厦门东通道初步设计说明

初步设计说明1概述11项目概况厦门东通道是一项规模宏大的跨海工程，跨越海域总长约4200M，设双向六车道，跨海形式采用钻爆法暗挖隧道。东通道是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道，兼具公路和城市道路双重功能，目前，进出厦门岛的公路交通主要依靠厦门大桥和海沧大桥，交通已十分拥挤，从进一部完善厦门岛进出通道和区域路网布局，适应进出厦门岛交通需求，拓展厦门市发展空间，促进区域社会经济协调发展，优化产业布局等方面考虑，建设东通道是非常必要和迫切的，其社会和经济效益也是十分显著的。同时，采用钻爆法暗挖方案修建本工程，将是我国大陆第一座大断面的水底隧道，对我国隧道建设技术的进步和发展，缩小与世界先进水平的差距，将起到里程碑式的作用。12编制依据（1）交通部关于厦门东通道工程项目可行性研究报告的专家审查意见；（2）国家计委关于厦门东通道工程项目可行性研究报告的批复意见；（3）厦门东通道项目中标通知书；（4）中交第二公路勘察设计院与厦门市路桥建设投资总公司签定的厦门东通道勘察、设计合同；（5）厦门东通道海底隧道方案研讨会会议纪要；（6）本院测绘公司提供的东通道及两岸接线地形图（11000）；（7）东通道两岸引道接线地质勘察报告；（8）东通道海底地质初勘报告。13设计标准及采用技术规范131技术标准主洞计算行车速度80KM/H主洞隧道建筑限界净宽050250533750750251350M主洞隧道建筑限界净高50M服务隧道上方预留检修车辆兼逃生空间30M（宽）25M（高），下方设置供水自来管道预留空间26M（宽）215M（高）和22万伏特高压电缆预留空间30M（宽）215M（高）。132主要技术规范公路工程技术标准JTGB0012003公路工程抗震设计规范JTJ00489公路隧道设计规范JTJ02690锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001地下工程防水技术规范GB501082001混凝土结构设计规范GB5001020022自然地理概况21场区地形地貌工程场址位于厦门岛东北侧，地貌单元属闽东南沿海低山丘陵滨海平原区。场址区陆域为风化剥蚀型微丘地貌，海岸带为海蚀海岸及堆积海滩地貌；两岸地势开阔平坦，主要为残丘红土台地，丘顶高程2035M，丘体多呈椭圆体，坡度和缓。丘间洼地高程一般515M，沟、塘较多。海滨局部为全新世冲海积阶地，地面高程一般25M，略向海边倾斜。海岸带为海蚀海岸及堆积海滩地貌，岸线曲折，岸坡以土质陡坎为主，坎高720米，部分地段坎底基岩裸露。五通岸多为侵蚀海岸，海滩多礁石，西滨岸为堆积海岸，海滩宽阔，滩面被浮泥覆盖，被辟为海产养殖场。22水文与气象厦门海域为正规半日潮，历年来最高潮位453M，最低潮位330M，平均高潮位239M，平均低潮位153M，平均潮差392M，最大潮差692M，平均海平面032M（黄海高厦门东通道地理位置图厦门岛翔安区程）。潮流形式属往复型，涨潮时最大流速13节，流向3330；落潮时最大流速14节，流向137。场区陆域没有河流，大气降雨靠丘（岗）间沟谷排泄流入港湾或海中。区内小型水体较多，池塘遍布。厦门地区属亚热带海洋性气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季如春。年均气温208，极端最高气温384，极端最低气温20。每年28月为雨季，年均降雨量11435MM。主要风向为东北向，次为东南向，9月至次年4月为沿海大风季节，多为东北风，平均风力34级，最大89级。79月为台风季节，风力710级，最大可达12级，最大风速60M/S。3工程地质及水文地质31区域地质概况厦门地区所处大地构造单元为闽东中生代火山断拗带（二级构造单元）之闽东南沿海变质带（三级构造单元）。在此构造单元内，对隧址区地质构造具有控制意义的断裂构造为长乐诏安断裂带和九龙江断裂带。长乐诏安断裂带位于东南沿海丘陵地带，呈北东向平行海岸线展布，北起闽江口，经长乐、惠安、泉州、厦门、诏安，向南延伸至广东南澳、惠来入海，长约450KM。该断裂带由一系列近于平行、长短不一的断层组成，带宽3858KM。该断裂带上地震活动较弱，最新活动年代为晚更新世早期。九龙江断裂带分布于厦门、漳州和南靖等地，走向北西至东西，由二到三条次级断裂组合而成，长120KM以上。断裂形成于晚侏罗世，沿断裂片理化、糜棱岩化现象明显。在晚第四纪时期，该断裂某些地段有较强活动，扭断水系，断错上更新统。此外，沿断裂带也是地热异常带，发生过多次565级地震。本次海域地震反射勘探发现数条轴向测线均有三条强风化基岩深槽，呈北西及近南北向展布，F1走向北西276，F2走向北西3045，F3走向北西3455，经钻孔验证，强风化层深厚，部分岩芯可见密集的高角度裂隙及碎裂特征。32工程地质本工程场区地质、岩性相对单一，基岩为燕山期花岗闪长岩、花岗岩侵入体和喜山期岩脉，岩石坚硬、完整，断裂构造不发育，表层普遍分布厚度不均的第四系松散层，冲坡积层及风化残积层主要为两岸耕地，岸滩及海底分布为海积层，成分相对复杂，多数含有机质，不均匀分布于海底。各层具体工程地质特征描述如下1）第四系地层第四系地层以侵入岩残积土为主，其次为上更新统冲洪积、以白色基调为主的粘性土（当地称白土）和粘土质砂，少量全新世冲坡积或海积砂土、粘性土、淤泥等。