王立，王旭东

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088)

摘要：芜湖城南长江隧道为安徽省首座长江隧道，也是芜湖市城市快速路的一部分。本文主要介绍了过江隧道总体设计的思路和部分技术指标，包括隧道平面线形设计、纵断面设计、横断面设计、交通组织及收费模式分析等。

关键词：芜湖城南长江隧道；总体设计；纵坡；交通组织；收费站；盾构

1 工程背景

芜湖城南长江隧道为八百里皖江第一隧，位于芜湖市长江大拐弯段。西起江北新区纬一路，东至江南弋江区大工山路，全长约6km，距下游在建商合杭高铁大桥6km，距离下游现状芜湖长江大桥9km(图1)。《长江经济带综合立交交通走廊规划(2014-2020)》中芜湖城南过江隧道被列安徽省内 17 条过江通道之一[1]。

图1 工程位置图

本项目的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。

2 隧道线位选择

设计过程中，结合规划对本隧道的选址进行了进一步论证比较(图2)。

方案一：纬一路↔大工山路走向

大工山路位于芜湖城市总体规划中的中心城区“日”字型城市快速路内环线的南线，道路等级高，红线较宽，接线条件顺畅，通行能力较好；隧道出口设置在大工山路，可以充分利用大工山路的绿化带设置隧道出入口，便于交通组织；同时大工山路现状车流量不大，施工场地条件较好，工程影响小。

但是，该走向南北两岸接线道路位置错位较大，穿江段路线长，盾构区长4 000m，工程造价高。其次隧道在南北江滩段弯道半径较小，其中江南段隧道最小半径为1 000m，虽然可满足规范要求，但隧道行车舒适性相对较低。

方案二：纬一路↔红花山路走向

该方案，隧道总长较方案一缩短235m，其中盾构区缩短至3 620m。最小弯道半径可提高至1 500m。从造价及行车舒适性而言，均具有一定优势。

但红花山路宽度为40m，且两侧地块均已建成，建筑退让较少，不具有进一步拓宽条件。同时在红花山路上进一步实施高架快速路与隧道衔接将困难重重。

因此，综合考虑南岸接线道路后期快速化改造的难易程度，及快速路网结构布局等因素，确定纬一路↔大工山路作为城南过江隧道的实施线位。

图2 隧道线位比较

3 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：主线双向六车道。

(4)车道宽度： 3.5m(小客)、3.75 m(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 1 000m。

(9)凸/凹形竖曲线最小半径 4 500m。

(10)主线最大纵坡：4%。

(11)交通量等级：重型交通等级。

(12)通行车辆：禁止危险化学品、大货、中货等车辆，仅限通行客车及小货。

4 工程建设条件

场区地貌属长江中下游冲积平原，地层结构较复杂，地层上部为人工填土，第四系松散沉积物，下伏白垩系、侏罗系基岩。第四系松散沉积物无为侧为淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉细砂、粉土等，厚度 30～50m；南岸侧为淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土等，厚度 30～40m。基岩风化起伏较平缓，岩性软单一，无为岸为白垩系粉砂岩，芜湖岸为侏罗系凝灰角砾岩。长江区域在 YK5+245～YK5+275(ZK5+280～ZK5+310)处发育 F1层，断层以北揭露的基岩变化较大，岩石抗压强度存在较大差异，主要为白垩系紫红色粉砂岩、灰白色石英砂岩、灰黑色泥质粉砂岩呈互层状分布；断层以南为侏罗系凝灰角砾岩，岩性单一。

5 总体设计方案

5.1 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、1km宽长江主河槽、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。

由于线路条件的限制，过江段隧道为大角度S形式。左右线进行设计，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2 000m和1 000m；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1 800m和1 100m。

5.2 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。

5.3 纵断面设计关键点

5.3.1 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。

5.3.2 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[2-4]，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。

5.3.3 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1.6km长的长江慢滩盾构区，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。

5.4 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1 415m 0.964%的缓坡,避免盾构过早进入硬岩层。然后接着以660m 4%的纵坡进入江底，隧道在江底设置640m 1.35%的缓坡，之后沿620m 4%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4 500m(凸型)和4 500m(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(图3)。

图3 芜湖城南长江隧道平纵缩图

5.5 横断面设计

隧道盾构段采用圆形横断面，隧道外径14.5m，内径13.3m，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(图4)。

