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摘要：工程隧道长约4.9km，盾构段长度约3965m，隧道管片外径Φ14.5m，内径Φ13.3m，基坑最大开挖深度30.2m，采用双向6车道隧道方案，设计车速为80km/h，采用2台Φ15.07m泥水平衡盾构自江北向江南同向掘进。

工程概况

安徽芜湖城南过江隧道位于长江皖江段“大拐弯”处，隧道北连接芜湖市鸠江区二坝镇纬一路，下穿长江，南接芜湖市弋江区大工山路，工程设计为城市快速通道，线路全长5.96km，其中盾构段左线3957m,右线3967m。隧道采用盾构和明挖施工，隧道段全长4.94km（管片外径14.5m的盾构隧道段长3.95km），接线道路及收费站长1.02km；隧道双向六车道，单管行车道路宽度2x3.5+3.75m，限高4.5m，设计车速80km/h。

芜湖“两纵四横一环”城市快速路系统

芜湖城南过江隧道工程位于芜湖市长江皖江段“大拐弯”处，距离下游的长江大桥约9km。隧道北连接芜湖市鸠江区滨江大道南，下穿长江，南接弋江区的大工山路，工程全长约5.9km，内容包括明挖隧道、盾构隧道、接线道路、收费站、管理中心及隧道机电设备等。隧道全长约5km，全线采用双向六车道方案，按城市快速路标准建设，设计行车速度为80km/h。

芜湖城南过江隧道是一条纯城市功能的过江通道，不接高速。隧道建成后，将会极大增强芜湖市的过江能力，缓解芜湖长江大桥的通行压力，如图所示。同时，对芜湖向江北发展，促进长江两岸共同繁荣具有重要意义。隧道建设对缓解现有芜湖长江大桥交通压力，加快芜湖市跨江发展战略实施，密切芜湖与合肥的联系具有重大意义。

芜湖城南过江隧道示意图

规划审批历程

2004年，芜湖城南过江隧道工程就已经被国家发改委列入《长江干流过江桥梁（隧道）建设规划》中。

2004-2010年，按照既定规划，长江二桥、长江三桥（商合杭公铁大桥）都在紧锣密鼓地进行调研、设计、论证、评审……

2011年，芜湖建设过江隧道的梦想再次被唤醒。

2011年8月，《安徽长江干流桥梁(隧道)布局规划》评审会在合肥召开，规划根据会议意见修改完善，之后上报国家审批。

2012年，芜湖过江隧道被正式列入国家发改委《长江干流桥梁(隧道)建设规划》(2012年修订)。

2013年10月，过江隧道项目预可行性研究报告编制完成。

2013年12月，过江隧道工程完成勘察设计单位招标，确定中标单位。

2014年4月，中铁城市规划院承担设计的芜湖城南过江隧道交通量预测研究通过评审，确定建设规模为双向6车道。

2015年，芜湖长江隧道有限责任公司揭牌仪式在铁山宾馆举行，标志着“皖江第一隧”——芜湖城南过江隧道的项目公司正式启动运作。

2016年4月，芜湖市发布《芜湖城南过江隧道工程环境影响报告书》。

2016年10月，过江隧道工程环评获批。

2017年2月，省发展改革委以皖发改投资[2017]121号文核准芜湖城南过江隧道项目。

2017年7月，芜湖城南过江隧道正式开工建设。

2018年12月，芜湖城南过江隧道工程首幅地连墙顺利开工，标志着该工程土建施工正式开工，并在两日后首幅地连墙钢筋笼成功下放，拉开了江北工作井及明挖段围护结构施工的序幕，标志着芜湖城南过江隧道工程进入实质性施工阶段。

2019年3月，由芜湖长江隧道指挥部代建的我国首个大盾构基地配套码头验收通过，并在3月后开通运营。

2019年5月，芜湖城南过江隧道工程江北明挖段围护结构(地连墙)顺利完工，标志着该工程施工正式进入主体开挖阶段。

2019年6月，芜湖市自然资源和规划局（林业局）发布了国务院关于芜湖城南过江隧道建设用地的批复，已批准通过芜湖市修建城南过江隧道工程建设用地。

2020年4月，芜湖城南过江隧道江北工作井深基坑开挖条件验收通过，并在两日后江北工作井深基坑开挖正式启动，项目关键施工节点取得新突破，意味着芜湖长江南北通道正式开始施工。