侵入岩残积土水平方向较为均一，垂直方向则显示出不甚明显的分带现象，本区残积土一般可分为上、中、下三个带，即棕红色粘土带、棕红杂灰白花斑色亚粘土带、灰白色砂质或砾质粘性土带，此类土在丘顶处薄，丘体边缘较厚，厚度一般515米。上更新统白土主要分布于丘间洼地，层厚变化大，最厚处可达20米左右。全新统主要分布于海域及堆积潮滩地带，少量分布于丘间洼地表部。各类土体特征及分布情况如下填筑土（Q4ME）多为杂填土，局部为素填土，结构疏密不均，主要分布于五通岸人口居住区，厚度一般不超过3米，西滨岸仅以海堤、塘埂、路堤等形式出现。全新世海积淤泥或淤泥混砂（Q4M）灰色灰黑色，含贝壳碎片，土质均匀，粘性较强，流动流塑状；主要分布于港湾及沿海潮间带，陆域沟、塘中有少量分布。场区潮滩前缘地带此类土较厚，钻孔揭示最厚处达6M左右。全新世海积砂类土（Q4M）多呈灰色，局部呈浅黄色，多为中、粗砂，结构松散，成份以石英为主，分选性差，含泥质和贝壳碎片；主要分布于海岸边及浅海暗礁群内，厚度一般不超过5米。全新世亚粘土、淤泥质亚粘土及泥炭质土场区丘间洼地表部一般均有全新世冲洪积亚粘土（Q4ALPL），颜色以黄褐色居多，洼地边缘过渡为棕红色，软塑状为主，局部流塑或硬塑状，层厚一般小于2米；滨海低凹处常有湖沼相灰色淤泥质粘土（Q4L）或黑色泥炭质土（Q4F）分布其下，流塑软塑状，层厚一般不超过2米；同安岸引道段YSK7孔及YSK16孔揭示了此类地层，分布高程在2070米之间，泥炭层厚度一般小于1米，淤泥质粘土厚度小于2米，五通岸低洼处局部地段也可能有此类土分布。上更新世冲洪积粘性土及粘土质砂（Q3ALPL）此类土以白色为主基调，残丘边缘过渡为棕黄杂灰白色，以砂质粘性土为主，某些深度可出现细腻的粘土夹层，硬塑半干硬状，下部往往夹密实的粘土质中粗砂透镜体；该土层砂粒含量及粒径垂向变化大；海域中同安岸养殖场区CZK10、CZK11、ZTK13、ZTK15、ZTK16、ZTK17、ZTK18孔揭示的更新统冲洪积中粗砂局部含卵、砾石，最大粒径可达10CM左右，反映出山前古冲沟或古洼地的沉积特征。前者在场区丘间洼地均有所分布，揭示最大厚度近15米。同安岸揭示该类土顶界最高点为488米（ZSK5孔），五通岸YSK15孔于高程572米即揭露该类土。第四纪残积层（QEL）表部均为棕红色，往下过渡为棕红杂黄色、灰白色花斑状，以砂质粘土、亚粘土居多，硬塑半干硬状，广泛分布于残丘台地，厚度多为510米。（注本次勘察是以矿物风化程度及原岩结构是否可辨作为残积土与全风化层的划分标准，如仅以标准贯入击数小于30击/30CM为划分依据，则残积层厚度大于上述范围值）。2）基岩场区基岩以燕山早期第二次侵入的花岗闪长岩及中粗粒黑云母花岗岩为主，浅海区及五通岸为花岗闪长岩分布区，同安侧潮滩及其以北地带为黑云母花岗岩分布区。其内穿插二长岩、闪长玢岩、辉绿岩（玢岩）等岩脉，脉岩以辉绿岩最为多见，多沿本场区最为发育的近南北向及北北东向高角度裂隙侵入，脉宽一般不足1米，个别部位宽达1020米；除ZTK3、ZTK5、ZTK17钻孔揭示二长岩脉外，在五通侧潮滩后缘CZK4孔附近有所出露，总体呈北东东向展布，延伸不远，最宽处约10米，其内原生节理及密闭裂隙很发育；同安岸钻孔多处揭示了已风化为土状的细粒闪长岩，引道ZSK11及YSK12孔还揭示了闪长玢岩脉体。基岩按风化程度可分为全、强、弱、微四个风化带，各带特征如下全风化带（W4）全风化花岗闪长岩及黑云母花岗岩一般呈棕黄灰黄色，含灰白色及褐色斑点，岩体已呈砂质粘土或砂质亚粘土状；全风化辉绿岩为灰黄含黑褐色细纹，呈硬塑半干硬粘土状；全风化闪长岩为灰黄浅黄色，岩体呈硬塑粘土状；全风化闪长玢岩多为紫红含灰白斑点，呈硬塑半干硬粘土状。全风化带的厚度主要取决于其顶部受剥蚀程度，两岸普遍较厚，一般为1030M，海域变化很大，浅海区及五通岸潮滩区该风化带几乎被冲刷剥蚀殆尽，但构造破碎带内仍可达30米左右。强风化带（W3）花岗闪长岩及黑云母花岗岩强风化带呈棕黄灰黄色，从上至下一般由砾质粘性土泥质砂砾石土酥脆岩体过渡，中下部常有大小不等的弱微风化球状残余体，辉绿岩、闪长岩、闪长玢岩等脉岩强风化带为棕黄色，呈坚硬土极软岩状，风化差异不及前两者明显。强风化带顶界高程一般低于10米，厚度一般小于15米，构造破碎带内可达30米以上；在个别风化深槽内，其底界可深至100米以下。（注以标准贯入击数是否达到50击/30CM作为划分全、强风化带的标准）弱风化带（W2）该风化带的主要特征是岩体被较多风化裂隙切割，风化裂隙一般追踪构造裂隙或原生节理发育，部分追踪低倾角裂隙，裂隙两侧数毫米数厘米范围内的矿物风化成黄色，部分裂隙内充填物或胶结物已风化为泥，岩块大部仍保持原岩特征，仅边缘带变软。该风化带为强风化与微风化的过渡带，厚度一般不超过5米，局部追踪构造破碎带可达很深部位。微风化带（W1）花岗闪长岩及中粗粒黑云母花岗岩为灰白色，后者常见暗色包体；辉绿岩脉呈灰绿色，石英岩脉呈白色，二长岩脉呈淡黄色，闪长玢岩呈灰黑色，钻孔未揭示其他脉岩新鲜岩体，上述微风化岩石均属硬质岩类，岩脉多沿高角度构造裂隙侵入，两者界面多很规则，熔融现象不明显。微风化带顶界形态主要受构造控制，岩体完整地带其顶界较平缓，构造破碎或裂隙发育带则顶界变化很大。场区基岩微风化顶面多处于055米之间，少数风化深槽处低于70米。