吴敏
【摘 要】金坛钱资湖隧道位于常州市金坛区滨湖新城,是金坛地区首条隧道.本文对工程总体方案进行了介绍和优化,针对工程中多个关键问题进行了方案比选和技术论证,以期能为类似工程提供参考.本工程采用填湖造陆的方法缩短隧道长度,降低工程造价,在南北两岸均设置地上电气设备用房以满足隧道内设备用电,隧道湖中段结合土石围堰进行明挖施工,基坑工程采用型钢水泥土搅拌墙作为围护结构. 【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2018(040)007
【总页数】5页(P19-23)
【关键词】湖底隧道;方案设计;明挖法;施工围堰
【作 者】吴敏
【作者单位】上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,上海200125
【正文语种】中 文
【中图分类】TU289
1 工程概况
尾气抽排系统工程位于常州市金坛区滨湖新城，随着沿江铁路和镇宣铁路加快建设，高铁金坛站的新规划选址确定，滨湖新城建设步伐全面加快。然而，受钱资湖阻隔，滨湖新城南北向规划通道较少，规划丹桂路作为穿越钱资湖的两条通道之一，南北贯穿整个滨湖新城，并且紧邻常合高速金坛出口和规划高铁站，对新城的发展极其重要，是连接金坛新老城区与常合高速、规划高铁站的重要便捷通道。
拟建丹桂路工程中，穿越钱资湖段是整个工程的重中之重。钱资湖在丹桂路线位处湖面宽度约960m，两岸靠近丹桂路位置为规划公园、文化设施等，绿化面积大，景观要求高。采用隧道的方案下穿钱资湖，不仅能够最大程度减小对周边环境的影响，满足交通功能，并可兼顾人、环境、区域发展之间的相互关系[1,2]。
钱资湖隧道建成后，将成为金坛地区的第一条隧道，对金坛地区的基础设施建设具有里程碑式的重要意义。
图1 工程地理位置示意图
2 隧道总体方案及优化
2.1 隧道起终点确定
隧道起终点的确定将影响隧道工程的建设难度、工程造价、景观效果等，确定合理的隧道起终点位置是本工程关键问题之一。方案研究过程中，共提出两个方案：
（1） 方案一：长隧道方案。钱资湖南侧规划绿地面积大，隧道南侧的敞开段可全部布置在绿化范围内，隧道南出口在滨湖南路以北接地。钱资湖北侧绿化面积小，根据现状湖岸线，隧道北出口需设置在金坛大道以南，钱资湖大道以北，。隧道由北向南依次下穿钱资湖大道、滨湖北路、钱资湖。
本方案的优点在于不需要改变钱资湖现状岸线，且车辆直接由城市主干路金坛大道出入隧
道，交通疏解和通行效率较高。但该方案隧道长度较长，工程造价高，且隧道北侧敞开段将规划二河打断，需改变河道流向，额外增加征地面积7000m2。此外，隧道采用明挖法下穿钱资湖大道和滨湖北路，建设期间钱资湖大道和滨湖北路的交通及地下管线将受到不同程度的影响。
操口红图2 长隧道方案平面图
（2） 方案二：填湖短隧道方案。隧道在钱资湖南岸的接地点与方案一一致。钱资湖北岸采取填湖造陆措施，填湖范围以满足隧道敞开段布置要求且岸线美观为宜。北岸填湖后，隧道北出口可在滨湖北路以南接地，北侧敞开段全部布置于绿化范围内。
丰年虾孵化器图3 填湖短隧道方案平面图
本方案需在钱资湖北岸填湖造陆，将钱资湖北岸岸线向南推进约270m。为减少填湖对钱资湖环境的影响，采取占补平衡原则在湖的南岸开挖等面积的现状陆地，保持湖水面积不变。
本方案的优点在于大幅缩短了隧道的长度，隧道主体结构造价显著降低，虽然增加了填湖
造陆部分的造价，但工程总体造价是下降的，本方案隧道总造价（包含填湖工程造价）比方案一减少约1.5亿。同时，由于隧道北出口位于滨湖北路以南的绿地内，不会影响规划二河的走向，减少了征地面积。此外，隧道全线位于钱资湖及两岸的绿化范围内，不与现状道路交叉，隧道施工不会影响原有道路的通行。
图4 填湖效果图
图5 隧道南岸峒口效果图
图6 隧道北岸峒口效果图
综合考虑两个方案的优缺点，最终确定采用方案二，即填湖短隧道方案。
2.2 设备用房布置
隧道设置管理中心一处，位于钱资湖南岸的绿地内，用地约3268m2，建筑面积约1567m2。管理中心内配有电气设备用房、监控中心、消防泵房及办公会议用房等。
隧道设置两个雨水泵房、一个废水泵房和两个环控机房，以上设备用房全部采用地下附建
型式。
由于隧道较长，除南岸管理中心内的电气设备用房以外，隧道北侧同样需设置变电所等电气设备用房。北侧的电气设备用房考虑以下两种建设方案：