芜湖城南过江隧道工程现场

BOOT模式建设

在安徽省发展改革委员会首批28个鼓励社会资本参与建设营运的示范项目中，总投资45亿元的芜湖城南过江隧道工程将是安徽省第一条过江隧道。

该项目为PPP项目，中铁建联合体（中铁建股份公司、投资公司、十四局）与芜湖市政府签订投资协议，芜湖长江隧道公司（项目公司）与芜湖市政府签订项目合同，负责项目的筹资、建设、运营。此次，芜湖城南过江隧道工程向社会资本，特别是向民间资本伸出橄榄枝，采用BOOT模式，将有效加快工程的推进速度。

工程名片

建设单位：芜湖长江隧道有限责任公司

设计单位：中铁第四勘察设计院/安徽省交通规划设计研究总院

施工单位：中铁十四局集团有限公司

掘进装备：Φ15.07m泥水平衡盾构（铁建重工）

工程水文地质

水文地质条件 场区覆盖层主要以第四系全新统长江冲（洪）积层及洼地相淤积层（长江一级阶地）为主，芜湖岸发育有上更新统冲积层（剥蚀残丘）。

覆盖层总体厚约21～55m，其中在无为岸发育较厚，为47～55m，以流塑状淤泥质土、稍密－中密状粉、细砂为主，底部为密实状粗圆砾土。

南岸覆盖层较薄，为21～34m，岩性上部为洼地相流塑状淤泥质土，下部为硬塑状黏性土；水域部分覆盖层发育厚度从北岸向南岸方向逐渐变薄，岩性主要为稍密－中密状粉、细砂，底部发育有薄层粗圆砾土，近南岸覆盖层厚0～5m。地势总体趋势南岸高、北岸低，北岸高程4.5～5.1m（黄海高程），地表主要为农田、船厂、民房，少量沟塘；南岸高程7.0～9.5m，地表大多为城市居民区及城市干道。长江呈近南北向流经隧址区，河床呈不规则“U”形；芜湖侧为冲刷岸，无为侧为淤积岸；主槽偏芜湖侧，常年水深高程在30.0m左右，无为岸常年水深高程在10.0～12.0m左右；河床起伏较大，高程为－6.0～－20.0m，无为岸较高，芜湖岸则较低。芜湖城南长江隧道平纵如图所示。

芜湖城南长江隧道平纵图

地层物理参数 芜湖过江隧道ZK4＋200～ZK5＋300（YK4＋165～YK5＋255）段是上软下硬的复合地层，洞身围岩为强～中风化粉砂岩、石英砂岩、泥质粉砂岩互层，岩石抗压强度存在较大差异。石英砂岩为较硬岩，局部为坚硬岩，岩石石英含量高达80％，试验最大天然抗压强度为113.4MPa。地层物理参数如表所示。

地层物理参数取值 MPa

盾构与地层关系 隧址处地址状况自上而下主要为淤泥质软土层、粉砂/细沙层、粉砂岩/角砾岩层。在中粉砂岩/角砾岩层中进行掘进施工，成本高、速度慢。江南由于过江后需要快速出洞，上下调整纵坡，优化盾构埋深的余地不大；江北段存在长1.6km长江慢滩盾构区，采用0.96％缓坡通过该段粉砂/细沙层，最大程度避让下卧粉砂岩层，降低造价、缩短工期。

隧道设计

隧道采用双管双向设计，隧道管片外径Φ14.5m，内径Φ13.3m，采用2台直径Φ15.07m泥水平衡盾构自江北向江南同向掘进施工。工程设计为城市快速通道，线路全长5.96km，隧道采用盾构和明挖施工，基坑最大开挖深度30.2m。隧道段全长4.94km（管片外径Φ14.5m的盾构隧道段长3.95km），接线道路及收费站长1.02km。过江段隧道线形为反S形，半径分别为2000m及1000m，其余平曲线均为小偏角大半径曲线，如图所示。隧道双向6车道，单管行车道路宽度2x3.5+3.75m，限高4.5m，设计车速80km/h。

隧道断面设计与地质剖面图

江北接线为规划中的纬一路（滨江大道南），在经一路（化工东路）路交口远期设置一处互通立交，将滨江大道东及化工东路与隧道南向沟通。江南接线为大工山路，近期接入大工山路与中山南路交叉后，远期配合大工山路快速化改造，中山南路交口可由平交改为立交。收费站设置在江北。因收费限制，收费站至隧道口范围的被交路近期均采用右进右出方式接入纬一路辅道，远期通过化工东路与滨江大道南互通立交进出过江隧道。

