洲頭咀越江工程總體設(shè)計(jì)

洲頭咀越江工程總體設(shè)計(jì)

0雙段過(guò)江通道—前言周頭拱越江工程是通過(guò)橋橋設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)合規(guī)劃和區(qū)域城市景觀的要求，確定了越江隧道的類型。工程位于廣州市西南部地區(qū),三江交界處的白鵝潭南端約800m處的珠江后航道上,位于珠江隧道和鶴洞大橋之間,是聯(lián)系海珠區(qū)與荔灣區(qū)芳村的又一條過(guò)江通道。上游距珠江隧道約1.4km,下游距鶴洞大橋約2.2km。工程起點(diǎn)為荔灣區(qū)芳村的花地大道-花蕾路交點(diǎn),往東沿線與芳村大道相交后穿越珠江,與海珠區(qū)內(nèi)環(huán)路洪德路立交通過(guò)匝道相接,并穿越洪德路與規(guī)劃T13路相接,止點(diǎn)為T13路與寶崗路交點(diǎn),全長(zhǎng)3253.034m。其中珠江中340m長(zhǎng)為沉管段。工程地理位置見(jiàn)圖1。1施工條件1.1“海運(yùn)端”互通工程范圍區(qū)域環(huán)境比較復(fù)雜。芳村端隧址北面有一家大型金珠江化學(xué)有限公司,周邊分布有較多重要建筑、文物保護(hù)單位(德國(guó)教堂)及掛牌古樹(shù),周邊道路狹窄。海珠端隧址范圍主要是密集的居民樓,多為1～3層,樓房年代久遠(yuǎn)。在洪德路以東T13規(guī)劃路上,沿線分布有幾棟7～30層建筑物,其它為低層密集居民樓,街道狹長(zhǎng),為古石板路,有多處菜市場(chǎng)。海珠端立交范圍內(nèi)有一條海珠涌與珠江相連通。洪德路上布置有內(nèi)環(huán)主線雙向六車道高架橋和預(yù)留匝道。由于地處老城區(qū),各類管線密集。1.2自然情況下河道整體以微淤為主,3工程所在珠江主航道(后航道)的沖淤演變受挖沙和航道浚深等人類活動(dòng)的影響較大,但在自然情況下河道整體以微淤為主。在大洪水期間,上游水閘開(kāi)閘分洪,對(duì)河道主槽有一定的沖刷。在設(shè)計(jì)頻率洪水下,工程附近河段最大沖刷深度可達(dá)0.94m,基本穩(wěn)定。1.3退潮時(shí)和坡向?qū)Τ逼诘钠茐闹榻谥揞^咀隧址處南折,主受沖刷洲頭咀一側(cè)水深大于芳村一側(cè)。潮汐變化一日兩次,一個(gè)大潮,一個(gè)小潮,年平均漲潮歷時(shí)均值5:12,年平均退潮歷時(shí)均值7:33。水面寬約365m,流向由北向西拐向南流,水深平水期一般5.5～12.9m,潮期水深可增高0.91～1.62m,1%水位7.72m,最高水位7.68m,平均低潮水位4.41m;大潮平均流速44～47cm/s,小潮平均流速39～42cm/s。河水水質(zhì)以HCO3-Ca·Na型為主,對(duì)混凝土無(wú)分解性侵蝕和結(jié)晶性侵蝕。1.4分級(jí)0t級(jí)擬建工程處河道穩(wěn)定,沖淤基本平衡。通航等級(jí)為5000t級(jí);通航凈空為通航底寬120m,通航頂寬180m,維護(hù)水深-6m;通航水位3.79m(廣州城建標(biāo)高),上覆厚度≮2.0m。1.5層序地層及基巖根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,場(chǎng)區(qū)的穩(wěn)定性主要受區(qū)域性廣從斷裂和廣三斷裂的控制。廣三斷裂在里程k1+890附近通過(guò),現(xiàn)今活動(dòng)性不大明顯。根據(jù)鉆探揭露,本場(chǎng)區(qū)主要有:第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml),全新統(tǒng)海陸交互相沉積層(Q4mc)、上更新統(tǒng)沖積層(Q3al),第四系殘積層(Qel)以及白堊系上統(tǒng)(K2)基巖。