選修2-2-1水下隧道技術

水下隧道技術16三月20251/48目錄一、水下隧道施工方法二、我國水下隧道技術現(xiàn)實狀況三、國內外經典水下隧道工程四、水下隧道技術展望2/48什么是水下隧道？3/48一、水下隧道施工方法除個別水下隧道可采取圍堰明挖法外，在江、河、海下普通采取暗挖法（鉆爆法、TBM和盾構法）以及沉管法。南京長江隧道廈門翔安隧道4/48一、水下隧道施工方法鉆爆法

水下隧道鉆爆法與陸地隧道無根本區(qū)分，主要關鍵技術是設計埋深須滿足最小覆蓋層基巖要求，以預防坍塌，遏止高壓涌水。為此，要千方百計做好工程地質和水文地質勘察調查，突水涌水超前地質預報，在完全可靠注漿固結封閉條件下鉆爆開挖。5/48一、水下隧道施工方法所需設備投資較低；對不一樣地質條件、開挖工藝、方法和斷面形狀適應性好，轉換場地、移動位置機動、靈活；動力能源消耗少、要求低；設備維修少，利用率高，在不發(fā)生事故前提下施工進度穩(wěn)定；鉆爆法優(yōu)點鉆爆法不足開挖速度提升有困難，工期長如：日本青函隧道，因津輕海峽有九個斷層破碎帶，發(fā)生三次涌水停工，主隧道歷時14年貫通。6/48一、水下隧道施工方法TBM法和盾構法TBM（隧道全斷面掘進機）法，是利用刀盤刀具破碎巖石和在軟土中開挖，邊開挖邊出渣、土并進行錨噴支護襯砌和管片支護等連續(xù)作業(yè)。7/48一、水下隧道施工方法TBM法和盾構法TBM掘進速度快，在中、硬巖石中月掘進速度在600米左右；最適合長隧道施工。盾構法在軟土中平均掘進速度200-300m/月。TBM掘進隧道含有較平整臨空面，超欠挖極少，圍巖松動范圍普通都在20-50cm以內，因受到破壞很小并及時支護，故圍巖穩(wěn)定，施工安全；施工安全性大大提升，最大程度降低施工人員傷亡；施工機械化程度到達95%以上；降低勞動強度，改進了勞動環(huán)境；施工中對海底地質不產生任何不利影響，不影響和不干擾水面航行；綜合效益顯著。優(yōu)點8/48一、水下隧道施工方法TBM法和盾構法TBM和盾構機設備費用較高，設備攤銷費用較高；碰到復雜多變地層時，掘進比較困難；同一隧道內截面形狀改變困難；不足9/48一、水下隧道施工方法沉管法10

在干塢內（船塢或造船廠車間）將隧道整體分段制作好，兩端用暫時鋼封門密封，船塢放水使隧道管段上浮，采取拖運和定位等設備，使管段準確浮運至設計位置；經管段灌水壓載，下沉至已開挖好水底基槽，再依次在水下利用水力壓接將管段連接起來，接口使用可靠密封止水，最終是拋石回填，抽出管段內壓載水，開啟各段間鋼封門，在管段內進行設備安裝和裝修后，即成水底沉管隧道。10/48一、水下隧道施工方法沉管法所需覆土小，有利于減小隧道長度；要求地層承載力不大；隧道各管段可在干塢或工廠車間內預先制備、質量有確保；管段預制和水底開槽可同時進行，工期短；優(yōu)點

在水下開槽、管節(jié)浮運、沉放、各水下對接以及沉管基礎處理各工藝流程中出現(xiàn)失誤概率，相對地比其它隧道技術要多。這是因為沉管隧道是埋置于水下大型人工構筑物，受河、海地貌、地質、水文等影響。浮運及沉放時對航運有一定影響。不