设计标准

（1）道路等级：主线城市快速路。

（2）设计速度：主线80km/h，辅道40km/h。

（3）车道数：主线双向6车道。

（4）车道宽度：3.5m（小客）、3.75m（客货）。

（5）路缘带宽度：0.5m。

（6）横坡：隧道内1％、隧道外1.5％。

（7）道路净空：4.5m。

（8）主线最小平曲线半径1000m。

（9）凸/凹形竖曲线最小半径4500m。

（10）主线最大纵坡：4％。

（11）交通量等级：重型交通等级。

总体设计方案

（1）平面设计线路沿纬一路敷设，过规划化工东路路口后开始下穿，在S319以北、规划滨江路以南设工作井，城南过江隧道经过江北工作井后，盾构区间依次穿越无为侧长江大堤、1.66km北岸漫滩、宽1km长江主河槽、0.8km南岸漫滩、芜湖侧长江大堤、长江南路后在大工山路与长江南路交口东侧设置江南接收井，之后采用明挖暗埋隧道及敞口Ｕ型槽方式，在中山南路交口西侧190m处接地，预留后期大工山路高架跨中山南路后与隧道衔接条件。

由于线路条件限制，过江段隧道为大角度S形式。左右线设计利用S型平曲线的两个弯道实现左右线间距在隧道外、盾构井、江中段的过渡衔接。

其中右线起点YK1＋020，终点YK6＋985，路线长度5.965km。暗埋段隧道长度4.515km，两处平曲线半径分别为2000m和1000m；左线起点ZK1＋020，终点ZK6＋976.075，路线长度5.956km，其中隧道长度4.945km，两处平曲线半径分别为1800m和1100m。

（2）纵断面设计控制条件

1）起终点高程现状场地及道路高程。

2）道路最小排水纵坡的要求。

3）地下道路与地面连接匝道布设要求。

4）道路净空4.5m。

5）盾构井覆土厚度h≥0.5D（D为洞泾）。

6）大堤处洞顶与堤脚垂直间距不小于1D。

7）江中盾构隧道埋置深度施工期在现状河床以下一般小于1.0D，局部地段不小于0.7D；运营期在河床冲刷包络线以下的深度应满足抗浮要求，且应满足航道规划水深以及船舶锚击深度要求（最大锚击深度以下不小于2m）。

8）减少盾构穿越土岩复合地层的长度。

9）明挖现浇暗埋段，顶板上覆土绿化时，顶板覆土厚度不小于2m。

纵断面设计关键点

（1）隧道防涝标高隧道两端均为内涝低排区。其中南岸大工山路所在弋江区为芜湖市城市建成区，场地平坦，标高7～8m。为便于隧道接线与大工山路及两侧地块的衔接，隧道防洪标准与城市防洪标准保持一致。当出现超城市内涝水位时，可紧急启用隧道防淹门，确保隧道自身安全。

北岸规划为江北新城，但现状均为水田、村庄。场地平坦，标高5～6m，现状为农排防涝标准。规划防洪排涝水位尚不确定，为确保隧道安全使用，采用邻近的合芜高速公路最低点标高作为隧道接线驼峰的最高标高。驼峰以西的设计标高适当降低，便于后期城市建设。

（2）隧道纵坡度控制借鉴已通车的南京长江隧道、扬子江长江隧道、上海外滩隧道经验，从控制工程规模方面考虑，本隧道最大纵坡采用4％，相应坡长控制在700m以内。

南岸出洞较早，隧道内连续爬坡长度为1.66km，平均纵坡3.5％。通过设置420m长2％休息坡，将1.66km爬坡段分为盾构埋深抬升段（控制造价）——坡长620m、坡度4％，缓坡休息段——坡长420m、坡度2％，出洞接地段——坡长620m、坡度4％，通过以上调整实现了减少硬岩段盾构长度、缩短Ｕ槽长度减少征地、预留后期高架起坡跨中山南路等多个目的。

纵断面设计 江北接线道路最小纵坡按0.5％控制，收费站设置在高点。在接近隧道段设置驼峰，隧道主线纵断面于K1＋883处（距离收费站广场470m）以627m4％的纵坡入地。下穿北岸长江大堤后，设置1415m0.964％的缓坡，避免盾构过早进入硬岩层。然后接着以660m4％的纵坡进入江底，隧道在江底设置640m1.35％的缓坡，之后沿620m4％的纵坡上坡，为避免过长的大纵坡，在K5＋890处开始设置420m 2％的缓坡下穿长江南岸大堤后，到达江南盾构井，然后再以4％的坡度上坡直到地面。主线在江北、江南分别设置0.5％、0.4％的反坡，形成驼峰，避免雨水倒灌进入隧道。