地質(zhì)分層為人工填土、沉積層(淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂)、沖積層(亞粘土、細(xì)砂)、殘積層(可塑、硬塑亞粘土)、沉積巖(泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂礫巖)等。地下水埋深:混合穩(wěn)定水位埋深一般為0.80～2.50m,個(gè)別鉆孔的地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具分解類弱或中腐蝕性,其它地段對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性。1.6最大地震震級(jí)從地震活動(dòng)時(shí)空分布來(lái)看,廣州地區(qū)屬于東南沿海地震帶中部,具有“外帶強(qiáng),內(nèi)帶弱”的特征,有史以來(lái)記載的最大地震震級(jí)為4.75～5級(jí),多屬中小型有感地震,無(wú)大于6級(jí)的災(zāi)害性強(qiáng)震記載。根據(jù)《場(chǎng)區(qū)地震災(zāi)害評(píng)價(jià)報(bào)告》,場(chǎng)區(qū)的地震基本烈度為VII度。2地面(1)規(guī)劃道路等級(jí):城市一級(jí)主干路;(2)計(jì)算行車速度:主線50km/h,匝道30～40km/h;(3)主線車道數(shù):雙向六車道;(4)行車凈高:≥5m;(5)汽車荷載等級(jí):城-A級(jí);(6)地震設(shè)防烈度:Ⅶ度;(7)隧道排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期:50a;(8)防水標(biāo)準(zhǔn):沉管Ⅰ級(jí),其它Ⅱ級(jí);(9)工程使用年限:100a;(10)防火等級(jí):甲級(jí)。3時(shí)間和時(shí)間本工程線路范圍內(nèi)涉及的拆遷量很大,會(huì)產(chǎn)生較大社會(huì)影響,時(shí)間長(zhǎng)。為了節(jié)約投資和增加方案的可實(shí)施性,對(duì)線路走向進(jìn)行了多方案研究,結(jié)合規(guī)劃線位,共進(jìn)行了三個(gè)線位的分析比較研究,布置見(jiàn)圖2所示。3.1本線位cx推薦線位在海珠端往南偏離規(guī)劃線位最大距離約70m,在芳村端往南偏離規(guī)劃線位最大距離約160m。本線位的特點(diǎn)是避開(kāi)化學(xué)工廠的主要生產(chǎn)設(shè)備及大部分辦公樓房,使其不影響生產(chǎn),且拆遷量相對(duì)較少。與現(xiàn)狀花蕾路相接線形較順,一方面有利于路網(wǎng)的交通組織,另一方面又有利于地塊的使用,而且隧道在珠江段線形順直,行車條件好,有利于施工。3.2重新安排工作崗位規(guī)劃線位在芳村端從化學(xué)工廠中間通過(guò),需對(duì)該廠生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行拆除,工廠需搬遷,職工需要重新安排工作崗位,造成較大社會(huì)影響,同時(shí)沿線拆遷量很大。另外,規(guī)劃線位在芳村端將鄰近規(guī)劃用地切成兩個(gè)三角形,既不利于路網(wǎng)的交通組織,也不利于地塊的有效使用。本線位的特點(diǎn)是線形較好,過(guò)珠江段順直、易施工,但拆遷量太大使工程造價(jià)偏高,實(shí)施難度較大。3.3芳村端化學(xué)有限公司拆遷比較線位的特點(diǎn)是在海珠端偏離規(guī)劃線位較少,與規(guī)劃用地矛盾較小;在芳村端避開(kāi)金珠江化學(xué)有限公司,拆遷量少。