根据国家“十三五”规划, 厦门新机场将被打造成东南沿海重要的国际干线机场和区域性航空枢纽港, 是实现“一带一路”战略的具体措施。厦门新机场选址于厦门市翔安区大嶝岛上 (详见图1) , 与翔安区浅湾相隔, 根据规划, 大嶝岛上的水、电、通信、燃气等市政服务均需要从翔安区引入。考虑到过海段各类市政管线的安全保障性和智能管理性, 规划设计了过海段综合管廊, 管廊内承载了各类城市基础设施管线, 因此本次过海段市政综合管廊成为保障新机场及大嶝片区生活、生产的市政生命线通道。根据建设进度计划, 过海段综合管廊已经开工建设, 预计2018年建成投入使用。

　　 综合管廊建设必须规划先行, 通过工程规划及设计的有机结合, 最终确保综合管廊的顺利实施及良好运行^[1]。因此厦门市规划委组织开展了《翔安新机场片区综合管廊专项规划》 (以下简称“专项规划”) 的编制工作, 以准确指导新机场片区综合管廊的建设。

　　 根据综合管廊规划原则, 主要分析上位市政专项规划、土地利用规划、交通规划来综合考虑最适合建设综合管廊的过海通道和路段。规划进岛一共有5个通道, 由西向东分别为大嶝大桥通道、溪东路通道、南港特大桥通道、货运通道、东进场路通道, 根据上位《市政专项规划》成果, 每个进岛通道的主要管线如表1。

　　 大嶝大桥、南港特大桥是最主要的进岛市政管线通道, 因此这两个道通有将各种主要管线集中维护、管理的需求, 是最适合建设综合管廊的进岛通道。根据翔安新机场的定位, 规划将大嶝片区的综合管廊系统布置为双干线通道的布置形式。但综合管廊仅仅作为主要管线的输送通道是不够的, 还应服务周边地块, 尤其是居住密集的空港新城。因此规划在空港新城周边布置了环状支线综合管廊系统, 不但服务了周边地块, 还联络了干线综合管廊内的管线, 进一步提高了市政管线的安全保障水平, 最终大嶝片区的综合管廊系统形成了“一环双通道”的布局形式 (见图2) 。

　　 对于过海段综合管廊, “专项规划”明确了管廊内承载的市政管线种类和规模, 初步分析了管廊过海线路位置和断面布置形式, 这为下一步过海段综合管廊的相关问题研究和深化设计提供了规划依据。

　　 为控制过海段综合管廊的建设风险, 并为后续运维创造较好的条件, 工程可行性研究报告 (以下称工可) 阶段对过海段规划入廊管线进行了研究, 开展了相关的选线工作, 从施工工法、风险、工期和投资等方面对项目范围内的方案进行了对比和研究。

　　 大嶝大桥过海段综合管廊纳入4回110kV高压电力、12回10kV电力、12孔通信管道、DN800给水主干管, 并适度预留远期发展空间。根据入廊管线情况采用双舱断面, 推荐采用顶管方案, 顶管长度为700m, 断面尺寸均采用d3 000钢筋混凝土管, 分别为市政舱、电力舱。

　　 过海段路线及施工方法的选择是工程可行性研究报告的重点及难点, 工可阶段经过大范围海底物探, 结合两侧相邻工程 (大嶝大桥) 的地质资料对工程所在区域的路线进行了研究, 最终确定了比较顺直的平面线位。工可报告对盾构、管桥、明挖围堰、大开挖沉管和顶管施工方案进行了比选, 经过地质资料分析, 最终推荐采用顶管法作为综合管廊过海段的主要设计施工方案。

　　 为了明确设计线路的可行性, 建设单位组织编制了《厦门市大嶝大桥过海段综合管廊工程路由勘察报告》, 路由勘察报告分析了本区域海底地形和地质条件, 推荐了具体线路方案, 并报厦门市海洋及渔业局评审和审批。批复意见明确了工程线路用海符合该区域的用途管制要求;路由区域暂时没有计划设置其他不能兼容的海域使用权, 同意勘察报告提出的工程路由方案, 并要求尽快办理施工许可证和海域使用权证后, 方可施工。

　　 为了控制工程对海洋环境的影响, 建设单位组织编制了《厦门市大嶝大桥过海段综合管廊工程海洋环境影响报告书》, 报告书分析了顶管施工工艺对海洋环境的影响, 并报厦门市海洋及渔业局评审和审批。批复意见要求工程严格执行《厦门市海洋环境保护若干规定》, 要求做好工程管控措施, 防止污染海域水质, 同时本工程处于中华白海豚外围保护地带, 要求落实白海豚保护措施, 避免对白海豚产生伤害;要求施工期和运营期要在工程保护范围内合理设置识别标志, 采取有效措施减少对周边船舶的影响。

