我國跨江越海隧道的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

1、我國跨江越海隧道的發(fā)展現(xiàn)狀與展望洪 開 榮我國水下隧道的發(fā)展幾個主要的工程實例瓊州海峽隧道的設想未來的展望主 要 內(nèi) 容一 我國水下隧道的發(fā)展1 第一座穿江公路隧道上海打浦路隧道 1965年我國第一條越江隧道打浦路隧道開始修建，該隧道為市政道路隧道，設計為單洞雙車道隧道，全長2736m，穿越上海黃浦江，隧道江底段長1300m，歷時6年多于1971年6月竣工。在該隧道施工中首次采用了大斷面盾構，采用的盾構為網(wǎng)格式盾構，應用氣壓平衡原理。該隧道的建成開啟了我國穿江越海隧道建設的新紀元。2 穿江隧道的發(fā)展時期 盡管在1976年應用沉管法成功的修建了上海金山石化工程第一座排污水下隧道，但是真正迎來穿江

2、隧道發(fā)展是在上世紀8090年代（也是我國改革開放和經(jīng)濟快速發(fā)展時期），分別建成了珠江沉管隧道（地鐵與市政道路合建）、寧波甬江隧道、上海延安東路等公路隧道，同時還建成了上海地鐵二號線區(qū)間過江隧道。一 我國水下隧道的發(fā)展3 穿江越海隧道蓬勃發(fā)展期 進入21世紀，市政道路、地鐵、高速鐵路、輸水輸氣、綜合管線等各種用途的水下隧道應用而生，江下、海底隧道齊頭并進。同時根據(jù)隧道的用途和其在不同地質環(huán)境，盾構法、沉管法、礦山法等各種修建方法各顯神通。 一 我國水下隧道的發(fā)展4 二十一世紀已建與在建水下隧道一 我國水下隧道的發(fā)展深圳前灣海底輸氣管廊南京長江隧道 世界時速最高的獅子洋隧道（盾構法）進入了建設高潮

3、；世界最大斷面的上海長江隧道（盾構法）貫通了；世界最長的沉管隧道港珠澳隧道即將開工；國內(nèi)海底最長的膠州灣海隧道（礦山法）正在穩(wěn)步推進。5 幾個有重大影響的水底隧道一 我國水下隧道的發(fā)展膠州灣海底隧道上海長江隧道港珠澳沉管隧道1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道二 幾個主要工程實例 盡管先期在長江上修建了重慶排污隧道、城陵基輸氣隧道，但其工程的復雜性、影響力、規(guī)模與重要性都與武漢長江隧道難以相比，因此武漢長江隧道也被稱為“萬里長江第一隧”。 工程概況 武漢長江隧道是武漢市第一條重要的公路過江通道，位于武漢長江一、二橋之間，設計車速50km/h，隧道全長3630m，其中過江隧道左右線各長2538m，采

4、用盾構法施工。漢口端設2條匝道，武昌端設4條匝道與路網(wǎng)相接。二 幾個主要工程實例1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道 隧道縱斷面 線路縱坡大致為U形，最大下坡為4.35%，最大上坡為4.4%。盾構隧道內(nèi)凈空10m，管片外徑11m。盾構隧道最小覆土厚6.3m，最大覆土厚40.5米。線間距為1628m。隧道斷面底部設逃生通道和電纜通道，中部為行車道，上部為專用排煙道。二 幾個主要工程實例到達井始發(fā)井聯(lián)絡通道長江1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道二 幾個主要工程實例1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道 工程地質 盾構隧道主要穿越粘土層、粉土層、粉質粘土層、淤泥質粉質粘土層、粉細砂、中粗砂，局部地段穿越泥質粉砂

