城市越江通道的工法比选分析

黄文非

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510000）

1 越江通道工法介绍

越江通道一般可采用桥梁或隧道形式越江。

越江大桥技术成熟，地质勘查工作要求低于隧道，行车条件好，成本也相对较低。但安全性相对较差，不仅可能对水流造成影响，容易受到大风、大雾等天气影响，桥梁施工对船只航行也有一定干扰。在城市中心区，桥梁方案通常受到桥下通航净空，城市景观、自然景观、两岸连接线和城市路网规划等方面的制约，随着隧道技术的发展与成熟，越来越多的越江通道以隧道的形式建造。据调查，世界上，在江河下游、中心城区的越江通道有85%以上的是以隧道形式存在。

目前水底隧道一般可以采用围堰明挖法、矿山法、盾构法、沉管法等工法施工。

（1）围堰明挖法是一种较为简单的工法，一般用于水深不大或有枯水期出现的江河。目前国内采用围堰明挖法施工的隧道有山西的汾河水下公路隧道、珠海的澳大河底隧道、山东临沂的三河口隧道、武汉的东湖隧道、昆明的草海隧道及广州流花湖隧道等。

优点：施工简单，隧道采用明挖法施工，施工安全风险小。

缺点：①围堰明挖法采用围堰施工，需影响河道的泄洪能力与船只通航能力。②围堰施工会对自然环境造成较大的破坏。

（2）矿山法一般适用于基岩中的地下工程，目前国内采用矿山法施工的有厦门翔安隧道、青岛胶州湾海底隧道、长沙浏阳河隧道等。

优点：①其横断面适应能力较好，基本可满足任何交通工具及其组合形成的断面需求，断面沿隧道纵向布置可灵活多变。②在河床下进行暗挖施工，不受河道、航运、气候等外部条件的影响，地面自然景观环境不受施工影响。

缺点：①隧道施工对所处地层变形、土层扰动较难控制，尤其是软土地层建造大断面隧道、小净距隧道、连拱隧道对地层的扰动影响更大，对江河两岸的防汛大堤存在较大影响。②施工环境差，施工难度大、进度慢、风险高，施工中措施处理不当极易出现拱顶塌落、掌子面失稳的风险，造成的是毁灭性的后果。③位于水域下的隧道必须保证一定的覆土厚度，国内同类隧道工程覆土厚度至少保持1 倍隧道毛洞宽度，对于两车道隧道，其最小覆土厚度约为10m；对于三车道隧道，其最小覆土厚度约为15m，对两岸道路接线布置和交通组织等带来困难。

（3）沉管法是在海岸边的干坞里或大型船台上将隧道管节预制好，再浮拖至设计位置沉放对接而后沟通成隧道的一种隧道施工方法。沉管隧道主要有钢壳管段隧道与混凝土管段隧道。

沉管法施工顺序：船台上或干坞中制作隧道管段→封墙密封管段两端→滑移下水或在坞内放水，使其浮在水中→逐节拖运管段到隧道设计位置→定位→管段内注水加载，使其下沉至水底基槽内→水力压接法将相邻管段连接。→拆除封墙，使管段连通→在其顶部和外侧用块石覆盖，以确保隧道安全[1]。

世界最长的沉管隧道是中国2018 年完成的港珠澳沉管隧道，隧道段总长6.766km，其中沉管段长5664m。

目前，我国已具备大断面，长距离沉管隧道的建设能力并积累了丰富的经验。此工法修建水底隧道成为国内外优先考虑的工法之一。

优点：①隧道埋深浅，使隧道两岸经济高度发展、社会活动频繁地区的交通疏解能得到最大限度的优化和解决。②建设期间实现多工作面同时作业，使沉管隧道的工期大大缩短。

缺点：①江中段采用沉管法施工，基槽开挖、管段浮运、管段沉放等阶段需临时改移航道或者封航，影响航道正常使用。②岸上干坞采用围堰明挖法施工，占地面积大。③水流速度大于3.0m/s，或水流方向不稳定，或河床有深沟、地形陡峭，会造成管节浮运、沉放、对接困难。

（4）盾构法是采用特殊盾构机械，在保护掌子面稳定的同时进行安全掘进，同时在后面则装上管片衬砌组件拼装成环形成隧道结构，利用其反作用力掘进的一种隧道施工方法。我国的盾构技术成熟，目前国内盾构隧道最大直径为武汉三阳路长江隧道φ15.2m。中国大直径盾构法修建水底公路隧道已经达到世界先进水平。

此工法对隧道的埋深、地层条件的适应性较好。目前是水底隧道修建的常选工法之一，常用的盾构掘进机和工法有土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种。

优点：①在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等外部条件的影响。②盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。③场地作业少，隐蔽性好，因噪声、振动引起的环境影响小，地面人文自然景观受到良好的保护。④在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全等方面的优势[2]。

缺点：①盾构机械设备昂贵，建造小于750m 的隧道经济性较差。②隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂。③用于施工小曲率半径隧道时，掘进困难。④在饱和含水的松软地层中施工，地层沉陷风险较大。⑤需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调复杂。⑥盾构法施工最小覆盖层厚度约为盾构直径的（0.7~1）D（D 为隧道直径），双向六车道时一般采用分离式双洞隧道，左右线隧道间距不宜小于（0.6~1）D。

