洲头咀越江工程总体设计

洲头咀越江工程总体设计

0双段过江通道—前言周头拱越江工程是通过桥桥设计的竞争，结合规划和区域城市景观的要求，确定了越江隧道的类型。工程位于广州市西南部地区,三江交界处的白鹅潭南端约800m处的珠江后航道上,位于珠江隧道和鹤洞大桥之间,是联系海珠区与荔湾区芳村的又一条过江通道。上游距珠江隧道约1.4km,下游距鹤洞大桥约2.2km。工程起点为荔湾区芳村的花地大道-花蕾路交点,往东沿线与芳村大道相交后穿越珠江,与海珠区内环路洪德路立交通过匝道相接,并穿越洪德路与规划T13路相接,止点为T13路与宝岗路交点,全长3253.034m。其中珠江中340m长为沉管段。工程地理位置见图1。1施工条件1.1“海运端”互通工程范围区域环境比较复杂。芳村端隧址北面有一家大型金珠江化学有限公司,周边分布有较多重要建筑、文物保护单位(德国教堂)及挂牌古树,周边道路狭窄。海珠端隧址范围主要是密集的居民楼,多为1～3层,楼房年代久远。在洪德路以东T13规划路上,沿线分布有几栋7～30层建筑物,其它为低层密集居民楼,街道狭长,为古石板路,有多处菜市场。海珠端立交范围内有一条海珠涌与珠江相连通。洪德路上布置有内环主线双向六车道高架桥和预留匝道。由于地处老城区,各类管线密集。1.2自然情况下河道整体以微淤为主,3工程所在珠江主航道(后航道)的冲淤演变受挖沙和航道浚深等人类活动的影响较大,但在自然情况下河道整体以微淤为主。在大洪水期间,上游水闸开闸分洪,对河道主槽有一定的冲刷。在设计频率洪水下,工程附近河段最大冲刷深度可达0.94m,基本稳定。1.3退潮时和坡向对潮期的破坏珠江在洲头咀隧址处南折,主受冲刷洲头咀一侧水深大于芳村一侧。潮汐变化一日两次,一个大潮,一个小潮,年平均涨潮历时均值5:12,年平均退潮历时均值7:33。水面宽约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。河水水质以HCO3-Ca·Na型为主,对混凝土无分解性侵蚀和结晶性侵蚀。1.4分级0t级拟建工程处河道稳定,冲淤基本平衡。通航等级为5000t级;通航净空为通航底宽120m,通航顶宽180m,维护水深-6m;通航水位3.79m(广州城建标高),上覆厚度≮2.0m。1.5层序地层及基岩根据区域地质资料,场区的稳定性主要受区域性广从断裂和广三断裂的控制。广三断裂在里程k1+890附近通过,现今活动性不大明显。根据钻探揭露,本场区主要有:第四系全新统人工填土层(Q4ml),全新统海陆交互相沉积层(Q4mc)、上更新统冲积层(Q3al),第四系残积层(Qel)以及白垩系上统(K2)基岩。地质分层为人工填土、沉积层(淤泥、淤泥质细砂)、冲积层(亚粘土、细砂)、残积层(可塑、硬塑亚粘土)、沉积岩(泥质粉砂岩、泥岩、砂砾岩)等。地下水埋深:混合稳定水位埋深一般为0.80～2.50m,个别钻孔的地下水对混凝土结构具分解类弱或中腐蚀性,其它地段对混凝土结构不具腐蚀性。1.6最大地震震级从地震活动时空分布来看,广州地区属于东南沿海地震带中部,具有“外带强,内带弱”的特征,有史以来记载的最大地震震级为4.75～5级,多属中小型有感地震,无大于6级的灾害性强震记载。根据《场区地震灾害评价报告》,场区的地震基本烈度为VII度。2地面(1)规划道路等级:城市一级主干路;(2)计算行车速度:主线50km/h,匝道30～40km/h;(3)主线车道数:双向六车道;(4)行车净高:≥5m;(5)汽车荷载等级:城-A级;(6)地震设防烈度:Ⅶ度;(7)隧道排水设计重现期:50a;(8)防水标准:沉管Ⅰ级,其它Ⅱ级;(9)工程使用年限:100a;(10)防火等级:甲级。3时间和时间本工程线路范围内涉及的拆迁量很大,会产生较大社会影响,时间长。为了节约投资和增加方案的可实施性,对线路走向进行了多方案研究,结合规划线位,共进行了三个线位的分析比较研究,布置见图2所示。3.1本线位cx推荐线位在海珠端往南偏离规划线位最大距离约70m,在芳村端往南偏离规划线位最大距离约160m。本线位的特点是避开化学工厂的主要生产设备及大部分办公楼房,使其不影响生产,且拆迁量相对较少。