微风化岩破碎带（F1、F2、F3）颜色与原岩基本相同。多分布于风化槽轴线附近，岩体被三组以上构造裂隙切割，裂隙间距小于20CM，岩体被割成碎石状，岩质仍较硬，少数裂隙内存在碎屑物，一般呈高角度带状产出。风化岩体主要地质特征一览表纵波速度（M/S）风化带主要地质特征范围平均值全风化全部变色，为灰白色杂棕红色；岩石的组织结构完全破坏，呈土状或砂状；除石英颗粒外，其余矿物大部分风化蚀变为次生矿物；锤击有松软感，出现凹坑，岩心用手可捏碎。133018461722强风化大部分变色，为棕红色杂灰白色；只有局部岩块保持原色；岩石的组织结构大部分已破坏；沿裂隙面含次生夹泥；除石英外，长石，云母和铁镁矿物已风化蚀变；锤击哑声，岩石变酥，易碎，用镐撬可以挖动。191821711997弱风化岩石表面或裂隙面大部分变色，但断口仍保持新鲜岩石色泽；岩石原始组织结构清晰完整，呈块状，裂隙面风化剧烈；岩石矿物清晰；锤击声脆，开挖需用爆破。393844534100微风化岩石表面或裂隙面有轻微褪色；岩石组织结构无变化，保持原始完整结构，呈块状；岩石矿物清晰；锤击发音清脆，开挖需用爆破。50005758518033水文地质331地下水类型根据地下水含水层所处的位置不同，场区地下水可分为陆域地下水和海域地下水两大类陆域地下水主要指陆域范围内地层中的地下水，据其不同的赋存形式分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙、裂隙水、基岩裂隙水三种，其中松散岩类孔隙水赋存于第四系残积层中，风化基岩孔隙、裂隙水赋存于基岩全强风化层中，基岩裂隙水赋存于基岩的风化裂隙及构造裂隙中；陆域地层中无明显的含水层与隔水层（除可能存在的富水性好的基岩破碎带外），均为弱富水，渗透性较差，为弱或微含水层，受岩性的影响，各类型地下水均水量较贫乏；陆域地下水主要受大气降水的补给，就近向低洼地段排泄，总体上属于潜水，局部洼地（如YSK5号孔）因上覆土层中含大量高岭土的粘土相对隔水层，地下水具承压性。海域地下水主要指海域范围内地层中的地下水，据其不同的赋存形式分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙、裂隙水及基岩裂隙水三种，其中松散岩类孔隙水赋存于第四系全新统海积层中，风化基岩孔隙、裂隙水赋存于基岩全强风化层中，基岩裂隙水赋存于基岩的风化裂隙及构造裂隙中；海域地层中除海积的砂层及可能存在的富水性好的基岩破碎带外，无明显的含水层与隔水层，总体上富水性弱，渗透性较差，为弱或微含水层；海域地下水主要受海水的垂直入渗补给，受海水压力的影响，地下水具承压性。332地下水动态及补、迳、排条件陆域地下水松散岩类孔隙水地下水的动态受气候、地形的影响明显。地下水水位变化随降雨的频弱，变化剧烈，且有滞后现象。但随地形的变化，地下水水位变化更大，水位变幅一般在03340M。56月份水位最高，12月至翌年2月最低。大气降水是地下水的主要补给源，降水垂直入渗后，由高处向低洼处迳流，所以低洼处孔隙水除受大气降水的直接入渗补给外，还受侧向迳流的补给。局部受岩性影响略具承压性。松散岩类孔隙水除蒸发、人工抽取外，多排向沟溪、河流、入海，少部分入渗补给下部弱含水岩组。全强风化岩层孔隙、裂隙水与松散岩类孔隙水实为一层地下水，两者间并无明显隔水层存在，全强风化岩层孔隙、裂隙水直接受上部松散岩类孔隙水的下渗补给，然后又缓慢的下渗或侧向补给基岩裂隙含水岩组。基岩裂隙水除出露地表者可直接接受大气降水的入渗补给外，埋藏型均受其他类型地下水的入渗补给，其迳流严格受裂隙形态控制，呈层状或带状，有时互不连通，无统一水面。海域地下水其动态和补、迳、排条件，均较陆域简单，三种地下水类型之间，均无隔水层存在，可视为一个无限厚的弱含水层，因同位于海水之下，均受海水的直接垂直入渗补给，仅隐伏于下部的含水岩组接受上部含水岩组的入渗补给或越流补给。由于海水的压力无所不在，所以，各含水岩组的地下水均具承压性，仅岸滩带受潮汐涨落的影响略有变化，高潮时为承压水，低潮时为潜水。根据海域钻孔抽水试验之前的地下水静止水位与潮水位同步观测结果，海域地下水静止水位略低于潮水位，但受不同的海域范围内含水层渗透性差异的影响，海域地下水的水位变化与潮水位的涨落潮时间并不完全一致，当含水层的渗透性很小时，地下水水位变化滞后于潮水位，而当含水层的渗透性稍大时，地下水水位变化与潮水位基本同步（详见CZK7、CZK10号孔抽水试验综合成果图）。333地下水的侵蚀性本次勘察在陆地4个钻孔及海域2个钻孔中共抽取了8组地下水。依据公路工程地质勘察规范（JTJ06498）附录D的有关规定判定，海域地下水对混凝土具有弱分解类侵蚀、强结晶类腐蚀及强结晶分解复合类腐蚀。陆域地下水对混凝土具有中等分解类腐蚀。依据岩土工程勘察规范（GB500212001）1224、1225条判定，海域地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性；陆域地下水对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。陆地所取YSK4孔（五通岸）地下水偏酸性，可能是受地表水污水所致（本孔在厂房附近），另外，陆地其他3孔的水样水质分析结果亦与前期分析结果有所出入，后期勘察应注意验证。