全线共设变坡点10处，竖曲线最小半径4500m（凸型）和4500m（凹型）。在进行平纵面组合设计时，力求使路线与地形、景观和视觉相协调。保证行车安全、舒适，使平纵指标均衡协调，避免出现各种不良线形搭配和组合，如图所示。

横断面设计 隧道盾构段采用圆形横断面，隧道外径Φ14.5m，内径Φ13.3m，管片厚0.6m，隧道横断面分为上、中、下三部分，上部分主要布置排烟道；中间部分主要为行车道，行车道层布置三车道行车空间，净高不小于4.5m，车道分布为3.5×2＋3.75＝10.75m，路缘带宽度0.5m，侧向净宽0.25m，总宽12.25m；下部为服务层，布置逃生滑道、疏散通道和维修、消防专用通道及电缆通道，如图所示。

盾构隧道横断面图

隧道明挖暗埋段采用两车道孔＋中间管线廊道的横断面布置；明挖敞开段采用Ｕ形结构，其设备主要布置在两侧边墙，车道宽度与主隧道一致，如图所示。

盾构隧道横断面图

Ｕ槽段横断面图

盾构选型

“皖江奋斗号”下线验收 2021年3月26日，右线泥水平衡盾构机“皖江奋斗号”在长沙成功下线验收。该盾构机开挖直径Φ15.07m、总长约136m、总重量约4400t，其中盾构机刀盘重（含刀具）572t，设备总功率约10014kW，最大推力222173千牛，主驱动最大承受压力为10bar。配备各类刀具315把，首次将正面滚刀刀间距缩小到80mm。盾构机具备滚刀齿刀互换、主驱动伸缩、超前钻孔和有害气体探测等功能。设计了常压换刀、伸缩驱动、软硬岩刀盘等多项先进配置，将更换刀具的时间由原来2d以上缩短为4h以内，是目前世界上最先进的国产智能掘进设备之一。

“皖江奋斗号”在长沙下线验收

“皖江奋斗号”下线后，立即运往800km外芜湖城南过江隧道项目施工现场，投入隧道建设中。该盾构将下穿长江，在施工中对环境保护、安全以及施工效率提出了较高的要求，针对地质难题，进行了设备定制化设计，集隧道开挖、衬砌、出碴、导向等功能于一体，能安全、环保、高效完成超大断面隧道施工。

“皖江复兴号”下线验收 2021年1月8日，左线盾构机“皖江复兴号”泥水平衡盾构机在广州南下线验收。盾构机开挖直径15.07m、长约143m，刀盘功率5600kW。为应对安徽首条过江隧道复杂地层特点，该盾构机配备了可实现滚齿互换的复合式常压换刀刀盘、海瑞克研发的DCRM滚刀旋转监测系统、伸缩式主驱动、固定式和伸缩式视频监测系统、有害气体监测系统等，同时，优化碎石机设计，预留了安装超前钻机和超前地质预报系统的接口和空间等，以提高施工效率，降低施工风险。“皖江复兴号”下线后，将经拆解、运输后抵达施工现场。

“皖江复兴号”在广州南沙下线验收

工程难点

（1）长距岩高水压大隧道在4种全断面地层中长距离转换穿越，地层软硬强度不均，岩石单体抗压强度最高达113.4MPa，势必引起盾构工作面不稳，刀盘刀具磨损严重，盾构机损伤大。江底一次长距离穿越基岩段近1800m，其中上软下硬地层段700m，技术难度和掘进风险大。

（2）地层复杂控制难穿越长江大堤，上覆软弱地层，造浆困难，不易形成泥膜，极易产生过大变形而对大堤造成不良影响；盾构工作区位于饱和粉细砂、流塑状淤泥质粉质黏土时，围岩极易坍塌变形，土、水齐涌，浅埋时易坍塌，地表沉降控制难度大。

