周家嘴路隧道工程范围
工程概况
2013年11月12日上海建工公告，公司下属上海市基础工程集团有限公司中标周家嘴路越江隧道新建工程，中标价为13.96亿元。工程计划工期为1095天，于2013年12月16日开工。
周家嘴路越江隧道工程位于上海市东北部，起自浦西周家嘴路—内江路口，迄于浦东东靖路—张杨北路口，自内江路交叉口向东沿周家嘴路连续穿越中环线—理工大学—黄浦江—浦东北路后于莱阳路东西两侧爬出地面，全长约4.06km，其中盾构隧道长约2.57km，设浦东、浦西2座工作井，隧道结构为单管双层结构。隧道外径14.5m，内径13.3m，环宽2m，管片厚度600mm，单环10块管片。盾构采用1台Φ14930mm泥水平衡盾构施工，圆隧道为单管双层结构，双向4车道，单层车道宽度3.5m，设计车速60km/h。
盾构段长约2.57km；西岸明挖段长约0.72km（含工作井）；东岸明挖段长约0.77km（含工作井）。浦西盾构工作井位于规划路与周家嘴路交叉口以东，浦东工作井位于浦东北路与东靖路交叉口以东。周家嘴路现状道路宽度约45m，两侧以厂房和民宅为主；东靖路现状道路宽度约20m，两侧以商铺和民宅为主。
盾构隧道在浦东穿越上海东运船舶工程有限公司码头，为避让码头桩基，隧道最大覆土深度近45m，隧道底部最大水压力约为0.6MPa，是目前上海已建和在建隧道项目中覆土最深、承受水压力最大的盾构隧道。
隧道设计总体方案
（1）平面设计
隧道西起内江路，沿现状周家嘴路走向向东，上层隧道（行车方向为浦东向浦西）设置两个R=1750m平曲线，形成“S”型曲线，北偏于下层隧道中心线，上下层快速重叠后进入浦西工作井。浦西工作井位于规划图门路以东，军工路西侧。隧道出口接地点离内江路交叉口停车线距离约350m，进口接地点离内江路交叉口停车线距离约100m。
盾构段采用单管双层盾构结构形式，上下层隧道过工作井后，采用R=1095m，避开军工路高架桩基，盾构结构边线距离军工路高架桩基础最小净距为11.5m，随后进入上海理工大学校区，穿越定海港、复兴岛及黄浦江。采用R=1000m穿过沪东造船厂群桩。在东靖路-浦东北路交叉口东侧进入浦东工作井。
隧道线路过东端工作井后，上下层隧道维持上下重叠布置，上层隧道在炼钢浜前接地；下层隧道以直线段，沿现状东靖路，在东靖路-张扬北路西侧接地，接地点距离交叉口约190m。
隧道平面图
（2）主要技术标准
1）道路等级：隧道：城市主干路，地面道路：城市主干路；
2）荷载等级：城－A级，路面结构设计轴载：BZZ-100型标准车；
3）设计速度：隧道：V=60km/h，地面道路：V=50km/h；
4）车道宽度：隧道：2×3.5m；
5）通行净空高度：≥4.5m；
6）航道等级：黄浦江：Ⅰ级（通航宽度220m，通航水深9.5~10m）；定海港：内河Ⅶ级（不通货轮）；
7）结构设计标准：隧道主体结构设计使用年限为100年，安全等级为一级，结构防水等级为稍高于二级；
8）抗震设防：结构按7度抗震设防，按8度采取抗震构造措施；
9）人防抗力等级：6级；
10）隧道排水设计暴雨重现期P=30年，地面排水暴雨重现期P=1年。
（3）纵断面设计
线路纵断面控制条件主要有：
1）Φ1000合流污水顶管工作井：该合流污水管在周家嘴路-军工路交叉口附近及理工大学校园内设有两个顶管工作井，分别为：①钻孔灌注桩，桩长19.8m、桩底标高-15.58m；②SMW围护桩，桩长17.9m、桩底标高-13.4m。
2）上海东运船舶工程有限公司码头基础：Φ800mmPHC管桩，桩长38m，桩底标高-36.3m（含桩靴）。