334岩土层渗透系数本场区在预可、工可均做过简易抽水试验，本次勘察分别在陆域2个钻孔及海域3个钻孔作了抽水试验，并在海域7个钻孔作了压水试验，各次抽（压）水试验取得的岩土渗透系数如下陆域抽水试验获得岩土渗透系数阶段孔号深度M地层渗透系数M/D预可ZK0465670弱微风化带0391工可GZK115403440全风化带008334303620强风化带003637504010弱微风化带002310801800全风化带0576GZK619404510弱风化带0063YSK40001625残积全风化带095初勘一期ZSK50001965090海域抽（压）水试验获得的岩土层渗透系数阶段孔号深度M地层渗透系数M/DZK331506120弱微风化带0231预可ZK438006700弱微风化带07615702050全风化带008420503300强弱风化带0036GZK322506010微风化带0011420810全风化带00318202400强风化带0095工可GZK426206030弱微风化带01071001870全风化带0028CZK728655000弱微风化带001210504600全强风化带0045CZK1049856270弱微风化带0115初勘CZK41504500弱微风化带0002海域压水试验获得的岩土层渗透系数阶段孔号深度M地层渗透系数M/D17402180全风化带0012CZK6压水11351795全风化带001322222662强风化带0045初勘CZK11压水31003545弱风化带00355301070全风化带001212101680全风化带001618302300全风化带001533703840强风化带006ZTK240004470弱风化带002310001470全风化带001215802050全风化带0004专题研究ZTK422502720全风化带000928903360强风化带000235304000强风化带000241304600强风化带000246905160强风化带000254006400微风化带00213001700强风化带006613052240强风化带移孔重做0125ZTK824402910强风化带00768001200全风化带003215001900强风化带013120602600强风化带011526503050微风化带003ZTK1231003820微风化带003818602400全风化带01128003200强风化带012233103710强风化带011339704370微风化带0005ZTK1342705190微风化带0026从抽（压）水试验结果看，预可阶段试验结果与后两期试验结果有较大差异，而后两期试验结果比较接近，此外，陆域残积层及全风化带渗透系数明显大于海域全风化层。335预测涌水量初勘地质报告和涌水量预测值见下陆域暗挖分段最大涌水量计算结果表隧道序号起止里程LMQSM3/DMQ常M3/D2K6600K768010801081166413K12200K12500300108324左道合计149042K6600K768010800931004421K12200K12500300108324右道合计13284海域暗挖隧道分段最大涌水量计算结果表隧道序号起止里程LMQ0M3/DMQM3/D3K7680K820052025991351484K8200K85903902146836945K8590K88102201577346946K8810K91303201577504647K9130K101501020462471248K10150K102901405857819989K10290K10690400462184810K10690K1081012060337239611K10810K1137256246225964412K11372K1220082829524426左道合计79422243K7680K82005202599135148K8200K860040021468548K8600K8860260157741002K8860K9040180157728386K9040K10200116036241992K10200K1030010058575857K10300K1062032036211584K10620K10760140603384462K10760K109802203627964K10980K1152054029515930K11520K1220068056438352右道合计6926034不良地质现象水土流失及岸坡坍塌场区不良地质现象主要是海岸坍塌及红土台地水土流失现象，对本工程影响不大。砂土液化和软土震陷海域范围内普遍沉积了全新世松散砂土及海积软土，软土层最厚处可达10米左右；海底饱和中细砂及软土在度地震力作用下可产生液化或震陷现象，但这两类土体对暗挖隧道无影响。两岸丘间洼地局部发育全新世软土（淤泥质亚粘土或泥炭质土），在路堑开挖或路基填土工程中，容易引起变形破坏。深厚全强风化层及风化槽本次勘察揭示，场区五通岸陆地南半部、西滨岸陆地及西滨侧潮间带基岩全强风化带厚度较大；在海域几条构造破碎带处全强风化带异常深厚，而形成风化深槽，此类全强风化岩体强度低、自稳能力差，易发生渗透破坏，该类岩体对暗挖隧道工程来说属不良岩土；并在深槽内钻取了裂隙密集及碎裂结构岩芯，在另外2个微风化岩体埋藏很浅的孔内也揭示了小规模的构造裂隙密集带。