（3）穿越断层风险高由于断层带开挖面围岩软硬不均，断层带岩体破碎且地层自稳性差，会导致开挖面不稳定，风险极大。

（4）可燃气体滩底藏长江南岸江滩600m范围存在可燃气体，对盾构掘进安全施工影响大，施工风险高。

芜湖城南过江隧道是目前安徽省直径最大的盾构隧道，也是目前长江上地质条件最为复杂、施工难度最大、风险最高的盾构隧道。国家最高科学技术奖获得者、中国工程院钱七虎院士指出，芜湖城南过江隧道是当今国内乃至世界上最为复杂和困难的工程，掘进施工中，盾构机要一次长距离穿越基岩段近1800m，并且在4种不同地层中长距离转换穿越，技术难度和掘进风险同类隧道中举世罕见。南岸江滩600m范围内藏有可燃气体甲烷，是迄今为止长江流域施工难度最大的隧道之一。

芜湖城南过江隧道工程始发井

右线“皖江奋斗号”盾构机

右线“皖江奋斗号”盾构始发

2021年9月17日，芜湖城南过江隧道右线盾构机“皖江奋斗号”始发掘进。

据项目指挥长介绍，盾构段穿越难点主要集中在全断面硬岩长1140m，上软下硬复合地层630m，岩石石英含量达80%，强度最高达114兆帕。施工中，盾构机要一次长距离穿越基岩段近1800m，有4种不同地层转换，岩石强度最高达113.4MPa，最大水土压力约0.75MPa，南岸江滩600m范围地质断层破碎带内藏有可燃气体甲烷，技术难度和掘进风险大。一次性长距离穿越近4000m，最大水土压力约7.5bar，是迄今为止长江上施工难度最大的隧道之一。

盾构成功穿越高危风险区域长江大堤

2022年2月，右线“皖江奋斗号”盾构成功穿越高危风险区域长江大堤，盾构埋深21.5m，每天掘进量在12m～16m之间。3月，右线“皖江奋斗号”盾构掘进超过500环，长度超1000m。盾构机自掘进始发以来，一直在粉砂和粉细砂地层中穿越施工进行全天候进行数据监测，科学计算地层土体压力和容重，设定合理盾构机掘进参数，保证盾构机刀盘掌子面压力与地层压力保持平衡，配置高承压管片，并及时进行管片二次注浆，把隧道上部地层沉降控制在1mm安全参数以内。4月，完成掘进1560米，向长江边挺进。12月，右线盾构已掘进1848m。

芜湖城南过江隧道全长5.96km，右线盾构段长3967m，12月已掘进1848m，完成隧道掘进47%。

左线“皖江复兴号”盾构始发

2022年1月22日，芜湖城南过江隧道左线 “皖江复兴号”盾构机刀盘顺利完成吊装。“皖江复兴号”整机长度140m，刀盘为硬岩掘进、常压换刀式刀盘，直径15.07m，相当于5层楼高度，重达540t，共配备破岩刀具267把。刀盘为星型辐条式设计，结构复杂、体积庞大，刀盘吊装难度较高，是盾构机工地组装作业中难度最高、危险系数最大的工序。

“皖江复兴号”盾构机刀盘吊装下井

“皖江复兴号”进入管线连接和设备调试阶段，待组装调试完成后，预计2022年4月底始发掘进，开启“穿江之旅”。届时，左线“皖江复兴号”将 “皖江奋斗号”同时开掘， “皖江第一隧”将呈现“双龙穿江”模式。

“皖江复兴号”管线连接和设备调试

左线“皖江复兴号”盾构机始发

2021年11月8日，“皖江复兴号”盾构机在广州南沙顺利完成下线验收。12月14日，“皖江复兴号”在芜湖开始组装。该盾构机共由128件拼装块组成，其中，大型拼块28件，小型拼块100余件。

2022年1月22日，“皖江复兴号”刀盘顺利完成吊装下井。3月25日，“皖江复兴号”盾构机拼装完成。4月26日，左线盾构机“皖江复兴号”始发。

“皖江复兴号”是针对芜湖城南过江隧道特殊地层量身定做的盾构机，开挖直径15.07m，全长140m，总重量4238t。芜湖城南过江隧道全长5.96km，其中盾构隧道长3.96km，隧道为双线双洞设计。该隧道是长江上地质条件最为复杂、施工难度最大、风险最高的盾构隧道。施工中，盾构机要一次长距离穿越基岩段近1800m，有4种不同地层转换，岩石强度最高达113.4兆帕，最大水土压力约7.5bar，盾构机刀盘刀具磨损非常严重，技术难度和掘进风险同类隧道中前所未有。

芜湖城南过江隧道全长5.96km，左线盾构段长3957m，12月14，推进到第882环，已掘进1764m。