但由于在珠江段隧道段形成“S”型的反向曲線,行車條件稍差,增加了設(shè)計(jì)、施工難度(由于曲線沉管重心偏移導(dǎo)致浮運(yùn)和沉放時(shí)控制難度增大)。3.4路路網(wǎng)銜接及投資從征地拆遷、施工難度、線形條件、土地利用、道路路網(wǎng)銜接及投資等方面通過(guò)對(duì)三個(gè)線位綜合研究比較,確定推薦線位為實(shí)施方案,相對(duì)其它線位實(shí)施容易,兩端路網(wǎng)連接合理,線形標(biāo)準(zhǔn)較高,投資合理。4隧道沒(méi)有達(dá)到改造目的市(1)線路走向應(yīng)符合廣州市城市總體規(guī)劃。(2)交通功能應(yīng)滿足區(qū)域路網(wǎng)交通流量預(yù)測(cè)要求,通行能力和服務(wù)水平平衡合理。(3)隧道橫斷面布置應(yīng)滿足建筑限界和市政管線布置要求。(4)隧道埋深必須滿足航道通航要求。(5)隧道兩岸結(jié)構(gòu)布置應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地環(huán)境布置并與既有建(構(gòu))筑物銜接協(xié)調(diào)。(6)深入研究沿線建(構(gòu))筑物現(xiàn)況,選擇合理可實(shí)施性線路方案。(7)滿足環(huán)境保護(hù)和文物保護(hù)的要求。5一般配置5.1主要收支點(diǎn)交通功能定位現(xiàn)狀的海珠區(qū)和荔灣區(qū)芳村地區(qū)之間的直接聯(lián)系主要通過(guò)鶴洞大橋完成,且主要聯(lián)系芳村地區(qū)的南部區(qū)域,間接聯(lián)系可通過(guò)內(nèi)環(huán)路系統(tǒng)經(jīng)過(guò)六二三路從珠江隧道完成。由于珠江隧道交通現(xiàn)已基本飽和,為了加強(qiáng)海珠區(qū)與荔灣區(qū)芳村的聯(lián)系,促進(jìn)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,改善與南海的交通狀況,增建一條過(guò)江通道非常必要。表1和表2是與工程有關(guān)主要干道的交通功能分析。表1和表2的分析表明,廣州西部地區(qū)4條過(guò)江通道功能上既相互補(bǔ)充,又有側(cè)重。適時(shí)推進(jìn)廣州市洲頭咀隧道工程建設(shè),符合廣州市城市總體規(guī)劃和完善廣州市城市主骨架道路建設(shè)目標(biāo)要求,并大大緩解西部地區(qū)交通緊張的局面。根據(jù)過(guò)江通道斷面遠(yuǎn)景年交通流量預(yù)測(cè)結(jié)果,隧道工程主線確定為雙向六車道,通行能力和服務(wù)水平基本合理,能夠滿足交通流量需求。根據(jù)節(jié)點(diǎn)交通流量預(yù)測(cè)及路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),兩端立交節(jié)點(diǎn)功能定位如下:芳村端立交采用分離式立交,主要解決洲頭咀隧道主線及芳村大道主線直行交通,設(shè)置專門右進(jìn)、右出匝道加強(qiáng)主隧道與芳村大道地面的交通聯(lián)系,交叉口地面其它交通通過(guò)燈控解決。交叉口范圍行人過(guò)街設(shè)施通過(guò)天橋形式解決。海珠端立交采用半互通式立交,設(shè)置兩個(gè)專用匝道連接隧道主線及內(nèi)環(huán)路預(yù)留匝道,并設(shè)置一條內(nèi)環(huán)北往西右轉(zhuǎn)匝道接隧道主線;采用右進(jìn)右出兩個(gè)地面匝道與洪德路相接,隧道主線通過(guò)下穿或上跨洪德路與T13路相接,交叉口范圍行人過(guò)街設(shè)施近期采用斑馬線,遠(yuǎn)期采用天橋形式解決。5.2節(jié)點(diǎn)西北、東北及北北方立交布置難點(diǎn)根據(jù)立交節(jié)點(diǎn)功能定位及場(chǎng)地建設(shè)條件,進(jìn)行了多方案比較研究。