橋隧方案比選

1、5.4.2橋隧方案比選在選擇本項目采用橋梁跨越長江的同時，項目研究組考慮過采用水底隧道穿越長江 的隧道方案，并收集了國內(nèi)外相關資料和信息，對隧道方案進行了較詳細的研究和比較， 對隧道方案的工程可行性進行了論證。我國過江隧道最早修建首推20世紀60年代的黃浦江隧道，近十幾年來，隨著黃浦 江、珠江和甬江等一些大型水底隧道的建成，標志著我國的修建越江隧道技術水平總體 上有了大幅度的提高，使我國在跨越海、江、河的方案上有多種選擇的可能，使隧道成 為解決過江通道的基本手段之一。5.4.2.1隧道施工方法國內(nèi)公路隧道的施工方法早期以礦山法為主。而近二十年來，隨著社會的需求和科 學技術的進步，隧道的施工技術

2、得到長足發(fā)展，一些新的隧道施工方法和工藝在工程中 也得到了成功的應用，一批長大隧道得以順利建成。常用于水底隧道的施工方法主要有 暗挖法和沉管法兩種：1、暗挖法主要包括以下三種：新奧法（NATM）、掘進機法（TBM）和盾構法。A、新奧法。新奧法的核心是充分發(fā)揮圍巖的自承作用和自穩(wěn)能力。隧道開挖后， 及時采用噴砼、錨桿封閉、加固圍巖，盡可能保持圍巖的原有強度，容許圍巖變形但又 不致出現(xiàn)強烈的松弛破壞；當隧道變形基本穩(wěn)定時，施作二次襯砌。在施工過程中進行 監(jiān)控量測，及時掌握圍巖和支護的變形，并對量測信息進行處理、反饋，進一步提出合 理的施工方法和調(diào)整支護參數(shù)，以指導下階段的隧道施工。對于淺埋軟弱圍巖

3、，需采用 超前支護或地層改良等輔助施工措施。施工的基本原則可以歸納為“少擾動、早噴錨、 勤量測、緊封閉”，是修建隧道最常用的方法。新奧法的優(yōu)點是施工組織簡單、工期較短、建設費用較低；施工適用范圍廣，不受 隧道斷面尺寸和形狀的限制，對各類圍巖均能適用，當?shù)刭|條件變化時，施工工藝可機 動靈活隨之變化；施工設備的組裝和工地之間轉移簡單方便，重復利用率高；多年來已 經(jīng)積累了豐富寶貴的施工經(jīng)驗，形成了科學完整的工藝。但它同時也存在施工工序多， 施工過程中各工序干擾大，開挖速度低、超欠挖嚴重，爆破對地層擾動大，施工安全性 差，作業(yè)場所環(huán)境惡劣、工人勞動強度大等難以克服的缺點，此外由于開挖速度低，在 較長隧

4、道施工時，往往需要采用輔助坑道來增加開挖工作面，從而增加工程造價。B、掘進機法。掘進機法是利用隧道掘進機切削、破碎巖體，開鑿隧道的施工方法， 適用于硬質巖石隧道，其特點在于施工過程是連續(xù)的，具有隧道工程“工廠化”的特點。掘進機法的主要優(yōu)點：開挖作業(yè)能連續(xù)進行，因此，施工速度快，工期得以縮短。特別是在穩(wěn)定的圍巖 中長距離施工時，此特征尤其明顯；沒有像爆破那樣大的沖擊，對圍巖損傷小，幾乎不產(chǎn)生松弛、掉塊，崩塌的危險 小，可減輕支護的工作量，此外，超挖小，襯砌也??；開挖表面光滑，在水工隧道的情況下，無襯砌區(qū)間阻力小；震動、噪音小，對周圍的居民和結構物的影響??；采用機械化施工，安全、作業(yè)人員少。掘進機

5、法缺點：機械購置費和運輸、組裝解體等的費用高，機械的設計制造時間長，初期投資高， 因此，很難用于短隧道；施工途中不能改變開挖直徑；地質的適應性受到一定的限制；開挖斷面的大小、形狀變更難，在應用上受到一定的制約。隨著社會對安全、省力、改善勞動環(huán)境等的要求提高，掘進機技術施工由于其安全 可靠性高，最近在我國得到了較大的發(fā)展。C、盾構法。盾構法即采用盾構這種機械在圍巖中向前掘進，同時在機器的尾部及 時拼裝上可以承受巨大壓力的管片，在圍巖中推進過程中，一邊防止土砂的崩塌，一邊 在其內(nèi)部進行開挖、襯砌作業(yè)修建隧道的方法。它是現(xiàn)階段在軟弱地層中修建地鐵、交 通隧道以及各種管道的先進施工方法之一，應用十分廣