3）浦东炼钢浜水务部门要求（梁底标高4.5m，箱涵底板顶标高0.5m）。
4）工作井处盾构最小覆土要求：盾构安全进出洞最小覆土8.7m（0.6D，D为盾构外直径）。
隧道最大纵坡为4.95%，最小纵坡0.5%。
隧道纵断面图
（4）横断面设计
1）圆隧道横断面布置
圆隧道外径14.5m，内径13.3m，采用双层双向横断面布置型式，上层浦东往浦下层浦西往浦东。限界上方布置车道指示器、射流风机、广播扬声器、照明灯具、监控摄像机、漏泄电缆、可变信息指示牌；各类设备箱布置在车道的两侧侧墙下部；下层车道各种电缆布置在车道两侧装饰板后；上层车道北侧设置独立的电缆通道，布置有供电干管、应急疏散相关电缆及消防相关电缆。圆隧道内车道横坡采用1%。圆隧道标准横断面如图4所示。
2）明挖隧道横断面布置
根据线路纵断面的变化，明挖隧道断面分为双层暗埋、上层敞开下层暗埋、下层单层暗埋及下层单层敞开四种形式。明挖隧道暗埋段采用矩形断面形式，各种电缆布置在隧道一侧的装饰板与结构侧墙之间的空间内。放置电缆桥架和设备箱时侧墙外放700mm，无电缆桥架时外放250mm。矩形隧道每层车道孔的结构内净宽度为9.45m，上层车道孔结构内净高度5.42m，下层净高不小于5.42m，并根据隧道线路设计变化逐渐增大，同时，利用该逐步加大后的空间布置下层车道孔顶部射流风机。敞开段均采用U形断面，横断面内限界与相接矩形暗埋段一致。路面横坡设置渐变段与地面道路衔接，两侧设排水沟。道路两侧设置防撞侧石，其中一侧埋设消防水管。侧墙内嵌置设备箱，沿侧墙上部设置照明灯具、广播扬声器、摄像机等。双层暗埋、上层敞开下层暗埋横断面布置如图5、图6所示。
圆隧道横断面布置
双层暗埋横断面布置
上层敞开下层暗埋横断面布置
（5）结构工程
圆隧道外径14.5m，内径13.3m，管片厚度0.6m，环宽2.0m。衬砌圆环分为10块，采用通用衬砌环，错缝拼装。管片间连接采用斜螺栓，每环衬砌环共有M36环向螺栓20个，M27纵向螺栓38个。
浦西、浦东工作井基坑深度分别为27.6m、27.5m，基坑平面尺寸为20.6m×20.6m（内净尺寸），围护结构采用1.2m厚地下连续墙，竖向设置5道钢筋混凝土支撑。工作井内部结构采用平面矩形框架结构，结合工作井围护支撑体系的布置，在工作井顶板处布置顶部水平框架，在中板（下一层）处布置中部水平框架。在盾构施工阶段，顶框架、中框架、井壁和底板等形成稳定的箱形空间受力体系。
明挖段根据基坑开挖深度，分别采用地下墙、SMW工法桩作为围护结构。内部结构型式主要包括双层箱型框架结构、上层U型坞式下层箱型框架双层结构、单层箱型形框架结构和U型坞式结构。
（6）通风系统
根据本工程特点，经过多方案论证比较，采用射流风机诱导式纵向通风方式。为了将对周围环境造成的影响降到允许标准范围内，满足区域环保要求，隧道内污染空气的排除采用风机集中高空排放。上、下层隧道各设置一座风井（含风机房、风塔），风机房结合浦西、浦东工作井设置。
（7）给排水与消防
排水系统由雨水排水系统和废水排水系统组成。在隧道每个出入口设置横截沟，将敞开段雨水拦截排至雨水泵房；在两端工作井和盾构段最低点设置废水泵房，全隧道共设置4个雨水泵房和3个废水泵房。雨水、废水泵房出水管路系统分别接入市政雨、污水管道系统。
消防系统由消火栓系统、泡沫水喷雾系统、灭火器系统及地面消防设施组成。
（8）供电、照明系统