2 实例分析

2.1 项目概况

化龙-开发区西区过江通道位于番禺区化龙镇与开发区西区，南边起于番禺区金山大道，跨越新沙航道、赤沙航道以及黄埔新港码头，北边止于东江大道。

2.2 工法比选

根据工程建设环境条件全方位，多角度对桥梁、隧道方案进行以下分析比选。

2.2.1 现状条件分析比选

桥梁方案：上跨黄埔新港码头，对码头的正常运营造成严重影响。

盾构隧道方案：根据总体设计，隧道从黄埔新港码头东南侧下面-30m 处穿过，施工时严格控制地面沉降，对码头的正常运营基本没有影响。

沉管隧道方案：沉管法需要设置岸上明挖段连接沉管段，涉及码头公司的征地拆迁及回迁工作，实施难度较大。

2.2.2 交通转换功能分析比选

桥梁方案：工程所在珠江水域的航道等级、通航标准、通航净空高，如果主线采用桥梁方式跨越水道，在满足通航要求的前提下，及时采用桥梁最大纵坡要求，两岸桥梁的接线长度也至少需要700m，无法有效的解决两岸沿江道路的交通转化。

盾构隧道方案：盾构法在水下时，需确保隧道顶覆土厚度一般为（0.7～1）D。如果采用隧道（盾构工法）方案过江，隧道埋深较深，两岸接线长度约450~600m，过江通道需通过隧道附近的南大干线完成交通转换。

沉管隧道方案：沉管法在满足航道要求的前提下，埋深较浅，为满足隧道抗浮系数不小于1.2 的要求，隧道顶覆土厚度约为2.5m。结合本项目，如果采用沉管法方案过江，两岸接线长度约350~450m，长度最短，两岸沿江道路交通可以直接利用此交叉口完成交通转换[3]。

2.2.3 对环境的影响分析比选

桥梁方案：桥梁施工期间，在江域作业面较大，对珠江生态环境影响较大，运营期间产生的噪声、尘土对周围环境的污染且桥墩对通航、河床、水流均有影响。

盾构隧道方案：隧道位于河床下，对通航、河床、水流均无影响，施工期间不对珠江生态环境造成破坏，运营期间产生的噪声、尘土对周围环境影响较小，但应考虑隧道通风对大气环境的影响。

沉管隧道方案：施工对航道影响大，可以通过采用开辟临时航道、航道管制等综合措施解决，但费用及管理难度较高，施工期河床断面的变化主要影响基槽开挖量的大小，对施工难度影响不大，但回淤量对基槽施工影响大。沉管基槽开挖量大，除部分用于基槽回填外，其余须运至专用弃渣场填埋，施工对江域环境影响较大[4]。

2.2.4 外界影响分析比选

桥梁方案：受台风、大雾天气影响大，抗震性能较差、抗战毁能力较弱。桥墩易受船舶碰撞，轻则桥墩破损，重则桥梁倒塌，船舶沉没，航道堵塞，近年来已发生多起恶性碰撞事件，需采取防护措施。结构暴露于大气中，抗腐蚀能力相对较差，承受超载能力较差。

隧道方案：隧道可全天候运行，不受台风、大雾天气影响，抗震性能好、抗战毁能力强。位于河床下，不受船舶碰撞影响。结构位于岩土介质中，抗腐蚀能力较强，承受超载能力较强。

2.2.5 施工及造价分析比选

桥梁方案：跨江大桥技术比较成熟，施工难度较小，工程地质勘查工作要求低于隧道，行车条件好，成本也相对较低，但需拆迁黄埔新港码头。

盾构隧道方案：技术成熟，但隧道遇火灾、水灾、爆炸等突发事件时，损失比桥梁大；隧址地质勘探工作量大；隧道运营期间所需要的通风照明等运营费用比桥梁高；水下施工工作量比桥梁大。大部分暗挖施工，拆迁量较小。

沉管隧道方案：两岸均需设置大规模的围堰与护岸工程，施工难度大，技术要求高；施工对防洪有一定影响。两岸围堰及护岸施工需破除既有防洪堤，围堰占用河道，依靠临时防洪堤保证施工期汛期的安全，对防洪有较大的影响。全明挖施工，拆迁量较大

2.3 桥隧方案概述

桥梁方案：采用双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主桥跨径组合为（64+256+660+26+64）m，主桥全长 1330m，桥面以上塔高为147m。其余引桥跨径按标准跨径35m布设，跨越路口跨径增大为50m，两侧设置35m 的边跨，形成（35+50+35）m 一联的连续箱梁[5]。图 1 为主桥立面图。

图1 主桥立面图

盾构隧道方案：盾构隧道拟采用双向六车道标准建设，结合隧道检修道及逃生系统的情况，盾构隧道管片外径为14.5m，内径13.3m，单环管片长度为2m，管片厚度为60cm。图2 为盾构隧道断面。

图2 盾构隧道断面

沉管隧道方案：沉管采用双向六车道的结构断面，沉管段横向尺寸为31.4m，隧道埋深浅，水压力相对较小，断面形式采用混凝土管段断面形状比较有利，沉管段共分8 段，管节长度均分别为3×115m+5×113m，共长910m。图3 为沉管隧道断面。

图3 沉管隧道断面

3 结语

结合工程的场地、周边环境及工法本身的特点，分别对桥梁、隧道的过江方案进行对比论证，结论如下。

对于化龙-开发区西区通道而言，采用盾构法隧道方案时，虽然工程费用相对较高，但在交通功能、景观效果、环境影响、防灾减灾、社会经济、生态环境等多方面的综合效益要优于桥梁和沉管法隧道方案，因此采用对黄埔新港的正常运营影响最小盾构法隧道为推荐方案。