图4 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(图5、6)。

图5 盾构隧道横断面图

图6 U槽段横断面图

6 交通疏解设计

6.1 江南岸交通疏解设计

(1)与中山南路衔接。本项目为过江隧道工程，项目周期长，大工山路还未启动快速化改造，为减少工程造价，降低工程复杂程度，近期与中山南路平交，待远期快速化改造时，一并分析解决快速内环线的大范围交通组织设计问题。本次设计预留远期上跨中山南路条件。

(2)与长江南路衔接。盾构井位于长江南路交口，与长江南路高差达20.5m，无法设置连接匝道，主线两侧设置地面辅道与长江南路平交，过江车辆通过中山南路平交口及周边路网绕行(图7)。

图7 江南交通疏解示意图

因此，设计中要加强周边道路的交通渠化及边道路的路网功能，避免交通拥堵。

6.2 江北岸交通疏解设计

江北岸主要道路有滨江路、化工东路，受纵断面方案及隧道口位置的限制，收费站设置于化工东路以西，并设置组合式喇叭形互通立交，主线东西向通过设置间接式内环匝道接入化工东路、滨江路，滨江路、化工东路通过设置内环匝道接入隧道主线；主线南北侧均设置辅道(图8)。

图8 江北路网规划

江北分近远期实施，近期只实施主线部分(包含主线收费站)，远期随着规划区域开发建设，交通流量的增长，再实施远期互通立交及联系辅道(图9)。

图9 江北远期互通效果图

7 收费模式分析

江南为城市建成区，无设置收费站条件，故将收费站设置在江北。为避免收费站成为交通瓶颈，结合我国交通工程发展水平及芜湖地区现状，进行了“电子不停车收费”型式的探讨。电子不停车收费系统是指整个收费广场基本由ETC车道组成，有OBU卡的车辆在自由流的状态下无阻拦不减速不停靠的状态下通行ETC车道，自动完成计次计费[5]。电子不停车收费站较传统收费站规模较小，通行速度快，是收费技术的发展趋势，现阶段，仅在一定区域范围内实施案例，如武汉过江桥隧就采用电子不停车收费系统[6]。

电子不停车收费节点的建设除了完备制度保障，还需要投入较大的人力进行管理，完成收费的全过程管理和监督，营运管理难度较大。目前芜湖地区过江通道较少，如果只针对本项目建设相关配套设施，其成本就显得有点大。因此，本项目推荐采用常规收费站模式。

根据《收费公路联网收费技术要求》(2007年第35号公告)，收费系统机电系统为使用开始10年，计划2023年底通车，因此以2024年为特征年，计算标准设计小时交通量，年平均日交通量 54 000 pcu/d，高峰小时流量 3 121 pcu/h，计算车道数为13进13出。考虑本项目交通量主要为小客车及不停车收费(ETC)的设置，适当减少收费站规模，确定收费站规模为11进11，其中包含3进3出不停车收费车道。

8 结束语

随着我国城市经济的快速发展，沿江城市穿越长江隧道等工程在我国已有了不少成功案例，但主要集中在上海、南京等沿江经济发达城市。作为安徽省的首座长江隧道，芜湖城南长江工程具有其特有的示范价值。本文主要介绍了芜湖城南长江隧道总体设计的思路和部分技术指标，希望可为以后同类型工程的规划和设计起到一定的参考作用。

〔参考文献〕

[1] 中国市政工程网.安徽筹建首条过江隧道将采取BOOT模式[J]. 隧道建设(中英文), 2014(8):736.

[2] 郭信君, 闵凡路, 钟小春,等.南京长江隧道工程难点分析及关键技术总结[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(10):2154-2160.

[3] 王勇. 上海外滩隧道工程大直径盾构出洞施工技术概述[J]. 隧道与轨道交通, 2011(4):27-29.

[4] 曲明玉. 南京长江隧道与扬子江隧道工程技术对比[J]. 中国建材科技, 2016, 25(4):113-116.

[5] 石倩.高速公路电子不停车收费系统(ETC)应用及发展趋势探讨[J].中国新技术新产品, 2016(12):179-180.

[6] 张铁军.武汉路桥ETC系统实施经验[J].交通世界,2017(21):18-19.

中图分类号：U452.2

文献标识码：A

文章编号：1673-5781(2018)05-0708-04

收稿日期：2018-10-12；

修改日期：2018-10-30

作者简介：王立(1983-)，男，陕西西安人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司高级工程师．

芜湖城南长江快速公路隧道总体设计