王勇-襄阳汉江沉管隧道设计创新与实践-王勇19.05.13

襄阳汉江隧道设计创新与实践汇报人：王勇中交公路规划设计院有限公司二〇一九年五月Contents一、项目概况四、技术创新三、总体设计二、工程特点五、施工实施六、结论体会项目背景襄阳七省通衢汉江明珠小清河唐白河汉江鱼梁洲生态绿心文旅中心项目概况东西轴线南北轴线樊城鱼梁洲襄州襄城东津东外环襄荆高速汉十高速南外环刘集机场高铁站东西轴线：Ø2014年襄阳市规划建设串联樊城、鱼梁洲、东津城市核心区的城市快速路“东西轴线”；Ø多轮桥隧比选、隧道工法比选后，最终确定过汉江段采用沉管方案，洲上段采用明挖暗埋方案；鱼梁洲段：Ø路线全长5400m，其中东西汊沉管总长1011m，三段明挖隧道合计4389m。Ø目前国内整体建设规模最大的内河沉管隧道，三千里汉江第一隧。樊城段鱼梁洲段东津段樊城段技术标准Ø道路等级：城市快速路Ø设计速度：主线60km/hØ车道规模：双向六车道Ø车道宽度：（3.5+3.5+3.75）×2Ø建筑限界：宽12.25m，高4.5mØ设计洪水频率：运营1/100；施工1/20Ø设计使用年限：100年Ø主体结构安全等级：一级Ø汽车荷载：城—A级Ø结构裂缝控制标准：裂缝宽度≤0.2mmØ人防抗力等级：六级（60kN/m2）Ø抗震设防烈度：Ⅶ度Ø防水标准：沉管隧道防水等级为一级Ø抗浮标准：沉管压重抗浮安全系数Kf≥1.10沉管回填覆盖抗浮安全系数Kf≥1.15Contents二、工程特点四、技术创新三、总体设计一、项目概况五、施工实施六、结论体会项目实施机构：襄阳市城乡建设委员会设计单位：中交公路规划设计院有限公司项目运作模式：PPP+EPC社会资本方：项目合作期：20年（建设期3年+运营期17年）中国交通建设股份有限公司中交投资基金管理有限公司中交公路规划设计院有限公司中交第二航务工程局有限公司施工单位：中交第二航务工程局有限公司投资及工期：约50亿，3年工程特点——建设模式新、工程体量大国内首例采用PPP+EPC模式实施的特长沉管隧道项目2018年2月2018年3月2018年6月项目中标开工仪式成立项目公司2019年1月完成施设2019年4月投产6亿建设条件特点——地形地貌特殊Ø鱼梁洲：江中沙洲，高漫滩，主要为农田、苗圃和水塘；Ø樊城：汉江一级阶地，老城区，已部分拆迁；Ø东津：汉江一级阶地，规划未来新区，部分公共设施已建设；樊城鱼梁洲东津300m640m清河路大庆东路纵四路横七路小清河汉江西汊汉江东汊唐白河襄州建设条件特点——地层条件复杂Ø第①大层：松散填筑土，主要分布于江堤，高压缩性；Ø第②大层：软塑~流塑淤泥、松散~稍密粉细砂，中高压缩性；Ø第③大层：中密～密实卵石，2-6cm，含量51%，低压缩性；Ø第④大层：硬塑状粉质黏土，主要分布于东津，中高压缩性；Ø第⑤大层：密实圆砾，2-5cm，砾石含量71%，低压缩性；Ø第⑥大层：泥岩，半成岩坚硬土，遇水易软化，中等压缩性；②粉砂③卵石⑤圆砾②粉砂③卵石⑤圆砾⑤圆砾③卵石③卵石①填土④粉粘②粉砂①填土④粉粘⑥泥岩⑥泥岩④粉粘65m100m卵石黏土连续稳定不透水层埋深达65~100米建设条件特点——砂卵石地层渗透性强②粉砂③卵石②粉砂③卵石⑤圆砾⑤圆砾③卵石③卵石①填土④粉粘②粉砂①填土岩土编号岩土名称抽水试验渗透系数渗透系数建议值渗透性分级K（m/d）②-2粉细砂1212强透水②-4中砂1214强透水③卵石混圆砾2228强透水③-1圆砾1622强透水Ø东汊干坞基坑现场群井降水试验l砂层12m/d，卵石102m/d，圆砾26m/dl场地综合渗透系数为64.5m/dl基坑试验实测涌水量高出预测涌水量60%现场群井降水试验建设条件特点——水文复杂、河床冲淤变化大Ø河床冲淤稳定问题较突出，预测最大冲刷3-3.5m，最大淤积1-4米，最大冲淤变化近10米。