岩体的放射性经孔内及岩石样本的测试并参照国家标准建筑材料放射性核素限量GB65662001进行评价，钻孔和岩石样本的测试数据均未超过福建省厦门地区辐射照射量率（4345217NGY/H），可以初步判定，测试井附近的天然放射性核素在工程规定的限量范围内。岩爆地应力原位测试在CZK3孔附近进行，地应力测试方法为水压致裂法，根据该钻孔的钻孔岩芯情况，在该钻孔共选择了10个测段进行测试，成功获得8个测段的压裂资料。成果分析表明隧道洞深最大水平主应力约为30MPA，方位为N30WN45W，即NNW向，属于低应力区（不足抗压强度的二十分之一）。从应力角度对该隧道洞身段进行岩爆预测分析认为该隧道在施工期无岩爆现象发生。35海域风化深槽（囊）工程地质及水文地质根据工可地质勘察结果，发现隧道海域地段存在多处风化深槽和风化囊。2003年6月针对该不良地质邀请国内的知名专家召开了工程地质及方案研讨会，会议建议“对暗挖隧道通过风化槽的工程处理措施进行专题研究”，主要解决的问题是A、查明风化深槽的空间分布；B、查清风化槽组成物质的物理力学性质和渗透性能；C、从地质角度对工程实施提出建议。初勘阶段以地震反射勘探为主、跨孔CT方法测定岩石剖面及波速分布图象等为辅、计算机三维处理成图的方式，查明了风化深槽的空间分布情况，并以钻孔予以验证。为查清风化槽组成物质的物理力学性质和渗透性能，还采用了钻探、取芯、现场鉴定与原位测试、室内试验等方法。根据对风化槽的工程处理措施进行专题研究，其评价如下场区基沿岩埋藏不深，但全强风化带厚度相差悬殊，微风化化顶面多处于055M之间，个别风化深槽内低于100M，从研究资料分析，勘察区域范围内，风化槽或风化囊的存在，给隧道线位的选择带来难度。风化槽的组成物质经研究证实为花岗闪长岩风化形成的，仍保留了花岗闪长岩的结构。风化深槽岩土体总体上属弱微透水层。风化槽全强风化带岩体渗透系数为104CM/S级弱风化带岩体渗透系数为105CM/S级。在全水头作用下，根据己有的勘察成果资料，运营隧道及服务隧道通过的全强风化带岩体的渗透稳定。但从工程安全的角度看，在极端地质条件下，存在发生渗透破坏的可能性。各线位经过风化槽（囊）的宽度一览表B线位C线位D线位E线位左中右左中右左中右左中右F1风化槽17401192105836050031532465368312228414F4风化囊19812901120568448526786550412F2风化槽430470334F3风化槽6381288204130820544380526合计30062480126216501750169814507991438109811581352根据初勘资料，因呈北西北东向的风化槽（囊）与呈东西向的隧道走向斜交或正交，各隧道线位都避不开风化槽（囊）的影响，通过风化槽（囊）地段均有一定宽度，相比而言，D、E两线位通过风化槽（囊）处风化槽（囊）的深度、宽度均较B、C线位（工可线位）浅、窄，且E线位有一定优势。36地震及区域稳定性场址位于我国东南部地震活跃的东南沿海地震带内。在场址周围半径150KM范围的区域内，历史上共记录到35次MS47级地震，其中最大的地震为泉州海外1604年75级地震，距场址约83KM，影响烈度达7度强。距场址最近的强震是1185年厦门海外65级地震，距场址约34KM，影响烈度也是7度左右。近场区25KM范围内未记录到3级以上地震，近期共发生过MS10级微震38次，最大震级为24级。共遭受到6次影响烈度为6度以上地震的影响。其中有两次达到7度。据中国地震动参数区划图（GB183062001），本场址区地震动峰值加速度015G，反应谱特征周期040S，相当于地震基本烈度度。4隧道土建设计41设计原则本项目隧道跨海部分基本位于微风化花岗岩地段，局部穿越几处风化深槽，施工有一定难度。浅滩及陆地基本处于全、强风化花岗岩地带，地质相对较差。根据初勘报告，、类围岩所占全隧道比例为近60，而在海域段、类围岩占海域段长度近90，因此，该区域地质总体上比较适合暗挖钻爆法修建。结合海底隧道特点及城市道路的要求，设计需重点考虑以下几方面的问题1）充分借鉴国内外已建或规划中的水底隧道的成果和经验，尤其是国外的相关工程。2）东通道的建设，应适应沿线经济发展规划、城镇规划、路网规划及自然条件，合理布线，使本项工程既能满足沿线地区的区域交通功能，又能促进区域经济的发展。更好地满足构建海湾型城市框架的要求，提高城市综合竞争力，体现厦门旅游观光特点。3）在工程设计中，必须突出“以人为本、安全第一”的总体思路。要考虑对付各种突发性灾害的处置预案。以减少灾害发生的可能性以及限制灾害不利结果为出发点，确保灾害发生时各类防灾措施能及时起作用。4）本工程是厦门市乃至国家重大基础设施建设工程之一，设计使用年限为100年。工程设计中，应通过多方案比选，在经济合理的前提下，保证工程适用性，更重要的是必须确保工程结构的安全性和耐久性。5）注重工程的可实施性并引入动态设计的概念，设计时尽可能考虑施工的要求，并且加强施工阶段的设计服务，将施工中的动态设计看作整个设计工作的组成部分。6）加强专题研究，积极采用新技术、新材料和新工艺。42建设规模根据工可批复意见，隧道采用三孔建设形式修建，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道。本次初步设计阶段以E方案作为推荐方案，以D方案（隧道部分比较）作为比较方案。