5、巖夾砂巖頁巖，其中穿越粉細砂層和中粗砂層占74.74%，穿越粉土和粘土層占23.03%，穿越卵石層占1.01%，穿越巖石占1.22%。最大切巖深度為2.341m，巖石最大單軸看壓強度29.4MPa。 隧道范圍內(nèi)地下水主要有上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水三種類型。設計最大水壓為0.57MPa。 技術難題之一： 始發(fā)端近距離下穿武工大電教樓 碳素纖維圍護與切削技術 雙層洞口密封防護 氣壓補償泥水盾構 二 幾個主要工程實例1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道 技術難題之二：高水壓下長距離掘進的刀具的檢查 高性能泥漿的研究與應用 高氣壓下進倉作業(yè)技術 二 幾個主要工程實例1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道 技

6、術難題之三：江中約300m軟硬不均段掘進 雙重切刀與滾刀的設計與布置 二 幾個主要工程實例1 萬里長江第一隧：武漢長江隧道 翔安海底隧道全長 6.05 km，其中海域段長 4.2 km ，設計為雙向六車道隧道，采用鉆爆法施工。2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例翔安隧道翔安區(qū)廈門島隧道起點K6+540豎井K7+850，內(nèi)徑8.3m，深約45m隧道終點K12+485豎井K11+250，內(nèi)徑8.3m，深約45m服務、管理區(qū)五 通翔 安2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例 為了解決運營通風問題，在近海岸處設兩座通風豎井；為解決救災問題，全隧共設置12各橫向聯(lián)絡通道。 行車隧道：凈寬14.5m、凈

7、高 10.5m；凈空面積：122平米； 服務隧道：凈寬 6.5m，凈高 6m，凈空面積：33平米；上部為檢修車通道、逃生通道；下部為市政管廊：直徑1米供水管、 22萬伏高壓電纜、通信光纜。施工中超前掘進兼作地質導洞。52m22m服務隧道2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例 隧道的最大設計縱坡3%，線路所處的最大海水深度30m，隧道最低點位于海平面下約 65m。 場區(qū)為花崗巖地層，隧道大部分地段處于微風化巖中，主要不良地質有：兩岸全強風化層、翔安側淺灘段部分透水砂層、海域段多處全強風化深槽（囊）。F3F1F4F2F1、F2、F3：全強風化深槽；F4：全強風化深囊全強風化層全強風化層、部分透水砂

8、層海水最深約30m2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例 海底風化深槽的處理 物探與鉆探綜合超前地質預報 全斷面/周邊超前注漿堵水與加固 大管棚超前支護 雙側壁導坑法施工日本青函隧道發(fā)生4次大涌水2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例 陸域全風化花崗巖段施工 洞內(nèi)上半斷面超前小導管注漿 地表深井降水 中隔壁法施工 海底隧道施工安全監(jiān)控與預警 應急預案與演練2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例2 廈門翔安海底隧二 幾個主要工程實例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道二 幾個主要工程實例 獅子洋隧道位于廣深港高速鐵路客運專線東涌站虎門站區(qū)間內(nèi)，隧道全長10.8Km

9、,其中盾構隧道長9340m，隧道內(nèi)徑9.8m、外徑10.8m，兩隧間共設23個聯(lián)絡通道。獅子洋隧道是我國第一條鐵路水下隧道，也是我國唯一的特長水下隧道,設計時速350km。 盾構隧道要下穿小虎瀝、沙仔瀝、獅子洋等三個珠江入海水道，獅子洋水道為珠江航運的主航道，最大水深26m。隧道最大縱坡為20，最小縱坡為3。隧道最大覆土52.3m，最小覆土7.8m；水下最小覆土8.7m。二 幾個主要工程實例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 盾構隧道大部分處于微風化砂巖、砂礫巖中，約1800m長處于淤泥質與粉質粘土中,960m長穿越上軟下硬地層；隧道所穿越基巖的最大單軸抗壓強度達82.8MPa，基巖的石英含量最高

10、達55.2%，巖石地層的粘粉粒（75m）含量為26.155.3%。 隧道范圍內(nèi)地下水位處于地表下0.5m1.2m，地下水主要為第四系地層的孔隙水和白堊系巖層的裂隙水，具承壓性；基巖的滲透系數(shù)達6.410-4m/s，地下水對混凝土結構具有鹽類結晶的弱中等侵蝕性。二 幾個主要工程實例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道二 幾個主要工程實例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 主要特點 獅子洋隧道是我國第一條鐵路水下隧道，也是我國目前唯一的一條特長水下隧道，其設計時速達350km。 獅子洋隧道三次穿江越洋，其中獅子洋水面寬達3300m，水深達26.6m，設計水壓達0.67MPa,為我國水壓最大的水下隧道； 盾構