Ø洪水期：7~10月；流速：洪水期2.38m/s；水深：6~10米；樊城鱼梁洲东津300m640m小清河汉江西汊汉江东汊唐白河崔家营水利枢纽东汊汉江东津鱼梁洲东汊汉江8m10m6m建设条件特点——防洪度汛要求高Ø通航l航道规划：工程河段航道规划等级为Ⅲ（2）级，远期为Ⅱ（3）级，代表船型1000t级一顶四驳船队，船队尺度为167×21.6×2.0m（总长×型宽×设计吃水），远期选用2000t级一顶二驳船队，尺度为182.0×16.2×2.6m。Ø防洪l防洪标准：两岸主城区为100年，鱼梁洲为50年。隧道线位下游设置有崔家营航电枢纽大坝，襄阳站多年平均水位+62.73m，水库死水位+62.033m。l防洪要求：河道内应尽量避免设置永久或长时间占用河道的临时结构物。l设计控制：采用岸壁保护和陆域最终接头，避免设置水中临时围堰。Contents三、总体设计四、技术创新二、工程特点一、项目概况五、施工实施六、结论体会隧道总体布置Ø主线隧道：起于樊城区旭东路东侧，设314米明挖隧道下穿樊城堤，设351米沉管下穿汉江西汊，设3580米全暗埋隧道下穿鱼梁洲，设660米沉管下穿汉江东汊，设495米明挖隧道下穿东津堤后于纵四路西侧接地；Ø主线规模：全长5400米，沉管总长1011米，西、东汊各设置管节4节和6节；Ø出入口预留：在鱼梁洲上预留两对匝道出入口，实现鱼梁洲与樊城、东津的交通联系；Ø干坞布置：鱼梁洲东西两侧共设置两处轴线干坞，分别用于东、西汊管节预制。樊城明挖段314m西汊沉管段351m洲上明挖暗埋段3580m东汊沉管段660m东津明挖段495m西汊干坞东汊干坞隧道总体布置Ø埋深控制：沉管段结合最大冲刷包络线、管节长度划分、江中废水泵房设置，按结构顶紧贴最大冲刷线控制；陆域段结合交叉市政管线等控制埋深1.5~3m。Ø纵坡设置：采用W形纵坡，-4.8%接4.8%接0.3%接-0.3%接-4.695%接-0.9%接4.8%；Ø隧底地质：绝大部分落在卵石土或砂层上；沉管最大覆土厚度15.6米；沉管隧道Ø西汊：沉管总长351m（4×86.5m+5m）Ø东汊：沉管总长660m（5m+4×120.5m+2×86.5m）W1W3W4W2WSE2E1E3E4E6E5ES沉管隧道项目指标混凝土混凝土标号C50横截面面积（m3）101.53浮运阶段可浮性最小干舷值（cm）11~16运营阶段抗浮性压重后抗浮安全系数1.11~1.101m回填后抗浮安全系数1.19~1.16Ø沉管结构：两孔一管廊矩形钢筋混凝土结构；结构总宽31.2m，总高9.2m；Ø沉管接头：中墙、侧墙竖向钢剪力键，压重层水平混凝土剪力键；电缆逃生管道行车孔行车孔Contents四、技术创新三、总体设计二、工程特点一、项目概况五、施工实施六、结论体会技术创新(一):因地制宜选择长距离双轴线干坞控制因素方案一：旁建干坞方案二：轴线干坞地质适应性干坞与明挖隧道基坑分设，基坑降隔水处理代价大干坞与明挖隧道基坑共用，基坑降隔水处理代价小航道疏浚需疏浚两条浮运航道和回旋区利用轴线基槽浮运，无需疏浚管节浮运距离及风险距离5km，受季节水位变化影响，风险大1km，不受季节水位变化影响，风险大工期33个月36个月综合造价高低干坞选型面临的挑战：Ø水文条件复杂：区域河道平均水深6~10米，季节平均水位差达3米；Ø地质条件复杂：周边区域上部均为50~100m深的强透水砂卵石地层；Ø干坞使用周期长：15~22个月，使用期隔降水风险、代价大。技术创新(一):因地制宜选择长距离双轴线干坞东汊干坞Ø干坞平面尺寸：底宽64.2m，长735m；Ø台座纵向布置：E1→E6管节台座及其间10米施工空间，坞口段长30m；Ø基坑支护：两级坡高5m+5.75，坡率1:3；锚杆框架梁+现浇钢筋砼护面板。Ø止水帷幕布置：坡顶以外15m处，1m厚塑性砼墙，深度65~76m，锁口管接头。