跨海通道施工过程及方案简介

跨海通道施工过程及方案简介
一、工程建设意义
跨海通道是《市城市总体规划》中确定的四条跨海通道之一，《市干线公路网》规划纵线之一，国道G324 市区段的复线，工程位于已建的海湾大桥和河口大桥之间，是连接中心城区南北两岸的重要交通工程，对形成高效的综合立体交通网络，充分发挥市作为粤东地区“区域中心城市”的功能将起到重要作用。

二、工程概况
2.1 工程简介
市跨海通道工程为市重要的过海通道，位于已建海湾大桥和河口大桥之间，起点位于市北岸南路与东路交叉口，依次下穿南路、中山东路、华侨公园，然后穿越跨海湾海域，在南岸市跳水馆西侧约200m 处上岸，终点位于虎头山隧道口，与规划的安海路相接。

本项目地理位置见图2-1。

图2-1 工程线路示意图
项目按一级公路兼城市道路功能设计，设计行车速度为60km/h ，双向六车道。

工程
河口大桥
海湾大桥
盾构吊出井
盾构始发井
新建南滨南路
海底隧道
C 、
D 匝道
A 、
B 匝道
B 匝道
A 匝道
D 匝道 C 匝道
互通立交
明挖隧道
路基
段
明挖隧道
路线全长约6.68km，隧道长5300m（见表2-1），南岸、北岸岸上段均采用明挖法施工，海域段3047.5m采用2台泥水平衡式盾构施工，东、西线从南岸围堰端头井先后始发，北岸华侨公园接收井吊出。

于北岸中山东路、南岸南滨南路各设置1座立交，于隧道北岸华侨公园、南岸海边分别设置1座风塔，于隧道南岸设置1座管控中心及收费站1处。

表2-1 隧道规模表
项目采用PPP模式建设，由中铁隧道集团有限公司与湖南省交通规划设计院负责设计施工总承包。

工程于2016年4月开工，计划2020年3月30日建成通车。

2.2 线路平面设计
工程起点位于北岸南路与路平交叉口，沿南路向南敷设，下穿长平东路，尔后进入南路与龙湖沟间的绿地内，再次下穿中山东路、龙湖沟电排站，避开码头，穿龙湖沟后以R=1500m转入华侨公园，于华侨公园东南角处进入海域，以直线形式穿越跨海湾海域，避开港区以及锚地，在南岸跳水馆西侧约200m处上岸，与规划的安海路相接。

我工区负责南岸路基、桥梁、明挖隧道及海域段隧道，工程范围如图2-2所示。

图2-2 南岸平面设计总图
根据地勘资料所揭示的地层情况，本工程南岸部分地段基岩凸起且孤石发育、分布不规则，为减小盾构施工难度，盾构始发井及南岸后配套段处于填海围堰范围内明挖法施工，见图2-3。

图2-3 南岸明挖隧道位置示意图
2.3 纵断面设计
隧道在满足控制因素的条件下，结合路线纵断面设计指标的运用，尽量缩短隧道段长度，减小隧道埋深，以减小工程规模。

北岸敞口段前采用坡度为0.3%的反坡减少隧道集水，第一段敞开段采用3.0%的下坡，以暗埋段形式下穿长平东路后，采用1.553%、-1.9%的凸形坡穿越第二段敞开段，而后暗埋段以-1.9%、-0.3%、-2.9%的坡依次下穿中山东路、电排站、龙湖沟、华侨公园；中间海域盾构段依据海床标高及结合主航道疏竣情况采用-2.9%、-0.3％、0.3％、0.68％、3％“V”型纵坡形式；出盾构井后以3.0％的上坡出洞，线路纵断面设计见图2-4。

图2-4 线路纵断面图
2.4 横断面设计
盾构段设计为2条单洞隧道，隧道内径为13.3m，外径为14.5m，内设安全通道、应急通道、电缆管廊、管沟及烟道（见图2-5）。

