八年攻坚克难 深中通道正式通车：上海隧道设计院参与设计
转自：上观新闻
【信源】上海市隧道工程轨道交通设计研究院
【编辑】吴侃俊、范范
6月30日，由上海市隧道工程轨道交通设计研究院参与设计的国家重大工程——深中通道正式开通，深圳至中山跨江通道项目(以下简称“深中通道”)是国家“十三五”重大工程，作为珠三角“深莞惠”与“珠中江”两大城市群之间唯一公路直连通道，是广东自由贸易试验区、粤港澳大湾区之间的交通纽带。深中通道北距虎门大桥约30km，南距港珠澳大桥约38km。项目采用东隧西桥方案，路线起自广深沿江高速机场互通立交，通过广深沿江高速二期东接机荷高速，向西跨越珠江口，在中山市马鞍岛登陆，与中开高速对接。
图1 深中通道地理位置示意图
该项目全长约24km，含6.845km特长海底钢壳混凝土沉管隧道、主跨1666m深中大桥、主跨580m中山大桥、长约13km非通航孔桥，全线设东西2处人工岛，深圳机场枢纽、万顷沙和横门枢纽3处互通立交，1处综合管理处和1处养护救援区。采用设计速度100km/h、双向8车道高速公路标准。
图2 深中通道工程示意图
深中通道项目于2016年12月先行西人工岛开工建设，2017年12月东人工岛开工，2018年3月桥梁开工，2018年8月沉管隧道开工；2024年6月30日项目建成通车。
2015年10月，隧道设计院参加深中通道项目方案设计国际竞赛，推荐采用的钢壳混凝土隧道方案获隧道方案第一名；2016年4月，隧道设计院与中交公路规划设计院有限公司、中交水运规划设计院有限公司组成联合体，顺利中标设计A合同段。
深中通道海底沉管隧道存在超宽和变宽截面管节、管节埋深深、断面跨度大等特点，结构自身难度挑战大；工程所在区域航线密集、航道等级高，隧道穿越地层软弱不均且岩面起伏较大，工程建设环境条件复杂；这些问题均给隧道的设计和施工带来了极大的挑战。隧道设计院设计团队以项目总建设目标为宗旨，秉承“崇尚科技、开拓进取、精心设计、永创一流”的企业精神，自2016年4月23日起驻扎中山现场，经初步设计、施工图设计、施工图联合设计、施工现场配合全程服务于项目建设，励精图治，为项目建设提供了有力保障，为“交通强国”建设贡献了上海隧道院的智慧。
在深中通道设计项目组的不懈努力下，针对管节埋深深、断面跨度大的技术难题，项目组以满足交通功能、运维需求、优化结构受力为原则，进行了建筑限界和管节横断面的优化设计。经过优化，不仅降低了工程建设难度，还节约了工程造价，显著提升了工程的经济效益。
图3 深中通道沉管隧道内景
设计项目组创新性地提出海域沉管段采用钢壳混凝土组合结构形式，这一举措有效避免了传统钢筋混凝土管节在断面超宽、变宽情况下可能出现的施工控裂、自重过大、疏浚量大、预制场选址困难等一系列问题。这不仅是世界首条大规模采用钢壳混凝土组合结构的沉管法隧道，也是国内首次应用此类技术的工程实践。
图4 钢壳混凝土管节制作、驳运、混凝土浇筑、
浮运、安装施工流程
为了深入研究钢壳混凝土组合结构的受力机理和设计方法，设计项目组积极联合相关研究机构，开展了一系列专题研究。这些研究成果不仅荣获中国公路学会科学技术奖特等奖，还参与编写了钢壳混凝土沉管隧道结构设计指南和标准，为类似结构的设计提供了理论与方法，填补了国内在这一领域的空白。
在抗震专题研究方面，项目组建立了钢壳混凝土沉管隧道结构与土体动力相互作用的局部三维精细化有限元模型，深入分析了沉管隧道结构及接头在不同地震动输入条件下的动力响应规律。通过这些研究，项目组探明了沉管隧道结构在动力参数变化段的抗震性能与合理性设计，提出了有效的沉管隧道减震方法及合理的抗震构造装置，形成了钢壳混凝土沉管隧道减震控制技术。