Ø干坞施工分期：分管节预制期和明挖隧道施工期两期实施；二次开挖放坡开挖或排桩支护；技术创新(一):因地制宜选择长距离双轴线干坞西汊干坞泥岩粘土夹层100m深卵石粉细砂放坡开挖+64m深锚索地连墙放坡开挖+锚索地连墙+2.6m砼封底Ø干坞平面尺寸：底宽44.2m，底长446m；Ø台座纵向布置：W1→W4管节台座及其间10米施工空间，坞口段长40m；Ø材料运输方式：坑外垂直运输；Ø干坞施工分期：分管节预制期和明挖隧道施工期两期实施；Ø地连墙：上部13m钢砼受力段，下部8~50米素砼止水段；Ø锚索：两道，长度15~20m，竖向间距2.5m，纵向间距1.5m；Ø二次开挖：增设两道内撑；技术创新(二):大型格构地连墙应对坞口无内撑深基坑和岸堤保护Ø坞口及岸堤面临的问题：l防洪度汛：减小岸堤破口、控制汛期防洪风险；l沉管对接：匹配陆域最终接头方案，实现坞口的快速破除和最终管节沉放后的坞口快速二次封闭；l基坑深大：最深达25m，不设内支撑Ø格构地连墙及坞门：l结构参数：格形宽8m~9m，长7m~23ml横向连接：两道钢筋砼横向连接板提升整体性l仓内加固：基槽开挖线上下8m高压旋喷加固l槽段接头：中间槽段接头拉剪问题突出，采用十字钢板抗拉接头l坞门结构：Ф1190锁口钢管桩+1.2m厚止水墙基槽开挖线25m止水墙干坞基坑沉管基槽江堤弯矩水平位移技术创新(三):首次采用摩擦止推型陆域最终接头及钢围堰二次止水Ø摩擦止推：不设独立止推构造，将管节（含小节段）通过PC拉锁拉合成整体，通过管节周边摩擦力提供管节止推力Ø最终接头：坞内排水后，沉管小节段直接与鱼梁洲暗埋段节段刚性连接。项目GINA回弹反力总止推力安全系数西汊36062.0kN90478.2kN2.5东汊45847.4kN105618.3kN2.304管节接头GINA回弹力PC拉锁承载力安全系数E1-1/E1-229831.7kN96800kN3.2W4-1/W4-242133.9kN96800kN2.3沉管止推力及安全系数表东西汊小管节PC拉锁抗拉安全系数表摩擦止推钢围堰卵石垫层卵石回填PC拉锁布置技术创新(三):首次采用摩擦止推型陆域最终接头及钢围堰二次止水二次止水钢围堰格型地连墙格型地连墙锁口钢管桩及塑性砼止水墙立面平面沉管管节Ø二次止水结构：采用1米厚双壁钢围堰，设置于格型墙与小管节间，分3片整体吊装拼接，内灌轻骨料混凝土；管节和格型墙上设置环梁卡槽，坞内设置斜撑；Ø接缝止水：管节和格型墙环梁卡槽内均预埋钢边止水带，管节底部与干坞底板间设置双道橡胶止水带。技术创新(四):首次在整体式管节中应用无后浇段全断面预制工艺Ø管节型式：l整体式管节，刚性结构体系lW1/W2/W3/W4/E5/E6：管节长86.5m=节段长21.625m×4lE1/E2/E3/E4：管节长120.5m=节段长24.1m×5Ø预制工艺：l小节段整体全断面浇筑l不设后浇带l依次顺序浇筑①②③④①③②④⑤技术创新(四):首次在整体式管节中应用无后浇段全断面预制工艺Ø大体积混凝土浇筑控温防裂l单节段一次浇筑方量2450方，混凝土标号C50；l研发混凝土智能温控系统；l优化配合比中水泥比例、胶材量，优选集料级配，提升砼本身抗裂性能；l采用30~60kg/m3片冰拌和控制砼浇筑温度小于26℃；l控制相邻节段浇筑间隔期小于10天，温度安全系数大于1.4，抗裂保证率在90%以上。编号浇注工艺浇注温度/℃绝热温升/℃浇筑间隔期/d内部最高温度/℃最小安全系数1顺浇法28521471.81.222顺浇法26501068.51.413跳仓法28521471.61.11顺浇法跳仓法技术创新(五):首次在内河沉管中采用浮式整平船高精度先铺碎石基础Ø沉管基础方案：l基于地基条件好、回淤影响小、工期控制严，采用工艺简单、可检可靠性好的垄沟状先铺卵石垫层基础，下设调平层；Ø抛石整平装备：l基于良好的区域水文条件，采用自主研发浮式整平船；l双侧固定桩，抛石管GPS测斜定位，整平头声呐监测，配合智能综合控制系统，控制整平精度满足±40mm。技术创新(六):首次采用防冲保护与减载结合应对冲淤急变河床Ø河床防冲保护Ø减载回填l沉管上下游共计250米范围进行防冲防护，软体排+上部1米厚压载大块石+两端格宾石笼网；250米l大回淤及岸堤段的沉管正上方范围内采用LC15~20轻骨料砼减载回