图2-5 盾构隧道横断面
盾构隧道管片环宽2m，厚600mm，通用双面楔形环，楔形量48mm。

分十块，采用“7+2+1”分块模式，错缝拼装（见图2-6）。

管片采用C60高性能耐腐蚀混凝土，抗渗等级P12。

环、纵缝用斜螺栓连接，防水设计采用两道三元乙丙弹性密封垫+内侧嵌缝防水。

图2-6 管片构造示意图
明挖暗埋段隧道单孔（标准三车道断面）结构内净高6.2米，结构内净宽12.65米，东西向行车道之间设置明挖廊道，做人员通道及管线通道使用，见图2-7。

图2-7 明挖隧道结构断面图
2.5 工程地质与水文地质
跨海通道处于8度地震区，地层以海积、海陆交互相沉积和冲积类型为主，主要穿越淤泥、淤泥质土、粉质黏土、黏土、粉细砂、中粗砂、砾石以及花岗岩层（见图9），砂层为孔隙承压水层。

本工程主要存在基岩凸起、、球状风化体、软土、砂土液化等不良地质及特殊性岩土。

图2-8 地质剖面图
本工程主要存在基岩凸起、球状风化体、软土、砂土液化等不良地质及特殊性岩土。

⑴基岩凸起
隧道最低点位于主航道下方，且存在3段基岩凸起，覆土厚度为13.7m，至海面埋深21.3m，盾构段隧道中部最大水土压力0.4MPa。

基岩凸起段长度约182m，基岩侵入隧道最大高度约8.4m（见图2-9），平均抗压强度为127.4MPa，最大抗压强度约210MPa，切入隧道断面的基岩RQD均在80%左右。

基岩凸起段隧道断面上部为淤泥质土、粉质黏淤泥N值1.16击，承载力50kPa，②2淤泥质土N值4.42击，承载力土、中粗砂，②
1
60kPa。

图2-9 基岩突起段纵断面示意图
图2-10 花岗岩岩样
⑵球状风化体
在花岗岩全风化层、强风化层存在中风化球状风化体（见图2-11、图2-12），花岗岩球状风化核大小不一，最大5.6m，最小0.5m，一般1～3m; 球状风化发育深度不一，在 2.6～-50.89m 高程范围范围内均有发育，部分球状风化呈串珠状，强度达100～140MPa。

图2-11 花岗岩球状风化体分布示意图
图2-12 花岗岩球状风化体岩样⑶软土震陷
工程场区海相沉积的②
1淤泥、②
2
淤泥质土存在震陷可能。

②
1
、②
2
层分布广，厚
度大，南北两岸连接线和开挖段均有分布，部分盾构隧道也穿过该层，当遭受地震震动时，土层结构易破坏，强度和承载力大幅降低，易造成地面沉降或下陷等，从而导致结构物的破坏。

⑷砂土液化
本地区地震动峰值加速度0.2g，相当于地震基本烈度八度，根据液化判定结果，埋深小于20m的松散砂层大部分会产生地震液化，不同段落液化程度有所差别，液化等级由轻微到严重不等。