图6 整体模型图、设防地震作用下管节位移包络图和管节接头张压时程曲线
此外，设计项目组在不影响机场互通立交衔接方案的前提下，提出在靠深圳侧海域中设临时围堰，实施变宽、分叉堰筑隧道施工，有效化解了曲线、变宽沉管隧道施工难题。
图7 东岛堰筑段隧道平面位置示意图
在滨海相淤泥质软弱土层中，项目组通过设双排钢板桩围堰形成陆域条件，陆域标高比海平面低5至7.5米，基坑开挖最深达海平面下23米、最宽达73米堰筑段隧道的实施，为今后在海域复杂环境条件下采用围堰修筑堰筑隧道提供了宝贵的参考和借鉴。
图8 堰筑段围堰、陆域形成、基坑开挖施工流程
根据工程进展动态分析关键线路和评估，设计项目组提出在堰筑段围堰西端增设一道子围堰，通过采用双排锁扣钢管桩结合扶壁挡墙与原双排钢板桩围堰和隧道围护结构衔接，将堰筑段隧道与管节沉放由原顺序作业调整为平行作业，为尽早实现深圳侧E32管节沉放安装创造了条件。
图9 子围堰东侧堰筑段隧道基坑开挖
图10 子围堰西侧E32管节沉放安装
东人工岛主线隧道需下穿既有广深沿江高速，基坑宽约46米，挖深约15.5米，围护结构距桥墩承台最近处仅约1.0米。针对隧址在原海域淤泥层上筑岛回填的复杂地层条件，设计项目组提出将隧道围护结构与筑岛期间桥墩保护结构巧妙结合，采用锁扣钢管桩、套打钻孔桩、旋喷桩桩间止水、支撑伺服系统并辅以适当的地基加固，基坑开挖期间桥墩变形仅1.8毫米，远小于运管单位提出5毫米水平位移限值的苛刻要求；主线隧道下穿基坑的成功实施，为东人工岛岛上段隧道全力开展主体结构建设提供了有力保障。
图11 东人工岛及岛上段隧道施工阶段鸟瞰
图 12 下穿广深沿江高速隧道基坑开挖
图13 东人工岛及岛上隧道鸟瞰图
西人工岛岛上段主线隧道东接沉管隧道段、西接桥梁段，是隧道与桥梁过渡的重要枢纽。设计中通过采用PHC桩结合钻孔桩复合地基形式控制差异沉降，实现地基纵向刚度的协调过渡；通过在隧道顶板上方设置转换梁形式，实现隧道与岛上建筑合建与集约化设计。
图14 西人工岛及岛上隧道施工阶段鸟瞰图
图15 西人工岛及岛上隧道鸟瞰图
根据S09标世界首艘运安一体装备和S08标超宽、变宽、曲线管节拖航沉放驳安装两个标段不同浮运安装工艺，设计项目组针对钢壳混凝土结构特点进行管节舾装件一体化设计，并经受了波浪、强对流、大径流等恶劣气象条件的考验，为管节顺利浮运安装“保驾护航”；“一种钢壳混凝土沉管隧道吊点结构连接构造及其施工方法”和“一种钢壳混凝土沉管隧道舾装件连接构造及其施工方法”获国家发明专利授权。
图16 S09标运安一体船船管连接
图17 S08标曲线、变宽管节舾装
东西人工岛、岛上段隧道及房建具有多专业、多接口的特点，在BIM工作中，设计项目组牵头高精度三维建模和专业协同应用，进行设计方案优化，通过在跨海工程复杂结构设计中精准测量和仿真模拟，预先识别和解决潜在设计偏差和施工冲突问题。
图18 西人工岛及岛上段隧道和房建BIM协同、动态设计
图19 东人工岛及岛上段隧道和房建BIM协同、动态设计
深中通道是国内继港珠澳大桥后又一条世界级“桥、岛、隧、地下互通”的集群工程。根据工程建设条件、建设规模和特点，设计中创造性地提出了沉管管节采用钢壳混凝土组合结构的方案，这是世界首条大规模、国内首次采用钢壳混凝土组合结构的沉管法隧道，这也标志着中国将沉管隧道建设技术提升到了一个新的高度。
项目的通车运营对完善国家高速公路网络和珠三角地区综合交通运输体系，推进珠江两岸产业互联互通以及各类要素高效配置，加快推动粤港澳大湾区城市群融合发展具有重要的战略意义。