与现状花蕾路相接线形较顺,一方面有利于路网的交通组织,另一方面又有利于地块的使用,而且隧道在珠江段线形顺直,行车条件好,有利于施工。3.2重新安排工作岗位规划线位在芳村端从化学工厂中间通过,需对该厂生产设备进行拆除,工厂需搬迁,职工需要重新安排工作岗位,造成较大社会影响,同时沿线拆迁量很大。另外,规划线位在芳村端将邻近规划用地切成两个三角形,既不利于路网的交通组织,也不利于地块的有效使用。本线位的特点是线形较好,过珠江段顺直、易施工,但拆迁量太大使工程造价偏高,实施难度较大。3.3芳村端化学有限公司拆迁比较线位的特点是在海珠端偏离规划线位较少,与规划用地矛盾较小;在芳村端避开金珠江化学有限公司,拆迁量少。但由于在珠江段隧道段形成“S”型的反向曲线,行车条件稍差,增加了设计、施工难度(由于曲线沉管重心偏移导致浮运和沉放时控制难度增大)。3.4路路网衔接及投资从征地拆迁、施工难度、线形条件、土地利用、道路路网衔接及投资等方面通过对三个线位综合研究比较,确定推荐线位为实施方案,相对其它线位实施容易,两端路网连接合理,线形标准较高,投资合理。4隧道没有达到改造目的市(1)线路走向应符合广州市城市总体规划。(2)交通功能应满足区域路网交通流量预测要求,通行能力和服务水平平衡合理。(3)隧道横断面布置应满足建筑限界和市政管线布置要求。(4)隧道埋深必须满足航道通航要求。(5)隧道两岸结构布置应结合场地环境布置并与既有建(构)筑物衔接协调。(6)深入研究沿线建(构)筑物现况,选择合理可实施性线路方案。(7)满足环境保护和文物保护的要求。5一般配置5.1主要收支点交通功能定位现状的海珠区和荔湾区芳村地区之间的直接联系主要通过鹤洞大桥完成,且主要联系芳村地区的南部区域,间接联系可通过内环路系统经过六二三路从珠江隧道完成。由于珠江隧道交通现已基本饱和,为了加强海珠区与荔湾区芳村的联系,促进区域的经济发展,改善与南海的交通状况,增建一条过江通道非常必要。表1和表2是与工程有关主要干道的交通功能分析。表1和表2的分析表明,广州西部地区4条过江通道功能上既相互补充,又有侧重。适时推进广州市洲头咀隧道工程建设,符合广州市城市总体规划和完善广州市城市主骨架道路建设目标要求,并大大缓解西部地区交通紧张的局面。根据过江通道断面远景年交通流量预测结果,隧道工程主线确定为双向六车道,通行能力和服务水平基本合理,能够满足交通流量需求。根据节点交通流量预测及路网结构特点,两端立交节点功能定位如下:芳村端立交采用分离式立交,主要解决洲头咀隧道主线及芳村大道主线直行交通,设置专门右进、右出匝道加强主隧道与芳村大道地面的交通联系,交叉口地面其它交通通过灯控解决。交叉口范围行人过街设施通过天桥形式解决。海珠端立交采用半互通式立交,设置两个专用匝道连接隧道主线及内环路预留匝道,并设置一条内环北往西右转匝道接隧道主线;采用右进右出两个地面匝道与洪德路相接,隧道主线通过下穿或上跨洪德路与T13路相接,交叉口范围行人过街设施近期采用斑马线,远期采用天桥形式解决。5.2节点西北、东北及北北方立交布置难点根据立交节点功能定位及场地建设条件,进行了多方案比较研究。由于节点西北、东北及东南象限布置有较多房屋建筑,拆迁难度、费用及社会影响均不利,限制了立交布置的方式。综合各方面的影响因素,共进行了三个方案的综合比较分析,最后确定方案一为实施方案,具体如表3。5.3芳村拓展道路设计根据立交功能定位,立交总体布置采用分离式立交形式,使洲头咀隧道主线及芳村大道主线车辆各行其道。芳村大道主线双向六车道上跨,隧道主线双向四车道下穿,设置两条右进、右出匝道与芳村大道联系;交叉口平面布置红绿灯,但相位设计时重点考虑北向东的交通。主线隧道两侧各设置一条辅道供荔湾区芳村建设局等周边单位使用。交叉口范围行人过街设施近期采用斑马线,远期采用天桥或人行通道形式。5.4面布的布置本工程平面设计考虑了规划线位和芳村端、海珠端现状接口道路及沿线建筑物情况,并遵照设计规范对平面线形的要求。平面布置图如图3。