北岸、南岸液化砂土主要分布在场地浅层，部分段落位于基底位置，多数位于隧道洞身及以上位置；海域段液化砂层均分布于结构底板以上。

基底液化会导致地面下沉，地基和结构基础破坏等。

三、南岸明挖段设计概况及施工方法
3.1 设计概况
⑴道路等级：一级公路兼城市道路工程。

⑵设计行车速度：主线隧道60km/h；匝道隧道30～40km/h。

⑶主线隧道普通段建筑限界净宽：主线隧道为双向六车道。

⑷隧道行车限界净高：5m。

⑸荷载等级：公路—Ⅰ级。

⑹主体结构安全等级：一级，重要性系数：1.1。

⑺隧道设计使用年限：100年。

⑻本工程的抗震设防烈度为8度，按照9度采取构造措施。

本工程的抗震等级为二级。

结构设计采用响应的构造措施，以提高结构的整体抗震能力。

⑼结构设计包括强度、刚度和稳定性验算，分别按照有关规范对施工阶段和正常使用阶段进行计算。

结构变形量和沉降量应满足线路设计要求。

结构允许出现裂缝，临水侧裂缝宽度≤0.2mm，背水侧≤0.2mm。

⑽排水设计重现期：50年，地面集流时间为5分钟。

⑾防水标准：岸上段主体结构为二级。

⑿明挖主体结构要考虑地下水浮力，进行整体抗浮稳定性验算。

施工期间抗浮安全系数≥1.05；运营期抗浮安全系数≥1.1，如计入侧壁摩阻则按≥1.15考虑。

⒀防火类别：二类，主体结构耐火极限满足RABT标准升温曲线的要求。

⒁本工程地下结构人防防护等级为6级。

3.2 结构形式
明挖隧道各断面型式详见表3-1、3-2及图3-1～3-8。

表3-1 南岸明挖隧道工程里程划分统计表
图3-1盾构始发井主体结构平面图
图3-2盾构始发井主体结构横断面图
图3-3后配套主体结构横断面图
图3-4暗埋段主体结构横断面图
图3-5暗埋段风机加高段横断面图
图3-6雨水泵房横剖面图
图3-7敞开段横剖面图
图3-8敞开段横剖面图
3.3 结构施工方法
南岸始发井和后配套开挖深度22m～29m，基坑宽53～34m，为超大超深基坑,围护结构采用1200mm（1000mm)厚地连墙,最大墙深43m，明挖法施工。

基坑开挖范围内上部为淤泥软弱地层，下部平均入岩深度约10m，且分布有孤石，孤石强度约为80～100MPa，基岩强度约为100～140MPa。

岸上段结构总体施工方案见图3-9。

图3-9 岸上段结构总体施工方案
基坑采用1.2m、1m后地连墙及SMW工法桩作为围护结构，内支撑体系始发井为六层混凝土腰梁+混凝土斜撑，后配套段为两层混凝土米子撑+4层Φ800钢支撑，剩余段为一层混凝土米子撑+2～4层Φ600钢支撑，由始发井向南分段、分层流水开挖。

淤泥、砂层、全风化花岗岩层采用码头吊抓取，基岩及孤石需爆破后用吊斗吊出。

图3-10 围护结构平面示意图
⑴始发井⑵后配套段
⑶明挖暗埋段
⑷敞开段
图3-10 内支撑体系示意图
结构施工采用盘扣式满堂脚手架+木胶板体系，最大层高16.125m，最大板厚1.4m。

图3-9 始发井、后配套段主体结构纵断面图
四、选用的盾构机简介
本工程共投入两台泥水盾构机，东线使用海瑞克盾构机、西线使用中铁装备盾构机。

海瑞克盾构机刀盘开挖直径为15.01m，主机总长约为15.5m，整机总长130m；主机重约2800T，后配套拖车重约1600T,单件最重为刀盘550T（含刀具、吊具）;后配套拖车由1#～4#拖车、1节连接桥及辅助平台组成。

中铁装备盾构机刀盘开挖直径为15.03m，主机总长约为15m，整机总长135m；主机重约2700T，后配套拖车重约1600T,单件最重为刀盘570T（含刀具、吊具）;后配套拖车由1#～5#拖车、1节连接桥及辅助平台组成。

图4-1 常压刀盘、刀具设计
主要参数如下：
表4-1 盾构机主要参数表
五、施工计划及施工进展
5.1 施工计划
详见表5-1。

表5-1 业主要求的重要节点计划
5.2 施工进展
截至2017年8月31日，我部已完成工程量如下：
表5-2 跨海通道工程已完成工程量统计表
六、明挖段施工过程中遇到的问题及解决措施
6.1 上软下硬地层连续墙施工进度和质量控制难度大
在成槽施工范围内岩土层软硬差异大，上部淤泥地层流塑性强，易变形失稳；中部砂层富水，易发生涌水、涌砂；下部强风化、中风化岩层岩石强度高；且槽段内有大量潜在孤石，成槽难度大，存在塌孔、偏孔处理等重大风险，连续墙施工质量控制难度大，直接影响到基坑开挖安全。

