海底隧道建設

1、1 海底隧道施工海底隧道施工技術技術 2017.11.2017.11. 目錄 CONTENTS 海底隧道 發(fā)展 施工方法 海底隧道特點 工程難點 案例分析 翔安隧道工程 第 3 頁 公元前2180前2160年巴比倫修建了一條穿越幼發(fā)拉底河，從王宮到朱 庇特廟的長約 900米的人行隧道。 近代水底隧道始建于英國，1807年英國在倫敦動工修建連接泰晤士河兩岸的人 行隧道，因無法克服泥水涌入隧道被迫停工，直到1825年在法國工程師指導下，初 次采用盾構法施工，才于1843年建成第一條泰晤士河水底隧道 至20世紀80年代初，海底隧道修建技術已經(jīng)有了長足的發(fā)展，世界上已有百余條海底隧 道項目成功完成。

2、巴比倫 人行隧道 英國 泰晤士河水底隧 道 日本青函隧道英法海峽隧道挪威 海底隧道的發(fā)展 第 4 頁 A B C 形式：隧道、橋梁、橋隧組合 用途：鐵路隧道(或橋梁)、公路隧道(或橋梁)、 公鐵兩用隧道(或橋梁)以及它們的組合。 跨海方式 抵御戰(zhàn)爭(特別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭)及其它自然災害的能力較弱 受天氣的影響很大 橋梁的局限性 跨越較窄的海峽時，采用橋梁方案最為經(jīng)濟， 海峽寬、水深大的情況下，應優(yōu)先考慮選用隧道方案 方案選擇 海底隧道的特點 第 5 頁 工程 難點 地質(zhì) 勘測 水壓 力 腐蝕 堵水 排水 涌水 后勤 通風 地質(zhì)勘測困難、造價 高，準確性低，工程風險 大。須進行超前地質(zhì)預報。 很高的孔

3、隙水壓力會降低隧 道圍巖的有效應力，造成較低的 成拱作用和地層的穩(wěn)定性，襯砌 也長期受較大的水壓作用。 必須加強施工期間對不 良地質(zhì)段和涌水點的預 測和預報。 綜合復雜的海洋腐蝕環(huán) 境會導致隧道結構混凝 土和鋼筋腐蝕， 注漿加固圍巖，堵住出水點 再開挖；同時加強機械排水， 以堵為主，堵抽結合 單日掘進長度很大， 對施工期間的后勤和 通風有更高的要求。 工程難點 第 6 頁 目前仍處于研究階段 海底隧道的 施工方法 懸浮隧道 鉆爆法 TBM法 沉管隧道 施工方法 日本青函隧道 英法海峽大隧道 港珠澳大橋海底隧道 第 7 頁 1）斷面可靈活變化,隨機設置,空間利用率高; 2）施工方法和施工順序易于

4、調(diào)整,機動性好,對地層地質(zhì)適應能力好; 3）借助中間輔助坑道或平行導坑開辟工作面,提高施工進度; 4）機械化程度可高可低,便于成本控制 ； 1)采用鉆爆法施工洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境差,工人勞動強度大; 2)頻繁的爆破作業(yè)對隧道圍巖擾動大 ,不利于圍巖穩(wěn)定; 3)對海底隧道的埋深要求高,加大了工程費用 ; 4)采用鉆爆法長距離獨頭掘進通風困難； 優(yōu)點 缺點 鉆爆法應用廣泛 ,在常見的隧道施工中一直占著主導地位 施工方法 鉆爆法 第 8 頁 施工方法 防水 措施 采用防水混凝土： 防水混凝土的制作，主要靠調(diào)整級配、 增加水泥量和提高砂率，以便在粗骨 料周圍形成一定厚度的包裹層、切斷 毛細滲水沿粗骨料表面的通

5、道，達到 防水抗水的效果。 壁后回填： 壁后回填是對隧道與圍巖之間的空隙 進行充填灌漿，以使襯砌與圍巖緊密 結合，減少圍巖變形，使襯砌均勻受 壓，提高襯砌的防水能力。 雙層襯砌: 雙層襯砌可以達到兩個目的： u 防護上的需要：在爆炸載荷作用下，圍巖 可能開裂破壞，只要襯砌防水層完好，隧 道內(nèi)就不致大量涌水，影響交通。 u 防范高水壓力：有時雖采用了防水混凝土 回填注漿，在高水壓下仍難免發(fā)生襯砌滲 水，在此情況下，雙層襯砌可作為水底隧 道過河段的防水措施。 圍巖注漿： 為使水底隧道圍巖提高承載力、減少 透水性，可以在圍巖中進行預注漿。 特別是采用鉆眼爆破作業(yè)的隧道，通 過注漿可以固結隧道周邊的塊