工程分段情况为:芳村端一K0+760～K0+960为隧道敞开段,K0+960～K1+420为岸上段暗埋段,K1+420～K1+760为沉管段,K1+760～K2+472为岸上暗埋段,K2+472～K2+696为隧道敞开段,B～E匝道为主线(A线)隧道与地面道路的进出连接通道,F～H匝道为隧道与内环路连接匝道。5.5从交通角度保证方案本工程纵断面设计考虑了防洪标高(7.8m)、芳村端和海珠端现状道路标高及两侧建筑物地台标高、最小排水纵坡0.3%,并遵照设计规范对纵断面线形的要求。为了避免大的填挖,纵坡采用0.3%,以满足最小排水坡度要求。主线纵坡采用4.6%。为了提高主线隧道的通行能力,减少交通阻塞,四条与主隧道相接的匝道隧道均采取汇入一条车道,分流两条车道,以保持主通道的畅通,提高运行效果。同时与内环汇入相接向南的高架匝道采用两车道平行连接形式,提高同行能力,减少对主隧道的交通压力。由于两端立交距珠江堤岸较近,与其相接的内环预留匝道较高,为了保持较高的行车条件,同时满足接线加减速和渐变段标准要求,江中沉管段采用了变截面管段。5.6横向配置(1)检修道宽度0.65m暗埋段:0.35m(侧缘石)+7m(单车道宽度)+0.85m(检修道宽度)=8.2m;敞开段:0.35m(侧缘石)+7m(单车道宽度)+0.35m(侧缘石)=7.7m;(2)隧道的两个宽位置配置包括开口段0.35m(侧缘石)+8.5m(二车道宽度)+0.85m(检修道宽度)=9.7m;(3)检修道宽度不同0.35m(侧缘石)+12m(三车道宽度)+0.85m(检修道宽度)=13.2m;隧道横断面布置中侧缘石、检修道宽度均包含建筑装饰、施工误差等影响。江中沉管隧道段断面布置见图4所示。6江段施工法研究6.1工法方案比选过江隧道施工方法主要有明挖围堰法、暗挖矿山法、沉管法及盾构法。由于明挖通航不满足和对环境影响很大,不适合,暗挖矿山法水下施工难度较大、埋深满足不了两岸接线要求,不适合。主要对有一定适应性的沉管法及盾构法进行了较详细的比较论证。根据工程场地的各种建设条件,如城市规划、水深、水上交通、沿线建(构)筑物、工程地质、水文地质、两端接线、环境保护等,表4对这两种施工方法进行了全方位比较分析。由于洲头咀隧道根据交通流量两端须与地面道路及海珠端内环高架桥预留匝道相连,接线长度有限,决定了隧道越江段施工工法的选择。通过分析比较最终选择了沉管隧道形式。6.2浮生长半潜驳船管段预制场地有“干坞”和“浮坞”两类。干坞是一个临时管段预制场地,用以预制钢筋混凝土沉管管段。干坞的位置、大小和结构形式对造价、工期和附近环境及航道的影响很大。浮坞通常是半潜驳船,可超过百米长,载重超过万吨,还备有压载水舱,能半潜下水的水上工作平台,可作为沉管预制场地。根据隧道场址周边情况,可行的管段预制场地有以下5个方案,其中干坞选址方案4个,浮坞预制方案1个,各方案综合比较如表5。结合周围土地使用条件,工程投资、工期及环境影响等综合因素,选择了固定干坞形式,并通过进一步的比较研究,最终确定芳村端轴线中型干坞方案。7工程结构和技术特点7.1隧道工程施工本工程为广州市大型重点工程,包含的工程结构有沉管隧道(越江段)、岸上段隧道、护岸工程、干坞工程、基坑支护工程和桥梁工程等。涉及的结构类型多,技术复杂,施工难度大等特点。7.2技术特点工程地处繁华闹市区,受建设条件的限制,导致了本工程技术难度大,具有如下技术特点和难点。(1)变截面管段根据隧道整体工程布置及考虑现场环境的限制,隧道沉管段中的第一节(连接海珠区)及最后一节(连接荔湾区芳村)均为两段截面大小不同的变截面管段。异型段平面如图5。由于管节的不规则,导致管节制作、浮运、沉放及对接等都存在较大的难度和风险。(2)构筑物整理本工程隧道岸上段及干坞深基坑支护规模大,周边建(构)筑物密集;地下管线很多,与地铁8号线区间相交,同时需在内环线高架桥桥墩基础边施工基坑,基坑位移控制及对周边建(构)筑物的影响非常重要。(3)桥梁施工海珠端立交由于接线条件限制,大跨度小半径匝道较多,与内环路相连需改造预留匝道结构,提高通车标准,结构复杂,难度大。(4)砂岩层爆破方式确定由于沉管施工水下基槽开挖处于强中风化以上砂岩层,需采取爆破方式开挖