1）E方案（推荐方案）隧道起讫桩号为左线EZK6540EZK12485，长5945M，洞门起讫桩号外各40M为遮光棚。右线EYK6559EYK12510，长5951M，洞门起讫桩号外各40M为遮光棚。服务隧道ENK6542ENK12490，长5948M。设置两处竖井桩号分别为ENK7850和ENK11250。设置6处行人、5处行车横洞。2）D方案（比较方案进出口接线一致，仅隧道海域部分不同）隧道起讫桩号为左线DZK6540DZK125278311，长5987831M，洞门起讫桩号外各40M为遮光棚。其中进口1020658M和出口1193201M与E线方案线位一致。右线DYK6559DYK12554404，长5995404M，洞门起讫桩号外各40M为遮光棚。其中进口983448M和出口1205422M与E线方案线位一致。服务隧道DNK6542DNK12533674，长5991674M。设置两处竖井桩号分别为DNK7840和DNK11300。设置6处行人、5处行车横洞。43隧道平面设计工可路线方案在穿越海底F1、F2、F3断裂带风化深槽和F4号风化囊时，地质条件较差，施工难度较大。本次设计针对路线穿越海底不良地质地段，结合目前正在进行的地勘工作，遵照经济合理的原则，对原工可C线位提出了两种优化方案。1）路线方案E线方案主要是将穿越F4风化囊处路线局部偏移。针对工可C轴线方案发现的主要地质问题左线隧道洞身穿越F4风化囊，结合前期地质资料和海底风化囊的初步研究成果，跨海部分直线段向南平移30M，隧道洞身穿越F4风化囊的地质条件有所改善，保持隧道进出口位置不变。D线方案主要是采用S曲线对F4风化囊进行绕避。路线直接在隧道洞口不远处以R3800、R2600和R4940组成的S形曲线选择海底F1风化深槽、F2风化深槽、F3风化深槽和F4号风化囊地质相对较好处通过，保持隧道进出口位置不变。2）路线方案比较D线方案以三个园曲线组成的S线形从原工可方案的北侧绕避海底F4风化囊，根据初勘报告，该方案左线所穿F1风化槽风化层宽度相对较厚，F4风化囊的影响相对较小，但F2风化槽的影响较大。E线方案从原工可方案的南侧绕避海底F4风化囊，路线在穿越F4风化囊时的地质有所改善，其中右线已避开了F4风化囊，左线较工可C方案有较大程度改善；F1风化槽对隧道施工有一定影响，但避开了F2风化槽。D、E线位经过风化槽（囊）的宽度一览表见“35海域风化深槽（囊）工程地质及水文地质”。D、E方案各类衬砌长度见下表。衬砌类型S2AS2BS3AS3BS4S5左线17452563083328442300E方案右线16853662022625282748左线18312702464006972408D方案右线1745360187526037529075根据以上比较，由于D、E方案在海底不良地质情况的宽度和深度差异并不明显，而D方案为绕行方案，以曲线为主，线形指标相对较差，隧道长度要增加50M以上，因此，初步设计阶段推荐E线方案，并以D线方案作为比较方案。需要说明的是，该走廊带花岗岩地质风化变化较频繁，在该地段把左右线都调整为从较好地质地段通过，完全避开风化不良地质可能性较小。44隧道纵断面设计本项目地形分陆域段、岸滩段和海域段三部分。海底隧道纵断面设计最重要的一点是要保证隧道洞顶岩层最小安全顶板厚度，本次设计根据工可所作科研课题的结论“海域地段洞顶岩层厚度大于15M，潮间带洞顶岩层厚度大于10M”控制。1）不同纵坡情况下的比较分析根据公路工程技术标准设计车速为80KM/H时，最大纵坡为5，特殊情况下可达6，但超过3时，坡长有限制。同时根据公路隧道设计规范要求，隧道纵坡不宜超过3，考虑的主要因素之一是通风问题，认为当纵坡过大，汽车排出的有害物质迅速增加，通风不利。由于本项目为特大海底隧道，从道路安全、行车舒适及隧道运营等方面综合考虑，本次设计推荐最大纵坡不超过3，以下分别从改善隧道所穿越工程地质情况、隧道通行能力、隧道内行车速度和隧道通风等四个方面分析了隧道纵坡增大0510的可行性。改善隧道所穿越工程地质情况根据规范，设计车速为80KM/H，纵坡为3、4的坡长限制分别为1100M和900M，通过不同坡度坡长的组合分析，在长大隧道内采用35、4的纵坡需多次变换纵坡，对隧道内行车视距有一定影响，对工程地质环境改善不是很明显。隧道通行能力主要分析隧道右线翔安岸和隧道左线厦门岸特定上坡路段的通行能力。着重针对本项目进出岛交通量组成中的重车比例、探讨最大纵坡30、35、40的等效坡度坡长值对车辆换算系数的影响程度，结合本项目的预测交通量，分析采用大纵坡设计时的道路通行能力是否满足所预测的交通量的要求，为坡度、坡长的合理选定提供依据。由于特定纵坡上坡路段中，大型车的车辆换算系数较大，导致当量交通量增大，使该路段成为基本路段上运行质量较差甚至最差的部分。特定纵坡路段大型车的车辆换算系数可参照表1和表2取用。