6、泛。它的最大特點是不影響或較 少影響地面建筑物和環(huán)境，其主要優(yōu)點有如下幾點：除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進行，既不影響地面交通，又可減少對附近居 民的噪音和震動影響；隧道的費用不受埋深的很大影響；盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進行，施工易于管理，施工人員也較 少；土方量較少；穿越江、河、海道時，不影響航運；施工不受風雨等氣候條件的影響；在地質差、水位高的地方建設埋深較大的隧道，盾構法有較高的技術經(jīng)濟優(yōu)越性。但盾構也存在一定局限性，主要問題有：當隧道曲線半徑過小時，施工較為困難，目前已經(jīng)開發(fā)出R=10m的急轉彎盾構， 有效的解決了這一難題；在陸地建造隧道時，如隧道的埋深太淺，則盾構法施

7、工困難很大，而在水下時， 如覆土太淺，則盾構法不夠安全；盾構施工中采用全氣壓方法以疏十和穩(wěn)定地層時，對勞動保護要求較高，施工條 件差，目前已多用局部氣壓代替；盾構施工過程中引起的隧道上方一定范圍內(nèi)的地表下沉尚難完全防止，特別在飽 和含水松軟的地層中，要求采取嚴密的技術措施才能把下沉控制在很小的限度內(nèi)；在飽和含水地層中，盾構法施工所用的拼裝襯砌，對達到整體結構防水性的技術 要求較高。隨著當代城市建筑、公共設施及各種交通日益繁忙，地面擁擠的現(xiàn)象越來越嚴重； 以及盾構機械設備和施工工藝的不斷發(fā)展，適應大范圍的工程地質和水文地質條件的能 力大為提高，加之各種斷面形式的盾構機械（急轉彎盾構、擴大盾構法、

8、地下對接盾構 等）的相繼出現(xiàn)。在建造穿越水域、沼澤地和山地的公路、鐵路和水工隧道，盾構也往 往由于它在特定條件下的經(jīng)濟合理性而得到采用，使隧道能快速、安全而高度機械化地 修建。2、沉管法沉管法就是在水底預先挖好溝槽，把在陸上其他地點預制好的適當長度的管體，浮 運到沉放現(xiàn)場，順序地沉放在溝槽中，并回填沙石覆蓋管體而修建隧道的方法。是修建 水底隧道通常采用的方法。沉管隧道的施工，大體上可分為節(jié)段制作，沉管段施工，豎井及引道施工等幾部分。 沉管法具有如下幾條主要特點：隧道埋深與其他隧道相比，因僅需設置在不妨礙通航的深度下，故隧道的全長可 以縮短，并且與兩岸道路銜接容易；隧道管段是預制的，質量好，水密

9、性高；因有浮力作用在隧道上，所以視比重小，要求的地基承載力不大；斷面形狀無特殊限制?？砂从猛咀杂蛇x擇，特別適應較寬的斷面形式；沉管的沉放，雖然需要時間，但基本上可在13日內(nèi)完成，對航運的限制不大；不需要沉箱法和盾構法的壓縮空氣作業(yè)，在相當水深的條件小，能夠安全施工；因采用預制方式施工，效率高，工期短。但在挖掘溝槽時，會出現(xiàn)妨礙水上交通和棄渣處理等問題。沉管法最關鍵的技術難 點是投放施工控制要求高，江中水流速度較大時施工難度大。S.4.2.2施工方法選擇根據(jù)工可地質勘察專題報告，本項目所擬定的兩橋（隧）址距離較近，屬同一地貌 單元，地層條件差異不大，上覆地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，主要為亞粘土、亞

10、砂土、 粉砂、細砂等地層，河床下伏礫卵石層，下伏基巖主要為粉細砂巖，軟硬不均，多含軟 弱夾層。其中第四系覆蓋層較厚，最厚處深達84m。根據(jù)橋（隧）址區(qū)域工程地質和水文地質條件，結合地形地貌、水文河道條件、防 洪要求和兩岸建筑物分布情況，綜合考慮現(xiàn)階段經(jīng)濟、技術水平，本著安全、經(jīng)濟、合 理的原則對該處隧道方案的施工方法進行分析和比較。1、新奧法目前我國公路隧道采用新奧法設計和施工的比率已達50%左右，且該方法較多地 應用于山嶺公路隧道之中。本橋（隧）址區(qū)覆蓋層較厚，基巖風化較深，軟硬不均，因 此，為防止江水涌入隧道及隧道坍塌，采用該方法施工時要求水底隧道深埋入弱微風 化巖層中，且隧道洞頂弱微風化