　　 为了取得工程海洋使用权, 并妥善处理和用海项目利益相关者的关系, 建设单位组织编制了《厦门市大嶝大桥过海段综合管廊工程海域使用论证报告》, 并报厦门市海洋及渔业局评审和审批。专家评审意见提出项目建设存在工程地质灾害、燃气管道事故等风险, 须注意防控;工程区域附近有军用电缆, 应与该军缆所有方加强沟通协调, 避免工程建设对国家利益造成影响。

　　 为了确认管廊所在海域的通航标准, 控制综合管廊顶部高程, 采取有效通航安全保障措施, 建设单位组织编制了《厦门市大嶝大桥过海段综合管廊工程航道条件与通航安全影响评价报告》, 并报厦门港航道管理站组织评审和审批。批复意见提出:通航标准选用150t散货船和200t杂货船作为综合管廊过海段航道的代表船型, 规划航道底高程为-7.5m;根据航道底高程、船舶抛锚入土计算、航道地质和安全富裕等因素综合核算, 要求综合管廊顶标高不高于-12.98 m;要求综合管廊的设计与建设应充分考虑船舶抛锚、沉没可能引起管廊自身安全的影响。

　　 设计综合管廊路由距离现状大嶝大桥距离净距为40.5m, 为了确保大嶝大桥的安全运营, 建设单位组织编制了《厦门市大嶝大桥过海段综合管廊工程对现状大嶝大桥安全评价报告》, 并报厦门市公路局征询意见。公路局提出为了保障大嶝大桥运营安全, 过海段综合管廊内不得走燃气管道;工程过程中若需采用爆破破碎措施, 则需编制专项爆破方案, 确保大桥安全;施工过程中需对大嶝大桥进行监测和监控, 确保大嶝大桥安全运营。

　　 目前, 国内已有的跨河道、海湾的综合管廊大多结合大型交通隧道共同建设, 如:厦门翔安隧道^[2]、上海崇明越江隧道^[3]、珠海市横琴新区马骝洲交通隧道等, 此类综合管廊的线路及工法选择、综合防灾等可结合交通隧道一并考虑, 而单独建设跨河道、海湾的综合管廊案例较少。本次设计大嶝大桥过海段综合管廊长约700 m, 设计要点主要在于线路及施工工法选择、土建方案设计、综合防灾等。

　　 过海段两端顶管工作井位于已造地陆域内, 过海段海域内主要生长水草, 无人工养殖, 海底表层分布厚约3.5m的淤泥层, 沿线地层主要由填土层、海积层、第四系全新统冲洪积、第四系上更新统坡积层、残积层及下部燕山晚期倾入的中粗粒花岗岩构成。主要岩土设计参数见表2。

　　 过海段海域内地下水位与海域水力联系较密切, 水位、水量受潮汐影响较大, 设计水位按历史最高潮位4.50m取值。按照《混凝土结构设计规范》 (GB 50010—2010) 表3.5.2评价:海域段地表水环境类别属四类, 地表水对建筑材料的腐蚀性评价结果见表3。

　　 为节省工程投资、控制过海段的建设风险, 并为线路的运营创造较好条件, 设计阶段对跨海段开展了详细的选线工作, 并对施工工法进行了多方案比选。

　　 原则应遵循: (1) 线路宜顺直, 以利后期运营 (通风、排水、管道运输等) ; (2) 尽可能位于单一地层内, 以利施工 (盾构、顶管) ; (3) 考虑项目建设的经济和安全问题。

　　 项目中综合管廊平面线路的主要影响因素有: (1) 现状大嶝大桥主桥为预应力混凝土连续刚构箱梁, 下部为板式薄壁桥墩, 基础为钻孔灌注桩, 总长931m; (2) 大嶝大桥西侧为规划轨道3号线桥梁的位置; (3) 大嶝大桥东侧 (净距15~23 m处) 有1根DN600原水管; (4) 东侧需预留远期大嶝大桥加宽的空间。综合考虑上述因素的影响, 线路最终确定位于大嶝大桥东侧, 平面采用直线线形 (如图3所示) 。

