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1、越江隧道工程施工技术初探 一、越江隧道地铁运营功能要求地铁工程线路纵断面坡度的选择居于国铁和公路之间。普通地铁正线段设计时速80km/h，线路标准一般采用35permil;以内。穿行于江底的线路纵坡，应根据本条线路列车编组的动力情况，并考虑越江隧道内潮湿、钢轨面车轮黏着系数低等环境因素综合计算分析得出，原那么上将越江地铁线路坡道长度控制在1000m左右，纵坡坡率控制在30permil;以内为宜。平面设计顺直优先，但往往受避让地面建构筑物或展线影响存在弯道，设计时隧道工程线路平面半径确实定应为盾构施工留有较宽松条件，保障隧道施工条件，对于百年工程非常重要。纵断面设计同时应与江中工程地质情况相适应
2、，竭力避让盾构穿越软硬不均地层。考虑到江中钻探的困难以及钻孔对盾构施工的影响，初详勘宜同步施行，尽量作到一次性完成钻探且今后不再在江中段线路改线。常规地铁隧道多采用纵向式通风方式，运营阶段早上运营前需通风，以新增隧道内新颖空气、同时排出浊气;对于运营时间较长的地铁隧道，隧道通风还具有降低隧道内温度效果，将隧道内空气温度控制在40以内，即解决地铁隧道温升问题。国内地铁运营中列车在区间出现故障或灾害情况时，首选方案是将列车运行至车站进展疏散。当列车失去动力，停滞于隧道中的处理方案是通过列车(A型车)端部的端门疏散至轨行区，或采用通过(B型车)侧门至隧道左侧纵向疏散平台的方式疏散。国内现行地铁设计标
3、准及消防技术要求地铁行车隧道必须左右线隔离运营，区间地铁隧道内沿线路方向不小于600m应设置连接左右线隧道的连通道，列车事故或故障情况下隧道中乘客可通过连通道疏解到相邻区间，相邻区间往往视作事故状态下疏散乘客的平安区域。区间两端车站设有风机均可向隧道通风，事故状态下通风的方向与列车着火点位置相关。列车车头着火，风从车尾方向来，乘客向车尾逆风方向疏散;车尾着火，风从车头方向来，乘客向逆风方向疏散。阻塞状况下隧道通风的目的是排出有毒高温烟气，同时为乘客提供新颖空气。现行城市轨道交通建立标准一般要求地铁远期顶峰小时设计运能到达每小时30对的发车密度，即前后列车追踪间隔时间2min。长江武汉段江面辽阔
4、，越江隧道一般区间长度均超过3km。高频次发车时，长江隧道区间内一个行车方向必然会存在多列车追踪运行。顶峰时段追踪运行列车，出现前车尾车着火并失去动力停滞于隧道内，如何防止事故通风烟气对后车影响，妥善处理这一最不利工况是地铁运营功能对隧道设计关键之处。将长大越江隧道沿运行线路方向多分段通风，是现阶段地铁设计解决烟气问题的主流作法。前车事故停车后，其司机应及时利用运营通信手段通知后续列车司机停车，确保后续列车决不进入到前车所处隧道通风段，可防止事故通风时前车烟气对后车的影响。隧道通风段的形成，最常规的作法是在越江区间中部加设竖井并安装风机形成风井，假如在堤外各设一处风井，那么可将越江隧道分为3个