11、巖石厚度要求達到15m以上，因此，將會造成隧道 規(guī)模比較大，隧道單線長度將超過5Km。該方法在掘進過程中，不可避免地會大量采 用鉆爆施工方法，鉆爆施工勢必對地層擾動很大，施工安全性差，作業(yè)環(huán)境較惡劣，工 人勞動強度大。并且橋（隧）址區(qū)兩岸有長江防洪大堤，大量采用鉆爆施工也對以上建 筑物均構成了一定威脅，隧道開挖過程中，控制地表建筑物的沉降和保證地表建筑物的 安全將成為一大難題。另外兩岸邊有很長一段隧道經(jīng)過了軟弱地層，為有效降低該段內(nèi) 部結構施工中圍護結構的位移和周邊地面的沉降，為保證安全、順利通過該軟弱圍巖地 段，確保工程質量，必須采取強有力的輔助施工措施與初期支護密切配合才能保證施工 的順利

12、進行，這樣將造成工序繁多，各工序干擾大，進度慢，增加工期，并且?guī)磔^大 的工程投資。施工過程中該段隧道還存在著塌方和涌水的危險性。因此，本項目全部采 用新奧法施工存在著較大的風險性。2、掘進機法掘進機技術自50年代中期進行工業(yè)化生產(chǎn)以來，由于采用掘進機施工具有快速、 連續(xù)作業(yè)、機械化程度高、安全、勞動強度小，對地層的擾動小、襯砌支護質量好、通 風條件好、減少輔助工程等優(yōu)點，日益受到人們的重視，已經(jīng)在國外的地下工程建設中 得到廣泛應用。在一些發(fā)達國家，不少單位都明確規(guī)定，對于較長的隧道，必須用掘進 機施工。在相同的條件下，其掘進速度約為常規(guī)鉆爆法的4-10倍。我國引進TBM技 術已有二十多年的歷

13、史，但至今仍沒有形成一套實用的施工組織設計和關于掘進機方面 的技術、經(jīng)濟法規(guī)，且TBM法一般僅在我國鐵路隧道和水工隧道施工中采用，只是近 年來，才在公路長大山嶺隧道中開始使用，大斷面隧道施工經(jīng)驗不足。TBM法施工對 水底隧道出現(xiàn)的各種突發(fā)事件的應變能力有限，對地質條件的依賴性大。國內(nèi)機械及技 術力量相對薄弱，大型掘進機需從歐、美、日進口，進口成本較高，初期投資較大，很 難用于較短隧道，否則選擇TBM法的經(jīng)濟效益差，據(jù)測算，當利用國內(nèi)已有設備，隧 洞長度不宜小于45Km；若由外國承包商帶機施工，長度不宜小于10km。而本項目 隧道方案穿過硬質巖層的長度才2Km左右，穿過軟弱地層時仍需采用其它方法

14、施工， 采用掘進機法總體經(jīng)濟效益差。因此根據(jù)以上分析，本項目放棄了采用掘進機法。3、盾構法。盾構技術是目前國際上發(fā)達國家較為廣泛采用的地下隧道全機械化開挖的施工技 術。盾構是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構掘進機集機、電、液、傳感、信息 技術于一體，具有開挖、支護、推進、襯砌等作業(yè)功能。盾構技術以其較高的機械化程 度和施工安全性已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水工隧道工程之中。我國已成功 采用盾構法建成許多大型公路隧道，其中包括上海黃浦江3條過江隧道，施工技術較為 成熟。已經(jīng)建成的武漢長江隧道為“萬里長江第一隧”，2003年10月國內(nèi)專家曾對其設 計和施工方法進行了評審，評審結果認為：該

15、隧道是我國在長江上興建的第一條過江隧 道，不能冒太大風險，首先要確保安全；盾構法技術成熟，對防汛沒有影響，拆遷量較 小，施工期短，施工時長江航運不受影響，因此，宜采用盾構法施工。舉世矚目的上海崇明越江通道工程確立南隧北橋為工程推薦方案，其中過江隧道擬 采用盾構隧道施工，按雙向6車道布置，全長8.95公里，隧道外徑長達15.20m，是目 前世界上最大直徑的盾構隧道。盾構是一種價格昂貴，針對性很強的專用施工機械，對每一條用盾構法修建的隧道， 都需要根據(jù)地質水文條件、結構斷面尺寸專門制造，一般不能簡單地套用到其他隧道工 程中重復使用，使得必須有一定投資規(guī)模和施工難度的隧道工程才考慮實際應用該項施 工