11、隧道要掘進三種不同的地層：軟土地層、軟硬不均地層、巖石地層，具有很大的技術難度； 本工程采用“相向掘進、地中對接、洞內(nèi)解體”的盾構施工技術，這在國內(nèi)是首次。 二 幾個主要工程實例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道對接施工技術 四 獅子洋隧道施工技術 隧道的測量 對接方法 3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道對接面穩(wěn)定性離心試驗 軟硬不均地層掘進技術 由于原設備的設計缺陷，導致第一臺盾構在軟硬不均地層掘進異常困難，刀具磨損與破壞率很高，堵塞現(xiàn)象嚴重，月進度不足百米。四 獅子洋隧道施工技術3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道四 獅子洋隧道施工技術 軟硬不均地層掘進技術 經(jīng)過現(xiàn)場的仔細分析與研究，對右線所使用的盾構

12、機環(huán)流系統(tǒng)進行了改造，特別是對泥水倉與氣墊倉的沖刷形式動了大手術，并將刀具布置方式進行了調整，右線同段軟硬不均地層的掘進月進度達到了200m，刀具消耗與磨耗基本正常。3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道長度(m)用時(d)滾刀消耗(把)切刀(把)刮刀(把)帶壓進倉用時(d)左 線4901352613538554右線（改進后）480751532301623效 果80%41.3%34.8%81.2%-57.4%改造前后軟硬不均地層段掘進對比分析 減壓限排技術 在高水壓條件下如何保障換刀人員的安全、提高刀具更換效率具有很大的技術難度，為此在獅子洋隧道施工中首次提出并采取了“減壓限排換刀技術”,該技術的主要

13、目的是盡可能地降低帶壓換刀的氣壓或創(chuàng)造常壓作業(yè)條件，保障換刀人員的健康與安全，提高工作效率。 四 獅子洋隧道施工技術3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道四 獅子洋隧道施工技術3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 減壓限排技術 主要技術措施是采取三維滲流場分析評估環(huán)境影響、限量排水降低地下水壓、利用水幕原理建立平衡、必要時利用超前鉆注設備進行地層適度改良，目前該技術在獅子洋隧道的施工中獲得了明顯的效果，減壓率達到了34.4%。生物島-大學城隧道侖頭-生物島隧道二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道 該工程分為兩個單元，第一單元路線長1110m，隧道段總長650m；第二單元線路長度1337.6 m，

14、隧道總長810m。每個單元都包含一座沉管隧道，隧道設計為雙向四車道，設計時速50km。 第一單元侖頭生物島段，沉管隧道長度320米,分為四節(jié)管段，E1、E2管段各長80米,E3管段長65米，E4管段長95米；沉管段采用水下最終接頭。二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道 由于本單元工程所處的環(huán)境兩岸拆遷難度大，且周邊地塊沒有干塢場地，因此采用了半潛駁移動干塢形式制作管節(jié)；并根據(jù)總體施工安排，最終接頭中部水下接頭方式。二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道E1E2E3E4最終接頭 第二單元沉管隧道長度214m,共分為兩節(jié)管段，E1、E2+E3管段長度分別為94、116+4米；

15、沉管段采用岸邊水下最終接頭。二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道 由于本單元工程采用了軸線干塢形式制作管節(jié)，管節(jié)出塢和浮運采用岸控方式進行；最終接頭為岸邊水下接頭方式。二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道 兩個沉管隧道的管節(jié)之間均采用“GINA”和“”止水帶防水，管節(jié)之間采用拉索連接。沉管的基底處理均采用后鋪法，應用灌砂船進行底部充填處理。 二 幾個主要工程實例4 侖頭生物島大學城沉管隧道 目前瓊州海峽的運輸主要以輪渡為主，包括粵海鐵路也是采用輪渡方式，但由于受平均每年臺風影響次數(shù)達27次，且臺風登陸時風力大于12級以上，以及年平均霧日數(shù)為23天（最多43天）的影響，極