　　 设计阶段主要从工法适应性、施工风险、运营条件、造价和工期等方面对选线范围内的可能施工工法进行对比、分析和研究。在前期研究阶段综合考虑片区景观、海域环境的要求排除了明挖围堰、管桥、沉管方案, 采用暗挖隧道方案。经过对选线范围内的地质资料的分析, 沿线顶进深度范围地基土主要由残积砂质粘性土和全风化花岗岩层构成, 局部为砂砾状强风化花岗岩, 施工工法采用顶管、盾构相对难度低, 技术上均较为可行。而顶管法投资较为节省 (约为9.15万元/m) , 施工设备摊销费用相对较低, 方案最终推荐采用顶管法进行施工。

　　 综合管廊采用顶管施工的竖向布置重点考虑了海域的航道底高程、最大水压力及地质情况等因素。在过海段平面线路走向方案确定后, 根据核算的航道底高程-7.5m、船舶抛锚、安全富裕等因素进行综合论证, 综合管廊管顶高程应位于航道底以下3.0m以上。同时, 根据顶管沿线的地质情况, 主要选择在残积亚粘土层进行穿越, 考虑沟内排水及顶管施工的要求, 纵段面设计采用单向坡, 根据场地北高南低的地势情况, 纵坡由北向南降坡, 坡率为0.3%, 跨海段综合管廊的外顶标高最终确定位于-10.52~-10.85m。

　　 过海段的断面布置根据顶管施工工艺的要求及功能需要分为市政综合舱及高压电力舱。市政综合舱尺寸为d3 000钢筋混凝土圆管涵, 舱内纳入1根DN800给水管、DN400原水管、16孔通信管道及预留空间;高压电力舱尺寸为d3 000钢筋混凝土圆管涵, 舱内纳入4回110kV高压电力、12回10kV电力及预留空间。大嶝大桥过海段综合管断面见图4。

　　 跨海段上部为海域, 不具备设置露出海面通风换气构筑物的条件, 风井的数量及设置方式将直接影响工程方案, 需对跨海两侧沉井内设置机械通风排烟设施的方案进行验算。经计算, 可不在海域中间设置综合管廊的通风排烟口。根据综合管廊内部热空气、烟气自动往高处流通的原理, 在高程低处设置机械进风, 高程高处设置机械排风;排风沉井距离地面高差达20m, 设计采用在沉井内部设置2台排风机进行接力排风的方案。

　　 参照相关规范^[4]要求, 敷设电力电缆的舱室, 逃生口间距不宜大于200 m。因此, 跨海段按不超过200m设置1个防火分区, 内部设置常开的甲级防火门, 火灾时自动关闭, 发生火灾时的人员的逃生疏散则以防火分区为区间。

　　 市政舱内给水管、原水管、通信线缆均为不燃或难燃材质, 沿线仅设置手提式干粉灭火器。给水管、原水管为压力管线, 主要风险在于如发生爆管等突发事件, 将威胁管廊安全, 设计考虑在顶管两侧沉井设置集水坑, 一旦出现爆管, 泄水顺着管廊坡度排至集水坑内, 同时报警启动, 以保障事故时检修人员及廊内其他管线的安全。

　　 电力舱则重点考虑电力管线可能发生火灾的风险, 设置超细干粉自动灭火装置。防护区发生火灾时, 区域灭火控制器确认火灾信号后发出声光报警信号, 经设定的延时时间 (0~30s可调) 后, 廊内检修人员撤离至相邻的防火分区逃生, 之后启动该区域内灭火装置灭火。

　　 过海段综合管廊与普通陆地段有所不同, 其地下水与海水联通, 具有高腐蚀性、后续维修难等特点, 因而保障结构本体的耐久性是本工程的关键, 重点采取以下措施: (1) 在国标《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》 (JC/T 640-2010) 基础上提高了顶管管材要求, 采用C50密实性防水混凝土, 抗渗等级采用P8, 并添加混凝土耐腐蚀剂; (2) 顶管管节的承口外环钢板采用10CrMoAl海水耐腐蚀钢板; (3) 顶管管节承插口处采用双橡胶圈止水, 提高接口防水的可靠性, 减少渗漏海水对综合管廊耐久性的影响。

　　 过海段综合管廊的建设能充分发挥综合管廊系统性和整体性, 有效提高了城市市政承载力的安全水平。海域使用论证、通航影响评价等相关问题研究是本工程顺利开展的保障。过海段综合管廊工程方案选择与环境条件 (通航、地质) 、自身特点 (长度、功能、工期、造价) 密切相关。

　　 过海段综合管廊工程相对于一般的地下综合管廊, 造价更高、难度更大, 且涉及海洋、航道等众多部门, 因此要经过更为充分的规划、研究和设计论证工作。希望本文过海段综合管廊的规划设计及相关研究能为其他城市的过海、过江、过河的综合管廊建设提供借鉴。