根据本工程的地质特性，对软、硬地层采取不同方式进行处理：
⑴淤泥地层搅拌加固地连墙侧壁，确保开挖时地层稳定。

⑵调配泥浆参数，确保砂层稳定。

⑶多种工艺结合，攻克孤石、“斜坡岩”等难关。

孤石均处于遇水易软化的全风化花岗岩中，冲击锤冲孔时不易被击碎；基岩埋深浅、强度高，且多为斜面。

先在槽内浇筑C45水下混凝土后用旋挖钻（牙轮钻）取芯、冲锤冲孔，将施工效率提高了10倍。

图6-1 搅拌桩加固槽壁及设备站位区域平面示意图
图6-2 基岩、孤石分布示意图（地质纵断面）
⑴围护结构施工时取出的基岩
⑵基岩、孤石在基坑内的分布
⑶基坑开挖取出的基岩（爆破后）、孤石
图6-3 围护结构施工及基坑开挖发现的基岩、孤石
6.2 明挖隧道基坑为软基超深基坑，基坑安全是施工重点
本工程盾构工作井、风塔、明挖隧道基坑深，其中南岸始发工作井开挖深度28.90m，且基坑范围内多为回填於泥质土、淤泥混砂、粉质粘土及中粗砂层中。

其中淤泥、淤泥质土，厚度达24m，具高含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度的工程特性，开挖易发生“蠕动”，可能导致边坡失稳、基坑变形、塌陷，发生剪切破坏。

解决措施如下：
⑴通过槽壁加固、泥浆质量、垂直度控制，接头防渗处理等措施，确保连续墙质量。

⑵土方开挖严格按照“时空效应”理论，掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，基坑开挖时纵向边坡不得小于1:2.5，防止边坡失稳，造成事故。

⑶按照设计要求及时施工混凝土支撑或进行钢支撑安装及加压施工：混凝土支撑要待混凝土达到要求强度后方可进行下层土方开挖。

钢支撑安装连接要牢固，安装完成后按设计要求进行加压，并按照规范要求安装应力观测点按时进行应力观测，发现应力超限情况立即采取应对措施。

⑷加强监控量测，实现信息化施工。

⑸南岸基坑位于跨海湾围堰内，编制应急预案并进行演练，现场储备足够的应急物资，组建抢险队伍，做到防患于未然，风险处理快速有序。

6.3 海水高腐蚀地层高强度大体积混凝土防渗抗裂问题
根据设计地下水分析结果，北岸、南岸及盾构隧道地下水对混凝土结构及钢筋均具不同程度腐蚀性。

混凝土受腐蚀后，当温度下降时析出盐晶体，晶体不断积累膨胀或与混凝土中某些成分相结合生成新的结晶物质膨胀，致使混凝土破坏。

钢筋所处环境中含有氯离子等杂质时，会大大加快上述电化学腐蚀的速度，致使结构破坏。

明挖结构主要以控制混凝土自防水性能为主，并重点控制接缝防水，对策如下：
⑴严格控制砼的配合比及各项原材料的质量。

目前，我部共邀请了3位国内知名专家至现场对结构混凝土配比、防裂防渗进行了指导，在按照专家意见进行配合比优化的同时，采取了顶、底板蓄水养护、侧墙带模养护、循环冷却水系统等措施，结构裂缝控制稍有好转。

EK7+225-250东侧侧墙裂缝分布
北
2500
中线
2500
EK7+225-250西侧侧墙裂缝分布
1
2
3
4
5
67
8
9
10
11
12
13
14
15
1617
18
19
20
21
22
23
24
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
111213
1415161718
23000
预留孔
预留孔
中线
23000
⑴带模养护前
⑵带模养护后
图6-4 侧墙带模养护前后表观及砼裂纹对比
图6-5 顶板蓄水养护
图6-6 砼浇筑时加冰块控制入模温度
表6-1 砼配比对比表（优化前后）
⑵人员进入墙体浇捣，确保振捣效果。

图6-7 墙体振捣
⑶台风、突然降温或升温等气候天气来临前，做好砼防护，严格控制已浇注砼的降温或升温梯度，防止产生对砼结构造成破坏的温度裂缝，防止砼因快速失水产生裂缝。

图6-8 覆盖薄膜后蓄水
⑷施工缝和变形缝处的止水条、止水带要严格按设计安装，接头处的混凝土认真
振捣。

图6-9 接缝处中埋式止水带的安装及施工缝凿毛。