5、通风段。如假设江面太宽，计算发现江中段仍会出现2列追踪列车停滞在同一通风区段时，那么必须寻找其它的解决方案，下文中将介绍加大隧道横断面、设置专用风道解决该问题。可见，隧道通风段的长度和技术方案选择对越江地铁隧道大方案取舍至关重要，它是一项综合河道情况、工程水文地质情况、列车性能、隧道施工技术及地铁运营要求于一体的复杂系统工程，需综合平衡总体把握后确定。以下武汉地铁4条不同类型越江隧道技术方案案例，对于总体把握越江地铁设计进展了探究。二、不同类型隧道工程技术方案武汉地区原属云梦泽东南角沼泽地带，由于地壳沧桑变迁，水流夹带大量泥沙落淤，江湖别离，水流归槽，形成了河流的雏形。通过水流与河床的互相作用
6、，汊道合并，洲滩与河岸反复分合，逐渐形成今日的双汊形态。市区内水系以长江为主要干流，江面宽10801380m，其支流主要为汉水，水面宽300400m。长江武汉河段的水量、沙量主要来源于上游干流和汉江支流，其水沙变化受水文年的随机影响，没有明显的变化趋势。越江隧道场地区的地层岩性主要有第四系全新统新近沉积的松散粉细砂、中粗砂层;第四系全新统冲积的稍密密实粉细砂、中粗砂层;卵砾石层，厚0421m;下伏白垩至下第三系砾岩和志留系泥质粉砂岩、泥岩、全风化和弱风化粉砂质泥岩、弱胶结砾岩层等沉积岩层。长江两岸道路黄海高程在25m左右，河工模拟和模型测算河道的冲槽最深处达149m。修建横穿长江的城区浅层地铁
7、，盾构工法是首选。2.单洞单线(2、4号线)工程技术方案已建成通车的地铁2号线工程和正在施行建立的4号线越江工程，均选择了2条单洞单线越江隧道方案。越江隧道总长度3100m左右，采用两台复合式泥程度衡盾构机掘进施行，盾构隧道外径62m，内径55m，受长江大堤两侧100m范围内不能施工隧道中间风井制约，两岸隧道风井间距控制在1800m以内。车站与两座中间风井，将越江隧道划分为3个通风段，可满足事故通风要求。该方案的优点是长江两岸地铁车站均可采用岛式站台，地铁车站功能好。盾构掘进中可利用中风井检修刀盘，更换刀具。该方案存在的最大风险是需要在江中水下粉砂层中06MPa压力条件下，矿山法施行隧道连通道
8、和泵房。武汉地铁2号线利用冰冻法技术，成功解决了这一难题，在此条件下国内首例。其次，长江大堤外超过45m深度的隧道中风井施工、盾构机穿越隧道中风井等均存在很高风险，只能成功、不可失败。3.单洞双线(8号线)工程技术方案武汉地铁8号线一期工程黄浦路至徐家棚站区间，越江隧道总长度3184m与2、4号线相当，隧址江面宽约1400m，河床开阔，江底平顺，北坡(左岸)平缓，南坡(右岸)较陡，主槽靠近武昌岸侧。由于两江堤间隔 约为1750m，假设按堤防条例规定执行，那么两风井间隔 至少为1950m，超出一般地铁隧道1800m的最大通风间隔 要求，在江堤以内设置风井，具有宏大的防汛、防洪风险。设计选择了单洞
9、双线型式的越江隧道方案，隧道管片外径121m，厚度05m。该方案只需采用1台盾构机穿越长江，即可实现越江区间工程，将来地铁左右线将利用盾构隧道内砌筑的中隔墙分开，实现各自的单方向运行。该方案没有中间风井，利用大断面隧道地铁运行区上部的半弧形空间组织隧道事故通风，在排烟道中部对应左右线各设一集中排烟口，排烟口尺寸20m2，通过排烟口将左右线区间分为两个通风区段，每个区段长度1600m，可以保证每个区段内同向只有一列车运行，排烟道分别与黄浦路站大里程端和徐家棚站小里程端隧道风机相连。列车火灾时采用纵向排烟方式，根据火灾列车位置通过集中排烟口或黄浦路与徐家棚站隧道风机将烟气排出，可以控制烟气使非火灾