本工程采用10KV电源供电。以浦西工作井和浦东工作井作为10kV电源受电电源点，在工作井内设置10kV配电间、10/0.4kV变配电间。每座变配电所均由两路10kV电源供电，两路电源同时运行。每座工作井、低配中心设两台变压器，两台变压器同时运行。变压器的容量应能满足当一台变压器退出运行时，另一台能满足供电范围内所有一、二级负荷的需要。在圆隧道内设置2处10/0.4kV配电中心，均由两路10kV电源供电，电源分别引自浦西、浦东10kV配电间。
隧道照明选用可调压功能的LED照明控制模块。选用黄光LED作为出入口加强照明（透雾性好、诱导性好），布置于隧道基本照明两侧。隧道（包括暗埋段）车行道内基本照明居中成灯带布置，间距1.5米（灯具长度约1米），功率为40W。隧道内应急照明光源选用白光LED（应急照明平均分布于基本照明中，正常时兼做基本照明之用）。电缆通道、安全通道照明灯具布置于通道顶部，纵向均匀布设。隧道逃生安全门上部设置紧急疏散指示标志。隧道照明配电箱间距200m左右，均匀布设，均为单侧布置。
（9）监控系统
方案研究阶段，即走访了相关管理单位，根据调研情况，结合管理需求，提出一体化监控、集约化管理的理念，对隧道监控中心进行整合，即周家嘴路隧道与已建的军工路隧道共用已建的军工路隧道监控管理中心，以达到精简机构、减少人员、节约用地、降低运营成本的目的。
根据运管需求，监控系统的设置保持相对独立性。本工程监控系统由以下部分组成：监控中心、设备监控、交通监控、闭路电视、火灾报警、有线电话、有线广播、无线通信、弱电安防、供电与防雷等。
（10）防汛墙工程
根据上海市税务局印发的《上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定》（试行），隧道穿越河道的，其保护范围内河道上下游两岸堤防（防汛墙）必须按规划要求同步实施（河道两岸新建堤防长度均不应小于30m）。本工程隧道下层封闭段长度为3798m，上层封闭段长度为3056m，属于特长隧道[，按桩基工程划分隧道安全保护区域，采用挤土桩时为70m，采用非挤土桩时为35m。
本工程盾构段共涉及4处防汛墙，其中运河防汛墙和黄浦江防汛墙各2处，按千年一遇的防汛要求，墙顶标高应为-7.10m，各防汛墙汇总情况如表1所示。
工程水文地质
（1）地形与地貌
上海地区纬度适中，濒临海洋，位于长江三角洲入海口东南前缘，成陆较晚，除西、南部有零星剥蚀残丘外，均为坦荡的平原。拟建工程沿线除江河外地势平坦，陆地上各勘探点标高为3.01～6.23m，黄浦江水上孔各勘探孔孔口标高-2.80～-9.64m，运河勘探孔孔口标高-1.16m。根据上海地貌单元分区图，拟建工程地貌单元为滨海平原地貌类型。
（2）浦江水文条件
拟建周家嘴路越江隧道处黄浦江水域宽度约550m。根据拟建隧道下游高桥水文站资料，其潮位特征值（吴淞零点）：最高潮位5.88m，最低潮位-0.07m，平均高潮位3.21m。
黄浦江径流来自淀山湖、浙江水网及浙皖天目山脉，于吴淞口排至长江，黄浦江水量充沛，常年较为稳定，年内分配较为均匀。根据米市渡水文站1954～1997年断面流量实测资料，年平均流量约为324m3/s，并自1986年以来径流量一直维持在较高水平。黄浦江受太湖流域集中降水的影响，7月流量（367m3/s）为年内最大；8月受伏旱天气的影响，流量最小（266m3/s）。
（3）河床演变特征
工程区河段的河床形态基本呈“U”型，浦西侧地形坡度相对较缓，浦东侧地形坡度相对较陡，深槽基本在河中。5～8m线间河床有冲有淤，冲淤变幅较大；10m深槽自1999年以来一直处于淤积状态。