6、狀巖石， 以形成一定厚度的止水帶，并且填塞 塊狀巖石的裂縫和裂隙，進而消除和 減少水壓力對襯砌的作用。 12 43 水底隧道的主要部分處于河、海床下的巖土層中。常年在地下水位以下，承受著自水面開始至 隧道埋深的全水頭壓力。因此水底隧道自施工到運營均需要注意防水問題。 第 9 頁 斷層破碎帶若與其上或附近的水系相溝通，隨時都有可能給工程帶來淹沒、塌通、涌水，或形成泥石流 的危險。穿越斷層破碎帶，主要問題在于對斷層破碎帶的支撐、加固和堵水，目前國內(nèi)外經(jīng)常采用的方 法是強行穿越法、注漿法、凍結法和其它輔助方法. 穿越斷層破碎帶 強行穿越法:最常用的傳統(tǒng)方法，其特點是支撐護頂，隨挖隨砌。根據(jù)工程經(jīng)驗，

7、 短段掘砌、噴錨支護、超前支架、側壁導坑等方法較為常用。 方法 施工方法 注漿法:這是人工充填圍巖裂隙的一種方法，在一定的注漿壓力下，漿液被擠壓入巖層沿裂隙 流動擴散，由于其充塞和水化作用，在裂隙內(nèi)成為具有一定強度和低透水性的結石體，從而 達到堵塞裂隙、截斷水路和加固圍巖的目的。 凍結法:這是用冷媒傳遞冷量使含水地層降溫凍結的方法，依靠凍土的強度達到承受地壓的目的，使 開挖和襯砌處在凍土保護之下安全進行。國內(nèi)外一般都將凍結法用于其它方法不適用的地層。 其它輔助措施:為了安全可靠地穿越斷層破碎帶，除采用以上方法外，還要采取幾種輔助措施，如超 前探水、設置安全疏散日、強排堵截等。 第 10 頁 所

8、謂沉管隧道，就是將若干個預制管段分別浮運到海面(河面)現(xiàn)場，并一個接一個地沉放安裝在己疏浚好的地 槽內(nèi).至今世界上己修建了100多座沉管隧道，最長達5. 8 km。我國修建沉管隧道起步較晚，己建成的有上海金 山供水隧道、黃浦江寧國路隧道、天津海河隧道、寧波甬江隧道以及廣州珠江隧道。 沉管法 特點 選用原則 沉管隧道適用于海底地形平 坦、水深及跨度不太大的情 況。 優(yōu)點 沉管法對地質(zhì)條件的適應性 強、隧道的覆蓋層薄，從而 使隧道總長度減??； 隧道斷面利用率高，防不可 靠度高，施工周期短及工程 造價合理等。 施工方法 第 11 頁 施工方法 01 02 0304 05 要求管段不滲漏，均質(zhì)，重量對

9、稱， 結構牢固，以保證浮運時沒有傾倒的危險 以及能在水上拖運足夠遠的路程。 先將管段沉放在預先設置好的支 座上，再將竹段與基槽之間的空隙填實。 目前常用壓砂法， 受氣象、洋流、自然條件的直接 影響，還受航道條件的限制。 主要采用水力壓接法，水下壓接的 住要工序是對位、拉合、壓接、拆 除封墻。 1.管段本身防水：嚴格控制混凝土的成 分配比、降低溫差、施工期間延遲拆 除模板、連續(xù)澆灌管段、加設輔助防 滲管段； 2.接縫防水：依靠橡膠止水墊環(huán)和止 水膠帶 管段制作與裝配 基礎處理 管段沉放 管段聯(lián)結 防水技術 沉管法 施工關鍵 技術 第 12 頁 盾構法和TBM法 局限性優(yōu)點 盾構法一般限制在港灣下