10、列车处于无烟区域，确保人员的平安疏散。该方案一定程度上减少了中间风井所带来的工程施行风险，同时利用大断面隧道空间大的优势，在隧道最低处形成隧道泵房，左右线间连通道一墙之隔，大大降低江中施行矿山法泵房此类工程风险。缺乏之处是121m外径盾构隧道较62m小直径隧道的掘进风险增加。其次，单洞双线隧道使得地铁左右线线间距小，从越江区间的小线间距过渡到正常地铁较大线间距，必然会存在喇叭口线路，要么在车站，要么在明挖区间。长江两岸的车站一般客流会很大，特别是与顺江线路换乘的车站，客流非常多，如8号线黄浦路车站预测远期日客流量多达21万，采用侧站台型式不利于车站客流的组织。4.公铁合建(7号线)工程技术方案
11、武汉地铁7号线与规划三阳路过江公路隧道合建，三阳路站徐家棚站段工程两岸各设一区间风井兼做盾构工作井，穿越江底段采用公轨合建大断面盾构施工，分南北两条隧道。本段区间两风井之间为大盾构直径152m(泥程度衡盾构)，设计为上部空间作为3车道单向公路，下部空间为1条单向轨道交通;其余段上部为明挖公路隧道，下部为地铁62m小盾构隧道(土压平衡盾构)。两大盾构工作井间间隔 2710m，两工作井之间的越江区间长2600m，按照远期顶峰小时行车运营才能要求，行车间隔为2min时，顶峰时段在工作井之间的越江区间必然存在两列车同时运行工况。设计考虑利用地铁行车隧道右侧富裕空间作为排烟道(对侧为疏散通道)，将列车着
12、火时产生的烟气通过排烟道排出，为了在中部预留江中泵房和管线廊道的空间，在靠近汉口侧和武昌侧分别设置排烟道，排烟道长度均为600m，江中端约1400m长度不设烟道，因此越江区间可以不设中间风井。越江段汉口和武昌侧排烟道将大盾构工作井之间的过江区间分为三个通风区段，加上大盾构井共5个通风分段。正常行车工况采用活塞通风，通过三阳路车站和徐家棚车站的活塞风井以及车站排热风机对区间通风换气，保证区间隧道温度和乘客新风量的要求;阻塞时采用纵向通风，根据列车阻塞所处通风区段开启汉口、武昌工作井与三阳路站和徐家棚站隧道风机对阻塞列车送排风，满足通风排烟要求。公铁合建盾构隧道，对于地铁工程相当于单洞单线工程，由
13、于地铁行车隧道左侧空间可作为平安疏散的专用通道，故不需设置联络左右线的地铁连通道，同样大断面的隧道工程江中泵房也可在隧道内解决。公铁合建隧道的优势在于整合了城市核心区内有限的越江通道资源。为今后其它城市交通建立开展提供了新的思路。但随着盾构隧道断面尺寸的加大，工程建立风险相对更高。三、结论与考虑武汉地铁2/4、7、8号线采用不同的隧道施行方案穿越长江，始终围绕着地铁功能核心，确保地铁运能、防灾通风疏散等要求开展工作，总体平衡运营、土建、工程投资与风险等多项因素的思路，其相关工程案例可供同行讨论和交流。国内地铁建立中如杭州地铁1号线、南京地铁3号线、福州地铁1号线等均存在穿越江海等大范围水域隧道工程。今后，随着城市轨道交通进一步开展，可能会出现穿越更辽阔水域更复杂工程地质情况，以及地铁与城市道路共通道的工程，将来的开展将更加富有挑战性。地铁信号系统基于通信的CBTC技术开展，可到达对先、后运行列车最小间距控制的保障，将为可靠实现不同隧道通风段内准确停车提供运营平安方面的技术支持。考虑到地铁越江隧道工程防灾和今后维修问题，对于即将开工建立的地铁7、8号线越江隧道，将在国内首次采取双层衬砌的技术措施，为百年后的地铁运营，留下可持续开展空间。 熊朝辉 单位：中铁第四勘察设计院集团
