足。

2 隧道埋置深度的确定

因为钱塘江河床主槽变化很大，所以正确选用纵坡控制点（河川最低冲刷点）显得尤为重要。由于本工程至今尚未进行河床冲刷研究试验，因此参考庆春隧道设计采用的历年实测最低冲刷线、百年一遇预测最低冲刷线及三百年一遇预测最低冲刷线数据（-17.7m），隧道埋深按三百年一遇预测最低冲刷线高程以下不小于4m控制，运营期间在预测三百年一遇最低冲刷线下覆土厚度满足抗浮安全系数不小于1.1的要求[1]。

本盾构隧道施工期覆土厚度位于历年实测最低冲刷线下包络线（相当于50年一遇）不小于0.7D，运营期在预测三百年一遇最低冲刷线下覆土厚度满足抗浮安全系数不小于1.1的要求。从施工来看，局部地段采用在历年实测最低冲刷下包络线下最小覆土厚度为0.7D完全可以满足施工安全要求，因为施工时现状河床面正好位于历年实测冲刷线下的可能性较小，已建成的上海黄浦江多条隧道及武汉长江隧道，南京长江隧道局部地段最小覆土厚度均小于等于0.7D（上海上中路隧道盾构管片外径14.5m，局部覆土厚度仅8.4m，约0.56D，施工时盾构隧道顺利通过浅覆土层）[3]。同时，施工期覆土厚度以历年实测最低冲刷下包络线控制也较为经济，因为百年一遇河床冲刷预测线在施工期间发生的可能性较小，且盾构施工时需要对河床冲刷情况进行实测，必要时盾构掘进可以避开河床最大冲刷时期。

3 盾构机类型选择

目前，国内外工程中常用的盾构机有敞开式盾构、土压平衡盾构和泥水平衡盾构[3]。显然，在不能修建围堰的钱塘江修建水下隧道，敞开式盾构是不能实现的，因此，以下分别从地层岩性、渗透性、施工难易程度等方面，对土压平衡盾构和泥水平衡盾构进行比选。

（1）地层岩性

不同的地层适用不同的盾构类型。对于细颗粒地层而言，土压平衡盾构是合适的，其渣土有较大的不透水性和流动性，而泥水平衡盾构机则容易在沙土或者砾石地层形成泥膜，从而有效地止水，因此其能同时适用于粗颗粒和细颗粒地层。

借鉴邻近的杭州庆春路过江隧道工程地质情况，拟建隧道通过地层主要为粉土、粉质粘土和圆砾、卵石层，地层条件比较复杂，采用泥水平衡盾构适应范围更广。

（2）地层渗透性

盾构选型除了需要考虑地层岩性外，其渗透系数也需要考虑。总结以往工程实际，一般渗透系数基本大于10-4m/s需要采用泥水盾构。

类比邻近已经建成的杭州庆春路过江隧道，本地区地层最大渗透系数基本大于10-4m/s。此外，隧道在钱塘江底下穿过，水压较高，因此从地层渗透性角度看，本工程也宜采用泥水平衡盾构，如图5所示。

（3）施工难易程度

青年路隧道盾构一次掘进距离长，约2800m，且掘进过程中需通过卵石、圆砾等较为坚硬的岩层，对刀具磨损将十分严重，因此，需要考虑刀具更换的难易程度及对施工进度的影响。显然，从减小刀具更换量以及有利于直接进入开挖工作室进行刀具更换看，泥水平衡盾构较为合适。

综上所述，青年路过江盾构隧道应选择具备在渗透性较大的粉细砂、圆砾、卵石掘进条件的泥水平衡盾构。

4 隧道施工组织方案

隧道总体施工方案需要根据本工程的具体情况，结合同类工程的施工经验综合确定，以实现优质、安全、快速、经济地完成整个工程施工的目标。

根据推荐方案线路布置，青年路过江隧道工程在钱塘江南岸下穿先锋河，其后下穿钱塘江。在北岸下穿的构筑物有新业路过街地道、新塘河、新业桥、轨道交通4号线、9号线、钱江路隧道等。目前新业路为建设好的现状道路，北岸隧道工程如采用明挖施工，则对地面交通影响较大，且既有构筑物改建非常困难，因此不推荐大面积采用明挖法施工，北岸隧道工程如采用明挖法和局部暗挖法施工相结合的方案，存在同样的困難，且工程投资较大。经过综合考虑，青年路过江隧道主线工程采用盾构法施工，在江南设置盾构始发工作井，盾构过江后，继续前行，穿越轨道交通4号线、新塘河、钱江路隧道、9号线等工程后，在中央公园路附近设置盾构调出工作井，再施工明挖暗埋段和U型槽段，出地面。

盾构始发井选择在钱塘江南岸，主要是根据工程两岸的规划地块用途、施工场地布置、弃土的便利性等条件综合决定的。目前，钱塘江南岸施工场地开阔，地面建筑物较少，暂时没有发现控制性的构筑物，具有管片制作及堆放、材料堆放的良好场地。从弃土的便利性程度看，如果盾构从江北始发，则大量的弃土需要从江北输送，但江北钱江新城的解放东路、新业路附近基本已经建设完毕，能接受大量工程弃土的场地较少，且运距远，弃土运输费用高；南岸青年路附近目前多为农田和菜地，尚未完全开发，具有接纳大量工程弃土的能力，运距近，弃土费用低。因此，盾构始发选择在江南是合理、可行的。

考虑到本隧道处于城市中心，如果采用一台盾构机，施工总工期为42个月，为了最低限度地减少隧道施工对城市交通、环境的影响时间，青年路过江隧道工程采用2台盾构掘进机从江南盾构井掘进至江北盾构工作井调出，总工期35个月。

5 结语

青年路过江隧道连接杭州市钱塘江两岸三地，对于杭州未来的发展具有重要意义。由于工程条件的艰巨及技术复杂性，其设计过程中不可避免地会遇到诸多难题。本文基于该隧道的前期研究，仅对部分关键技术问题进行简要介绍，希望得到各位同行的批评与指导。

参考文献

[1] 沈林冲，钟小春等．钱塘江盾构越江隧道最小覆土厚度的确定．岩土力学[J]，2011，32（1）：111~115

[2] 宋超业，周书明等．水下盾构隧道合理覆盖层厚度的探讨．现代隧道技术[J]，2008（增刊）：47~51

[3] 丁志诚，张志勇等．广州地铁隧道施工中的盾构选型及盾构改进应用．岩石力学与工程学报[J]，2002，21（12）：1820~1823

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。