（1） 方案一：地下附建式。电气设备用房与隧道北侧的雨水泵房和环控机房相邻，采用地下附建型式与隧道主体结构相接。称重装置
（2） 方案二：地上建筑式。北侧电气设备用房用地面积约1050m2，建筑面积约800m2，全部采用地上建筑型式，内设高压配电室、低压配电室、EPS设备间等。
方案一的优点在于没有地面建筑，减少了对绿化带景观效果的影响，但缺点更加明显：①地下附建电气设备用房造价高；②地埋式设备用房存在水淹的安全风险；③地下附建建筑需随隧道主体结构设置变形缝，电气设备不可跨逢放置，增加设备安置难度，且可能需要增大建筑面积；④若北岸不设置地上设备用房，则需增设10kV铜芯电缆，从南岸输电至北岸地下设备用房。此外，10kV高压电缆不可与车行道同舱，隧道断面需增设单独电缆舱，增大工程造价。
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结合以上两种方案的优缺点，确定北侧电气设备用房采用地上建筑式。隧道主要设备用房布置如图7所示。
图7 隧道主要设备用房布置示意图
3 湖中施工技术
3.1 总体施工方案
适用于湖中下穿隧道的施工方法，大致可分为盾构法、沉管法和明挖法。
沉管法多用于修建水下隧道，是重要的修建越江隧道手段之一，该施工方法受到制约条件颇为错综复杂，干坞占地面积大、施工要求高、难度大，本工程不适用[3]。
盾构法是用盾构机在地面以下建造隧道的方法，可不切断管线和交通，对环境影响较小，但其对施工设备和技术要求较高，投资规模也较大，适合建造长距离隧道。本工程隧道埋深不大，线位不长，不适宜采用盾构法施工。
明挖法具有工艺简单，工程造价较低，遇到障碍物容易处理等优点[4]，主要用于不通航、
水深不大或有枯水期出现的江河与湖泊。在湖中使用明挖法施工隧道时，为保证隧道工程干地施工，应首先在水域修筑围堰进行隔水，在围堰保护下开挖基坑修建隧道[5]。
综合周边环境、道路交通及地下管线情况，并结合拟建场地的工程地质和水文地质条件，工程施工采用如下方案：
钱资湖范围内隧道采用施工围堰+明挖顺筑法施工。钱资湖内修筑两道施工拦湖围堰，围堰平行于拟建隧道布置，隧道东、西两侧各修筑一道。钱资湖范围外隧道采用明挖顺筑法施工。
3.2 围堰设计
围堰结构是否安全可靠是隧道施工能否顺利进行、干地施工条件是否优良的重要影响因素[6，7]。同时，由于湖面较宽，隧道下穿处湖面宽约1km，围堰修筑总长度将超过2km，围堰结构的经济性将对工程整体造价产生巨大影响。
结合类似工程经验[8]，对土石围堰、混凝土围堰和钢板桩围堰进行了结构型式比选。
（1） 土石围堰：结构简单，可就地取材；既便于快速施工，又易于拆除；该型围堰特点是对基础适应性强，适用于各种地形地质条件。所以土石围堰是目前应用最为广泛的围堰型式。土石围堰与钢板桩围堰和混凝土围堰相比投资小，施工方便。
（2） 钢板桩围堰：该型围堰两侧采用钢板桩作为结构框架，采用双向土工格栅、毛竹片、无纺土工布进行外侧维护，中间填筑黏土防渗。钢板可以拔出另行使用，可以作为结构工程的组成部分加以利用。该型围堰的优点在于断面小、占地范围小、损坏后容易修补、拆除方便。但该型围堰缺点是造价昂贵，且汛期无法加高堰顶。
（3） 混凝土围堰：混凝土围堰具有抗冲、防渗性能好、底宽小、安全可靠等优点。但混凝土围堰造价相对较高，且本工程中围堰为临时结构，隧道结构施工完成后，需将围堰拆除，混凝土围堰拆除困难，且无法二次利用，产生大量建筑垃圾，不利于环境保护。
综上所述，本工程施工围堰拟建场地空旷，满足布置土石围堰所需的空间，且土石围堰可就地取材，工程造价低，地质条件适应性强，故本工程临时围堰采用土石围堰（均质黏土填筑）。
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施工围堰采用袋装土围堰结构型式，顶宽3.00m，迎水侧边坡坡比1：2，背水侧边坡坡比1：1.5。迎水侧设置300mm厚理砌块石护坡，并铺设一层防渗土工膜。坡脚设置抛石镇压层，镇压层宽1.50m，高1.00m。背水侧采用撒草籽进行坡面防护。围堰顶部可根据施工交通要求，设置临时便道。施工围堰典型断面如图8所示。
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