16、技術。本項目位于武漢長江隧道下游190多公里，兩岸第四系覆蓋層厚，基巖深埋，隧道 區(qū)圍巖屬軟弱圍巖，適合運用盾構法修建隧道。并且該水底隧道規(guī)模較大，采用盾構隧 道有經(jīng)濟可比性。根據(jù)以上情況分析，本項目可以采用盾構方案。4、沉管法沉管法是修建水底隧道的主要施工方法。沉管法隧道施工技術在我國還是一項新技 術，起步較晚，但經(jīng)過近十年的實踐，我國已成功掌握了沉管隧道建設技術。1993年， 廣州建成了內(nèi)地第一條水下大型沉管隧道一珠江隧道。隨后，國內(nèi)采用沉管法建成的隧 道有：上海外環(huán)線隧道、寧波甬江隧道、香港跨海隧道等，其質量和防水性能都達到了 較高水平，特別是隨著上海外環(huán)線上的8車道越江隧道工程的建成通

17、車，標志著我國在 沉管隧道領域達到了國際先進水平，為我國在長江、黃河、海峽修建沉管隧道積累了豐 富的經(jīng)驗。根據(jù)以上實例和國內(nèi)沉管的建設經(jīng)驗及沉管法具有縮短隧道長度、水密性好、施工 條件好、效率高、工期短、要求的地基承載力不大等優(yōu)點，本項目亦可采用沉管方案。5.4.2.3隧道方案建筑限界按照六車道高速公路的設計標準，隧道計算行車速度為100km/h，采用上下行分離 的隧道。根據(jù)公路隧道設計規(guī)范(JTG D70-2004)的規(guī)定，隧道單向凈寬擬采用 0.5+0.5+3X3.75+0.5+0.5=13.25m，隧道建筑限界高 5.0m (見圖 5-1)。圖5-1單洞隧道建筑限界（單位：cm）5.4.

18、2.4盾構隧道方案1、斷面設置形式隧道內(nèi)輪廓采用單心圓，襯砌擬采用錯縫拼裝的單層裝配式鋼筋混凝土管片結構， 管片基本設計參數(shù)為：內(nèi)徑14.0m，外徑15.4m，環(huán)寬2.0m。采用高壓鈉燈照明， 機械通風，隧道兩側設各種監(jiān)控設備。設計中充分利用隧道行車道下面空間，設置管線 溝、通風道和緊急救援車道（見圖5-2）。圖5-2盾構隧道斷面設置形式（單位：cm）2、江底聯(lián)絡通道本項目盾構方案掘進的圓形隧道較長，因此在盾構圓形隧道段長度四分點左右共設 三條連接上下游兩條隧道的聯(lián)絡通道，其斷面尺寸擬定為：1.4m X 2.1m。以防一旦出 現(xiàn)緊急事故工況，乘行人員、求援人員可通過聯(lián)絡通道進入相鄰隧道（見圖5

19、-3）。該聯(lián)絡通道的施工方案為，在隧道內(nèi)利用水平孔加固地層，使聯(lián)絡通道外土體凍結， 形成強度高，封閉性好的凍土帷幕，然后根據(jù)“新奧法”的基本原理，在凍土中采用新 奧法進行聯(lián)絡通道的開挖構筑施工。圖5-3盾構隧道江底聯(lián)絡通道示意圖（單位：cm）3、盾構工作井及兩岸岸邊段隧道岸邊段隧道包括暗埋段、光柵段及敞開段。盾構工作井及暗埋段基坑開挖深，屬于 超深基坑，因此根據(jù)開挖深度和周圍環(huán)境的要求，盾構工作井及暗埋段擬采用地下連續(xù) 墻作為圍護結構，明挖施工（見圖5-4）。光柵段及敞開段基坑開挖可采用鋼板樁圍護 明挖法施工。盾構進出洞的土體加固采用凍結法。4、隧道通風方案根據(jù)近年在過江隧道的建設經(jīng)驗以及對該

20、工程初步的通風分析計算，隧道采用縱向 通風方式，污染空氣分別從隧道南、北兩岸車輛駛出洞口附近的通風塔內(nèi)，由排風機集 中向高空排放。5、建設方案與規(guī)模隧道平面線形為直線；根據(jù)規(guī)范要求及方便長大隧道的排水，最大縱坡控制在3.0% 以內(nèi)，最小縱坡控制在0.5%以上。根據(jù)隧道功能、斷面大小、遠近期通風、養(yǎng)護維修 及運營管理等方面要求，考慮一次修建兩孔三車道隧道，兩線隧道中心線間距約50 60m，凈距約3545m。盾構隧道方案工程規(guī)模見表5-1。表5-1盾構隧道方案工程規(guī)模表（郭祥-碼頭鎮(zhèn)橋位）項目長度（m）隧道全長2 x 4682.8盾構段長度2 x 3875.2兩岸暗埋段長度2 x 266.4光柵段