表1特定上坡路段中型车的车辆换算系数HVE4车道高速公路6或8车道高速公路坡度（）坡长（M）10001000150015001000100015001500210003532424643533400100010005754643543535754644400400800800686575354343575454686575530030050050010001000711768645436368647479758563003005005001000100081376126表2特定上坡路段大型车（含拖挂车）的车辆换算系数HVE4车道高速公路6或8车道高速公路坡度（）坡长（M）100010001500150010001000150015004001200343232212004543433432324543433400800800120012005754643433435644546865757127610644004008008001200120016001600815871274543435754646965855300300700700120012007167614657545469657571276106630030060060080080081887157本项目路线纵面拟定了三个方案，方案一特定纵坡路段坡度坡长为3/1050M，方案二特定纵坡路段坡度坡长为35/1050M，方案三特定纵坡路段坡度坡长为40/900M。实际道路、交通条件下，级服务水平对应的单方向条车道的服务交通量INSFIMSFIFHVFPN式（1）其中，SFI实际道路、交通条件下，级服务水平对应的单方向条车道的服务交通量，I辆/H；MSFI理想条件下，级服务水平对应的单车道最大服务交通量，辆小客车/H/车道；I四级服务水平对应的服务交通量就是理想通行能力。FHV交通组成影响对流率的修正系数，见公式（2）；FP驾驶员总体特性影响对流率的修正系数；车道数对流率的修正系数；N高速公路单向车道数。、四个参数方案一与方案二、方案三均相同，方案一与方案二、方IMSFPFN案三仅不同。HV式（2）11IEPF其中，车型的交通量占总交通量的百分比；各特征年交通组成见表3。I车型的车辆折算系数；高速公路中车型包括中型车、大型车和拖挂车。各特II征年各车型车辆折算系数见表4。方案二35、方案三40和方案一3比值见表5，计算结果表明相对于ISFISFISF30纵坡，采用35纵坡，通行能力约降低68，采用40纵坡，通行能力约降低1115。各种情况下单向单车道小时交通基本通行能力和设计通行能力对比见表6。表3交通组成（单位）特征年小型车中型车大型车合计201064227188100202068024872100203070723162100表4车辆折算系数纵坡特征年小型车中型车大型车201014420201663020301442010145452020165653520301454520101552020177402030155表5通行能力对比纵坡33540特征年HVF35/3ISFI通行能力比值4/3ISFI通行能力比值2010年04660428039692852020年03580337031794892030年0510047204399286表6基本通行能力和设计通行能力对比年度2010年2020年2030年基本通行能力PCU/H/LN2000理想条件下设计通行能力PCU/H/LN1200基本通行能力1373129314213设计通行能力824776853基本通行能力12611215131435设计通行能力757729788基本通行能力1166114612214设计通行能力699687733隧道内车辆行驶速度不同的纵坡设计必然会影响车辆的运行速度，对于特定坡长的上坡路段，应对载重汽车上坡行驶速度的降低值进行验算。根据不同的坡度组合，在爬坡性能曲线图上查找行驶速度。在竖曲线长度内的坡度计算原则对于上坡上坡（凸形）、下坡下坡（凹形）的竖曲线，且其坡度代数差不大时，按两变坡点间的坡度计；对于上坡下坡（凸形）、下坡上坡（凹形）的竖曲线，其坡度代数差较大时，可将竖曲线长度分成4份，两端各1/4长采用前后坡度值，中间1/2长采用前后坡度之代数和的平均值。根据验算最大纵坡为3时，载重汽车的行驶速度在洞口已接近路段容许最低车速，采用最大纵坡为35时，载重汽车的行驶速度在洞口将降低5左右，采用最大纵坡为40时，载重汽车的行驶速度在洞口将降低11左右。考虑到本项目不可能设置爬坡车道（工程费用增加很多），因此隧道内行驶速度的降低直接影响隧道的服务水平和通行能力。同时，根据规范，由于厦门岸右线连续下坡段，平曲线半径R2600M，若纵坡采用35、4，应对平曲线超高予以加强，以保证行车安全，势必增加工程费用。隧道通风根据通风计算当交通流以汽油为主即以稀释CO浓度控制风量时，纵坡可适当加大，当以柴油车为主即以稀释烟雾浓度或NOX控制风量时则应尽可能降低纵坡，同时隧道内车速过低，NOX排放量会增加。计算分析表明，纵坡方案比选对通风影响不大。本项目各个时期以稀释烟尘所需风量为主要控制指标，若采用最大纵坡35、4时，左线需风量分别增加2和5左右，但是各段风量变得不均衡，其中上坡段增加25，下坡段减小14，上下段风量比为56/44；右线需风量与最大纵坡30时基本相当，其中上坡段增加5，下坡段减小10。主要原因有条，一是隧道洞口设计标高变换不大，洞内纵坡变陡，相应的坡长变短，等效坡度坡长相差不大；二是一端上坡、一端陡下坡，排放量下降明显。综合以上分析本次设计最大纵坡以30控制是比较合适的。2）纵断面设计本设计从提高隧道内行车视线、改善隧道运营条件出发，在厦门岸采用了28的长坡段，海域段采用了0632的上坡，在翔安岸采用了3253的组合坡度。服务隧道纵面设计主要从控制横洞与主洞连接处的洞身高程，利于主洞排水方面考虑，最大纵坡也控制在3以内。