由于節(jié)點(diǎn)西北、東北及東南象限布置有較多房屋建筑,拆遷難度、費(fèi)用及社會(huì)影響均不利,限制了立交布置的方式。綜合各方面的影響因素,共進(jìn)行了三個(gè)方案的綜合比較分析,最后確定方案一為實(shí)施方案,具體如表3。5.3芳村拓展道路設(shè)計(jì)根據(jù)立交功能定位,立交總體布置采用分離式立交形式,使洲頭咀隧道主線及芳村大道主線車輛各行其道。芳村大道主線雙向六車道上跨,隧道主線雙向四車道下穿,設(shè)置兩條右進(jìn)、右出匝道與芳村大道聯(lián)系;交叉口平面布置紅綠燈,但相位設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮北向東的交通。主線隧道兩側(cè)各設(shè)置一條輔道供荔灣區(qū)芳村建設(shè)局等周邊單位使用。交叉口范圍行人過(guò)街設(shè)施近期采用斑馬線,遠(yuǎn)期采用天橋或人行通道形式。5.4面布的布置本工程平面設(shè)計(jì)考慮了規(guī)劃線位和芳村端、海珠端現(xiàn)狀接口道路及沿線建筑物情況,并遵照設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)平面線形的要求。平面布置圖如圖3。工程分段情況為:芳村端一K0+760～K0+960為隧道敞開(kāi)段,K0+960～K1+420為岸上段暗埋段,K1+420～K1+760為沉管段,K1+760～K2+472為岸上暗埋段,K2+472～K2+696為隧道敞開(kāi)段,B～E匝道為主線(A線)隧道與地面道路的進(jìn)出連接通道,F～H匝道為隧道與內(nèi)環(huán)路連接匝道。5.5從交通角度保證方案本工程縱斷面設(shè)計(jì)考慮了防洪標(biāo)高(7.8m)、芳村端和海珠端現(xiàn)狀道路標(biāo)高及兩側(cè)建筑物地臺(tái)標(biāo)高、最小排水縱坡0.3%,并遵照設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)縱斷面線形的要求。為了避免大的填挖,縱坡采用0.3%,以滿足最小排水坡度要求。主線縱坡采用4.6%。為了提高主線隧道的通行能力,減少交通阻塞,四條與主隧道相接的匝道隧道均采取匯入一條車道,分流兩條車道,以保持主通道的暢通,提高運(yùn)行效果。同時(shí)與內(nèi)環(huán)匯入相接向南的高架匝道采用兩車道平行連接形式,提高同行能力,減少對(duì)主隧道的交通壓力。由于兩端立交距珠江堤岸較近,與其相接的內(nèi)環(huán)預(yù)留匝道較高,為了保持較高的行車條件,同時(shí)滿足接線加減速和漸變段標(biāo)準(zhǔn)要求,江中沉管段采用了變截面管段。5.6橫向配置(1)檢修道寬度0.65m暗埋段:0.35m(側(cè)緣石)+7m(單車道寬度)+0.85m(檢修道寬度)=8.2m;敞開(kāi)段:0.35m(側(cè)緣石)+7m(單車道寬度)+0.35m(側(cè)緣石)=7.7m;(2)隧道的兩個(gè)寬位置配置包括開(kāi)口段0.35m(側(cè)緣石)+8.5m(二車道寬度)+0.85m(檢修道寬度)=9.7m;(3)檢修道寬度不同0.35m(側(cè)緣石)+12m(三車道寬度)+0.85m(檢修道寬度)=13.2m;隧道橫斷面布置中側(cè)緣石、檢修道寬度均包含建筑裝飾、施工誤差等影響。江中沉管隧道段斷面布置見(jiàn)圖4所示。6江段施工法研究6.1工法方案比選過(guò)江隧道施工方法主要有明挖圍堰法、暗挖礦山法、沉管法及盾構(gòu)法。由于明挖通航不滿足和對(duì)環(huán)境影響很大,不適合,暗挖礦山法水下施工難度較大、埋深滿足不了兩岸接線要求,不適合。