16、大地制約了海南的發(fā)展。 海峽最小寬度為18.6km，海水深度在20117m之間。海床下200m范圍內(nèi)的地層主要為第三、第四系粘土、粉土和砂層。1 目前的現(xiàn)狀三 瓊州海峽隧道 根據(jù)國外的經(jīng)驗，在跨越較窄的海峽時，采用橋梁方案最為經(jīng)濟，而對于海峽寬、水深大的情況，應優(yōu)先考慮選用隧道方案。因此采用隧道方案作為跨越瓊州海峽的可行方案。對于隧道方案，因為公路隧道存在運營通風的問題，并且相對鐵路其發(fā)生火災的頻率較高，因此應將鐵路隧道方案作為首選方案，通過運行穿梭列車，汽車可通過穿梭列車運行穿過隧道，這與世界各大海峽隧道的方案是一致的。2 通道的修建方案三 瓊州海峽隧道 據(jù)有關資料研究，目前主要研究了四條線

17、路 3 目前研究的線路情況三 瓊州海峽隧道 線-線方案比較4 四個線路方案的比較三 瓊州海峽隧道5 目線的地質縱剖面三 瓊州海峽隧道 瓊州海峽海底地層主要為第三、第四紀海相沉積，從上到下各層地層簡述如下： (1) 淤泥：Q4，灰色，流塑，含貝殼，厚度15m左右，主要在海峽中部深水盆地； (2) 砂層：Q4，灰黃色，松散，含貝殼，厚度10m左右，在海峽局部出現(xiàn)； (3) 粉砂質粘土：Q3，淺黃色，松散，厚度只有幾米，在海峽南部局部地方出現(xiàn)； (4) 風化玄武巖：Q2，褐色，碎石狀，厚度3m左右，在海峽北部的淺海區(qū)； (5) 粘土：Q1，灰色到灰綠色，主要分布在海峽的中部及北部的淺海區(qū)，從中部到北

18、部厚度由十幾米變到幾米，塑性狀態(tài)由可塑到硬塑到堅硬； (6) 粉土質砂：Q1，黃色到褐黑色，稍密到中密狀態(tài)，主要分布在海峽的中部及北部的淺海區(qū)，厚度從中部的幾米變到北部的30m左右； (7) 粘土層：N2，厚度達幾百米，廣泛分布于海峽及兩岸地區(qū)。其中粘土層為：灰色到灰黑色，低液限，局部含貝殼或鈣質結核，頂層為可塑到硬塑狀態(tài)，其余各層為硬塑到堅硬狀態(tài)，層厚達幾十米；粉砂質砂層為：灰色，中密到密實，局部含鈣質結核，厚度達十幾到幾十米。 6 主要地層條件三 瓊州海峽隧道 在區(qū)域內(nèi)共分布有近東西向6條、北東向6條、北西向5條斷裂；影響隧道修建的斷裂主要是近東西向的瓊州海峽斷裂（F3)。 7 主要地質構造三 瓊州海峽隧道 軟土基礎的隧道穩(wěn)定性問題 高水土壓力的問題 長距離隧道施工問題 測量精度控制問題 聯(lián)絡通道的施工問題 防災救災問題 8 瓊洲海峽隧道的技術難題三 瓊州海峽隧道 根據(jù)廣深港獅子洋隧道的施工經(jīng)驗，結合上海長江隧道盾構獨頭掘進7.5km的刀具磨損情況，采用“雙洞單線聯(lián)絡通道”的模式修建海峽隧道是可行的；正線可采用盾構“相向掘進、中間對接、洞內(nèi)拆機”的方法施工，對接方式可采用機械式對接；聯(lián)絡通道可采用頂管方式修建。 9 修建方式與方法三 瓊州海峽隧道四 未來的展望 由