45净空标准及横断面设计451主洞隧道建筑限界根据交通部工可批复意见，主洞隧道建筑限界净宽为1350M，内侧设检修道，主洞隧道建筑限界净高为50M。针对本隧道为三车道大断面的特点，隧道内轮廓采用多心圆形式较为经济合理。通过采用有限元软件分别对不同断面形式在不同荷载组合下隧道衬砌受力情况进行了大量计算分析，根据专题研究报告以及本阶段的大量计算分析，认为净空断面拟定应注意以下几点1不宜选取仰拱扁平的断面结构形式；2衬砌墙角处弧线的半径不宜小；3隧道的仰拱部分与墙角部分所承受的弯矩值很大，在具体设计时最好将该处截面加厚。根据分析结果，在满足结构受力特点情况下，一要尽量减少隧道开挖量，二要保证隧道两侧设备具有布置空间（不允许在二次衬砌处挖孔），通过对各种断面形式的结构分析比较拟定了断面形式，推荐的隧道建筑内轮廓断面面积为12209M2，行车道以上净空断面面积为1005M2。452服务隧道建筑限界服务隧道建筑限界是根据建设方要求及保证服务隧道正常发挥其设计功能的原则，在多方案对比分析的基础上拟定的。服务隧道作为紧急避难通道和日常维护检修通道，洞体上方预留检修车辆兼逃生空间30M（宽）25M（高）。根据厦门市总体规划要求隧道方案应考虑有关市政管线的布设，其中包括双回路22万伏高压输电缆及1000MM供水管过海的要求，因此服务隧道洞体下方内设置供水自来管道预留空间26M（宽）215M（高）和22万伏特高压电缆预留空间30M（宽）215M（高）。在服务隧道预留限界以外的空间作为安装照明、供电、监控、通信等设施的预留空间。针对马蹄型断面和圆形两种断面形式，根据工可专题研究报告以及本阶段的大量计算分析表明，圆形断面形式具有极好的承担水压力的能力。因此，服务隧道断面基本采用似圆形断面形式，其建筑内轮廓断面面积为3091M2。453隧道间距根据工可批复意见，隧道采用三孔建设形式修建，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道。两相邻隧道最小净距应视围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定，本次设计运用有限元，以弹塑性法分析了不同净间距下岩体屈服应力分布情况，认为净间距大于22M时，两隧道之间相互影响很小，因此，初步设计阶段将两隧道测设线间距调整为52M，中间设置服务隧道,三隧道内轮廓净间距为22M，考虑服务隧道断面较小，且主洞和服务隧道都采用分步开挖，服务隧道超前于主洞，因此，该间距能保证隧道的施工和营运安全。46明洞和洞门设计461明洞设计根据两侧主洞和服务隧道的埋深，结合隧道两端洞口的地质情况，在隧道进出口均设置了一段明洞。隧道厦门端明洞设置范围为EZK6540EZK6600，全长60M；隧道翔安端明洞范围为EZK12410EZK12510，全长100M；其中，隧道进出口两端均考虑设置20M长作为后期洞口建筑的施工场地。为确保洞口边仰坡在施工和使用期间的稳定，要求明洞衬砌在洞口开挖完成后应尽快施作，达到设计强度后及时回填，在拱圈外模拆除后应立即施作防水涂料，保证防水质量。主洞及服务隧道明洞衬砌分别采用80CM和60CM厚C30钢筋混凝土结构，两侧墙（部分地段外侧墙）采用浆砌片石密实回填，不得任意抛填土石，片石上方回填土应对称分层夯实回填，明洞回填以恢复原有地形为宜。洞口施工宜避开降雨期，在边、仰坡施工过程中应注意从上到下，边开挖边防护，开挖中应随时检查，并必须采用非爆破施工，以防对边坡的深层产生松动破坏。明洞基础应设置在稳固的地基上，根据地质报告，地基承载能力大于300KPA，如果实际施工揭露的地层，达不到上述要求，应对基础进行处理。462洞门设计洞口区是隧道与公路的连接点，是隧道内外的过渡，不仅是功能上的过渡，也是心理上的过渡。洞门设计针对其功能和行车心理的需求，对遮光棚造型、挡墙的装饰、绿化配置及小品雕塑等进行精心的设计，力求功能与景观的完美结合。为加强隧道内设施的布设，在洞口20M范围内设置洞口建筑。方案一设计主题为“翼”，本次方案设计以羽翼作为设计理念，采用钢架结构和实心耐力板覆盖，在功能上满足光线过渡的要求，形式上有展翅飞翔之势，体现厦门东通道工程对厦门经济城市建设，由海岛型向海湾型城市格局的战略转变的促进作用，寓意厦门特区二次创业的经济腾飞。方案二设计主题为“踏浪”，灵感源自波光鳞鳞的海洋，轻钢结构的菱形网格，笼罩在隧道口60米长车道范围上空，网格中镶嵌的拱形阳光板，像一颗颗晶莹的水珠，透过水珠折射，耳边传来瀑布跌落的悦耳声音，仿佛大海为我们让路，而顺着道路的下坡之势进入大海的心脏。方案三设计主题为“海涛”，起伏的波涛来自海洋的深处，跨越在隧道洞口上方，连绵不绝的气势，配合曲线层叠的山墙和两侧护坡，形成统一的风格。47主洞及服务隧道复合衬砌设计471主洞衬砌结构方案厦门东通道海底隧道的地下水和海水总水头在5070M左右，从选择地下水处治方式看属于临界状态，从技术和经济的合理性出发，采用全封堵和排导二种方式都是有可能的。根据国外的情况，采用全封堵方式的隧道，地下水位一般小于30M，从技术上可以将60M作为临界值。而采用排导方式的最大优点是基本上不考虑（不是完全不考虑）衬砌的水压力荷载现行铁路和公路设计规范均不考虑水压力，从而可以使衬砌结构更经济合理。对于厦门东通道所处的地质及水压情况看，衬砌结构的选择有以下两方案全线隧道采用全封闭方案；局部（全、强风化