主要對(duì)有一定適應(yīng)性的沉管法及盾構(gòu)法進(jìn)行了較詳細(xì)的比較論證。根據(jù)工程場(chǎng)地的各種建設(shè)條件,如城市規(guī)劃、水深、水上交通、沿線建(構(gòu))筑物、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、兩端接線、環(huán)境保護(hù)等,表4對(duì)這兩種施工方法進(jìn)行了全方位比較分析。由于洲頭咀隧道根據(jù)交通流量?jī)啥隧毰c地面道路及海珠端內(nèi)環(huán)高架橋預(yù)留匝道相連,接線長(zhǎng)度有限,決定了隧道越江段施工工法的選擇。通過(guò)分析比較最終選擇了沉管隧道形式。6.2浮生長(zhǎng)半潛駁船管段預(yù)制場(chǎng)地有“干塢”和“浮塢”兩類。干塢是一個(gè)臨時(shí)管段預(yù)制場(chǎng)地,用以預(yù)制鋼筋混凝土沉管管段。干塢的位置、大小和結(jié)構(gòu)形式對(duì)造價(jià)、工期和附近環(huán)境及航道的影響很大。浮塢通常是半潛駁船,可超過(guò)百米長(zhǎng),載重超過(guò)萬(wàn)噸,還備有壓載水艙,能半潛下水的水上工作平臺(tái),可作為沉管預(yù)制場(chǎng)地。根據(jù)隧道場(chǎng)址周邊情況,可行的管段預(yù)制場(chǎng)地有以下5個(gè)方案,其中干塢選址方案4個(gè),浮塢預(yù)制方案1個(gè),各方案綜合比較如表5。結(jié)合周圍土地使用條件,工程投資、工期及環(huán)境影響等綜合因素,選擇了固定干塢形式,并通過(guò)進(jìn)一步的比較研究,最終確定芳村端軸線中型干塢方案。7工程結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)7.1隧道工程施工本工程為廣州市大型重點(diǎn)工程,包含的工程結(jié)構(gòu)有沉管隧道(越江段)、岸上段隧道、護(hù)岸工程、干塢工程、基坑支護(hù)工程和橋梁工程等。涉及的結(jié)構(gòu)類型多,技術(shù)復(fù)雜,施工難度大等特點(diǎn)。7.2技術(shù)特點(diǎn)工程地處繁華鬧市區(qū),受建設(shè)條件的限制,導(dǎo)致了本工程技術(shù)難度大,具有如下技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)。(1)變截面管段根據(jù)隧道整體工程布置及考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制,隧道沉管段中的第一節(jié)(連接海珠區(qū))及最后一節(jié)(連接荔灣區(qū)芳村)均為兩段截面大小不同的變截面管段。異型段平面如圖5。由于管節(jié)的不規(guī)則,導(dǎo)致管節(jié)制作、浮運(yùn)、沉放及對(duì)接等都存在較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。(2)構(gòu)筑物整理本工程隧道岸上段及干塢深基坑支護(hù)規(guī)模大,周邊建(構(gòu))筑物密集;地下管線很多,與地鐵8號(hào)線區(qū)間相交,同時(shí)需在內(nèi)環(huán)線高架橋橋墩基礎(chǔ)邊施工基坑,基坑位移控制及對(duì)周邊建(構(gòu))筑物的影響非常重要。(3)橋梁施工海珠端立交由于接線條件限制,大跨度小半徑匝道較多,與內(nèi)環(huán)路相連需改造預(yù)留匝道結(jié)構(gòu),提高通車標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難度大。(4)砂巖層爆破方式確定由于沉管施工水下基槽開(kāi)挖處于強(qiáng)中風(fēng)化以上砂巖層,需采取爆破方式開(kāi)挖