21、長度2 x 100敞開段長度2 x 400工作井2 x 41.2通風塔2個隧道估算32.5億元引橋、接線及互通估算6.9億元工程估算總價39.4億元5.4.2.5沉管隧道方案1、斷面設置形式沉管法采用矩形斷面，隧道凈高為6.0m，一般地段預留100cm設備（車道信號燈、 照明燈具等）安裝高度。由于本隧道需安裝射流風機，為了盡可能減小橫斷面高度，考 慮在射流風機安裝點處將頂板作局部抬高處理（抬高50cm），設置風機安裝壁龕，在路 面下設60cm厚的鎮(zhèn)重混凝土，見圖5-5。圖5-5沉管隧道斷面設置形式（單位：cm）5眼2、兩岸岸邊段隧道、隧道通風方案兩岸岸邊段隧道的斷面與盾構隧道方案的岸邊段隧道相

22、同。暗埋段擬采用地下連續(xù) 墻作為圍護結構，采用明挖法施工。光柵段及敞開段基坑開挖可采用鋼板樁圍護明挖法 施工。隧道通風方案亦采用縱向通風方式，污染空氣分別從隧道南、北兩岸車輛駛出洞口 附近的風塔內(nèi)，由排風機集中向高空排放。3、沉管法埋置深度對于采用明挖法施工的水底隧道，控制隧道最小埋深的主要因素有：通航水深、隧 道建筑高度、最大沖刷深度、隧頂覆蓋層厚度、結構物的抗浮性等；同時沉埋隧道基底 不宜深入巖層，一方面水下爆破困難，另一方面容易產(chǎn)生縱向不均勻沉降，對隧道結構 產(chǎn)生較大的危害。本方案綜合考慮上述因素后，按隧道回填頂面標高最低與原河床底面 持平為原則確定隧道設計標高。4、沉管法建設方案與規(guī)模

23、沉管結構采用鋼筋混凝土結構，在沉管隧道中部設置緊急避難通道，兩側設置行車 道。斷面采用三孔矩形斷面。沉管節(jié)段在臨時十船塢內(nèi)預制，需選擇合適的位置建造臨 時十船塢，臨時十船塢的工作量大，多采用明挖法修建；管段預制時要注意灌注質量， 采取嚴格的施工措施防止混凝土產(chǎn)生裂縫，保證混凝土結構的水密性；保證隧道的防水 性有難度，要設防水層，對防水層也要加以保護；沉管基礎的底面積大，地層和管體底 面的基礎處理比較費時費事;隧道穿過防洪大堤底部的施工為沉管方案的重點和難點之 一，其施工方法應與堤防部門協(xié)商。項目長度（m）隧道全長2 x 3373沉管段長度2 x 1740兩岸暗埋段長度2 x 1133光柵段長度

24、2 x 100敞開段長度2 x 400通風塔2個隧道估算22.6億元引橋、接線及互通估算8.3億元工程估算總價30.9億元5.4.2.6橋隧方案比較1、主要優(yōu)缺點橋梁方案與隧道方案在完成過江功能上，有各自的特點和優(yōu)勢。與橋梁方案相比較， 隧道方案的主要優(yōu)點有：不侵占航道凈空，不影響港口航運，不干擾岸邊航務設施，不受氣候變化的影響， 可以全天候越江通車；它可以做到一洞多用，能將城市供水、供電、通訊等管道安排在同一洞內(nèi)過江， 并可保證安全穩(wěn)定；占地少，拆遷房屋、管線數(shù)量??；抗震能力與戰(zhàn)時抗毀損能力相對較好。但從設計、施工及運營方面綜合考慮，江底隧道方案與橋梁方案相比主要有以下幾 點明顯的劣勢：從工程設計和建造技術要求上來看，修建隧道的技術要求遠高于大橋。目前國內(nèi) 修建成功的大型越江隧道較少，國內(nèi)修建大型越江隧道的技術也不夠成熟；相反，國內(nèi) 修建橋梁的技術已達國際先進水平，已建通車的世界級特大跨度的斜拉橋、懸索橋和拱 橋眾多，設計和施工水平較成熟；從目前國內(nèi)外的實踐來看，