总的来说，黄浦江河势变化不全是自然过程，经近百年的规划、整治，黄浦江驳岸线和规划线的逐步实施，两岸岸线已逐步归顺，河势基本格局相对稳定；今后，在边界条件和水沙条件没有大的变化的情况下，平面形态已不太可能有较大的变化，在河流自身冲淤调整下，河床将逐步趋于稳定。
（4）越江工程顶标高的确定
因工程段河床可能达到的最大水深为15.1m，大于航道规划深度10m，所以江中段最深点处拟建隧道顶高程埋深控制值的确定按照不浅于15.1m考虑，对应的拟建隧道顶高程埋深控制值为：15.1m（河床可能最大水深）+3m（锚击入土深度）＝18.1m（高程基面为黄浦江通用最低水位，拟建隧道所在河段的“通用最低水位”在吴淞零点上0.30m）。
（5）工程地质和水文地质条件
拟建场地内分布的土层自上而下可划分为九大层及若干亚层，其中①1层为填土，①2层为淤泥，①3层砂质粉土俗称“江滩土”，②1层～⑤3层为全新世Q4沉积层，⑥层～⑨层为上更新世Q3沉积层。
拟建场地地下水由浅部土层中的潜水、和深部粉（砂）性土层中的承压（微承压）水组成，地下水补给来源主要为大气降水与地表泾流。
隧道工程特点、难点
（1）大直径盾构超深覆土结构及防水设计
本工程盾构隧道竖向避让上海东运船舶工程有限公司码头基础，隧道顶最深覆土达到43.4m，是目前上海地区同类隧道中最深的。隧道覆土厚度约为3.0D>2.0D（D=14.5m，为隧道外径），根据规范[3]，隧道竖向地层压力可根据具体工程条件（地层性质、埋深）按卸载拱理论或全部覆土重量计算。本工程最深覆土处土层分布如图7所示，各层土的状态或密实度为：⑦2层为密实、⑦1T层为可塑、⑦1层为中密、⑥层为硬塑～可塑、⑤1层为软塑、④层为流塑、①3为松散、①1为松散，从隧道顶部各土层的厚度及状态或密实度可以看出，竖向地层压力按全部覆土重量计算较为合理。
最深覆土处土层分布
根据规范规定，本工程隧道防水的设计水压为1.2Mpa，为此，采用室内试验与有限元计算分析相结合的方法，确定密封垫的断面构造形式。根据有限元计算结果，初步确定密封垫的断面构造形式如图所示，密封垫的最终断面构造形式结合防水试验的结果进行确定。
初选的密封垫断面图
（2）特长隧道消防通风
本工程隧道封闭段长度超过3000m，属于特长隧道，火灾工况下的隧道烟气控制模式宜采用重点排烟方式。针对本工程外径14.5m的圆隧道，若采用重点排烟方式，上、下层侧向均需布置烟道，将会导致压缩设备和逃生空间、风道断面面积不足及异型烟道摩阻力大等问题。为此，在采用纵向通风方式的条件下，对火灾工况下的人员疏散进行了仿真模拟研究。首先，借助CFD技术，全面仿真分析不同工况下隧道内发生火灾时的烟气流动蔓延及温度传播分布规律，得到火灾时隧道内温度场、烟气流动速度、高温有毒气体浓度分布特性及隧道内能见度等基础数据；然后，在综合考虑隧道长度、逃生通道布置、人员参数（人员密度、逃生人员类型及比例、察觉时间、确认和反应时间、步行速度）、关键时间节点的基础上，通过导入CFD模拟结果，选取20个工况，对隧道内火灾引起的环境变化对人员疏散时间的影响进行了分析。经过对比分析，所有工况都能够及时疏散被困人群，并且未出现人员伤亡。
根据上述分析，纵向通风形式基本能满足设计需要，为确保安全，还需采取如下措施：（1）隧道内逃生出口间距从120m缩短为80m～100m（缩短33%～20%）；（2）设置“等待前室”空间，形成不同的防火分区，使受困人员在安全的区域排队等候；（3）在交通阻塞工况时，通过监控和管理措施控制隧道内车辆的数量，限制堵车段长度；（4）泡沫水喷雾系统在火灾发生5min之内及时开启，以控制温度的上升。