10、的淺水區(qū)和沿海地帶，在深堆積層等軟弱的不透水粘土中最為適用。該法 對地面（或海底面）的影響很小。其施工時，主要為盾構掘進機在地層中推進，利用其面的刀盤切 割土石并將棄砟運出隧道外，同時拼裝預制好的隧道管片（結構）。 盾構掘進機技術發(fā)展余地很大 ,設備性能日益完善 ,適用范圍越來越廣。 由于盾構掘進機的突出特點 ,所以在特長的海灣、海峽隧道建設中,有著其它施工 手段往往不能代替的優(yōu)勢。 斷面形式和線型受限 ,靈活度不大 ,曲線半徑不能太小 機件復雜 ,設備昂貴 ,建設成本中設備費用占比較高 對地層地質(zhì)和水文情況敏感度極高 掘進中途須更換刀具和整修刀盤 ，工藝復雜 ,操作困 難 隧道洞口附近需要有

11、較大的施工整備場地 , 代價較高 現(xiàn)代化的生產(chǎn)手段速度快 ,效率高 施工通風易于解決 , 可以實現(xiàn)長距離獨頭掘進 進洞工作人員作業(yè)環(huán)境較好,安全保證程度高 隧道管片及防水系統(tǒng)工廠化預制,機械化拼裝 ,質(zhì)量穩(wěn)定 比較鉆爆法施工隧道埋深要求較低 ,因此線路長度可縮短 施工方法 翔安隧道施工技術 4-1 工程概況 4-2 工程特點 4-3 施工技術 Part4 案例分析 第 14 頁 廈門大橋廈門大橋 海滄大橋海滄大橋 廈門東通道廈門東通道 （翔安隧道）（翔安隧道） 翔安翔安 區(qū)區(qū) 廈門廈門 島島 金門金門 鼓浪嶼鼓浪嶼 漳州漳州 第 15 頁 工程概況 廈門翔安海底隧道是我國大陸第一條海底隧道，

12、翔安隧道最深在海平面下約70m，全長6.05km，其中 海域段長4.2km，該隧道為雙向6車道雙洞海底隧道， 采用三孔隧道形式穿越海域，兩側為行車主洞，中間 一孔為服務隧道。隧道沿線設通風豎井兩座，車行橫 洞5處，人行橫洞12處，翔安西濱側設收費、服務、管 理區(qū)，工程總投資約36億元人民幣。它是一座兼具公 路和城市道路雙重功能的隧道。翔安隧道不僅是我國 內(nèi)地第一條海底隧道，也是第一條由國內(nèi)專家自行設 計的海底隧道，隧道采用鉆爆法施工，行車速度為 80km/h。 案例分析 52m 22m 第 16 頁 案例分析 水下地質(zhì)條件具有較強的多變性和不可確定性，施工 中可能發(fā)生涌水、突水，隧道持續(xù)坍塌或

13、嚴重進水， 施工風險大 主隧道按3車道設計，最大開挖斷面尺寸 17.04m12.55m(170m2)；主要采用CRD工 法、雙側壁導坑法、上下臺階法施工 斷面大，工法多 國內(nèi)第一，技術含量、標準要求高 。 施工過程中遇到多項世界級的技術難題， 須進行必要的科研試驗 結構防腐抗?jié)B要求高 陸域和淺灘地帶：基巖全風化帶厚度較大； 海域：累計穿越風化槽總長度為1118.5m。 地質(zhì)條件復雜 縱剖面呈V形，下坡施工，水不能自流 排出，施工中須制訂完善的排水方案， 施工供電也必須安全、可靠、不間斷。 施工排水量大 翔安隧道工程特點 第 17 頁 案例分析 超前預報預測 通過TSP、紅外探水、地質(zhì)雷達、超前水平鉆孔等各 種方法的運用，相互對照、相互補充，提高物探成果 解譯水平和地質(zhì)預報精度。 01 02 隧道結構防水施工 1.采取“以堵為主”的施工原則，通過 超前地質(zhì)預報系統(tǒng)準確分析前方地質(zhì) 破碎帶情況。 2.采取超前帷幕注漿，超前小導管和中 空錨桿注漿，后注漿等防水措施 3.重視在初期支護背后充填注漿的施工， 確保初期支護不滲不漏。 4.加強結構的自防水能力，封閉滲漏水 在初期支護之外，二次襯砌結構在無 水條件下施工 5.采取分區(qū)防水形式，充分保證防水板 的防水效果 03 04 隧道施工安全風險管理 由于海底隧道施工