足11/48一、水下隧道施工方法

方法

內容暗挖法沉管法鉆爆法掘進機法盾構法地質條件對地質條件適應面較寬，靈活性大，進度穩(wěn)定，水底地質條件差時，需采取輔助工法對地質條件適應面較窄靈活性小，水底地質為多改變巖體時，不易發(fā)揮掘進機優(yōu)勢碰到砂質土層時，需采取土壓平衡或泥水加壓平衡（氣壓）施工不怕流砂，基本上不受地質條件限制水流速度無關無關無關水流很急時，須用水中作業(yè)平臺輔助施工水面交通無關無關無關對繁忙航道，在浮運就位時需采取短期局部航道管理方法隧道埋深普通設置在水下基巖>2.0倍開挖跨度深度水底基巖下厚度>掘進機外徑水底覆蓋層≥盾構外徑沉管頂面可放置在水底標高處?？膳c河、海底面齊平，最深統(tǒng)計已達水下41米通行車道數量依據水下基巖情況，可做成多車道隧道TBM當前主要使用兩車道、多車道時要增建隧道（直徑<12m）當前已經有三車道（15.4m）超大型盾構，特大型盾構正在規(guī)劃中一個斷面內可設置多條車道，當前已經有兩個8車道統(tǒng)計水下隧道主要施工方法比較12/48一、水下隧道施工方法

方法

內容暗挖法沉管法鉆爆法掘進機法盾構法滲漏情況做到不滲不漏難度較大能做到不滲不漏能做到不滲不漏能實現(xiàn)滴水不漏工程總量埋深大、引道段長，工程量大兩岸引道較長，工程量較大兩岸引道較長，工程量較大可做到隧道長度最短，工程總量最少施工工期機械化程度不高，可組織快速施工，工期仍較長機械化程度較高，開挖速度快，工期較有確保機械化程度較高，開挖速度快，工期較有確?；亻_槽和管段預制分開同時進行，管段沉放時間較短，總工期短施工安全水下鉆爆施工要嚴格施工方法，安全施工是個主要問題施工作業(yè)全部掘進機中進行，安全性好施工作業(yè)全部在盾殼掩護下進行，安全性好大量作業(yè)在水上，水下作業(yè)主要是由潛水員完成，安全性很好水下隧道主要施工方法比較13/48二、水下隧道技術現(xiàn)實狀況

世界發(fā)達國家自20世紀30年代起，就開始修建跨海峽海底隧道。迄今修建水下隧道國家主要包含日本、英國、法國、美國、挪威、澳大利亞、丹麥、冰島、中國等。

日本于1942年建成關門海底隧道（6.3km）拉開了人類歷史上修建水下隧道序幕。日本青函鐵路跨海隧道全長53.85公里，海底部分長23.0公里，該隧道以鉆爆法為主開挖連續(xù)20年，克服了4次海水淹沒帶來困難，于1985年8月完工。由兩條行車主洞和一條服務隧道組成英法海峽隧道，海底段長38公里，采取先進技術，經過充分地質工作找到理想巖層，設計安全，很好地處理了一些特殊工程技術問題。挪威有較長海岸線及大量狹灣與島嶼，大多數人生活在海岸附近，所以修建了較多海底隧道。14/48二、水下隧道技術現(xiàn)實狀況

中國在水下隧道建設上起步較晚，但發(fā)展勢頭很快。據不完全統(tǒng)計，截至年底，我國大陸地域已建和在建水下隧道已經超出了100條（鐵路3條；城市軌道交通15條；市政道路隧道及公路隧道46條；水利及市政給排水、電力等領域36條）。上述工程90%以上是上世紀90年代年之后開始建設，其中約70%采取了盾構法施工，其余礦山法、沉管法、圍堰明挖法約各占10%。

其中含有代表性工程有武漢長江隧道、廈門翔安海底隧道、南京長江隧道、上海崇明長江隧道、廣深港客專獅子洋隧道、青島膠州灣海底隧道、港珠澳跨海隧道等。15/48三、國內外經典水下隧道工程英法海峽隧道

英法海峽隧道：為橫跨英吉利海峽，連接英國和法國鐵路海底隧道。隧道西起英國?？怂雇ǎ瑬|到法國加來，全長51km，由兩孔運輸隧道和1孔服務隧道組成。工程類別：跨國鐵路海底隧道設計車速：160km/h車道規(guī)模：2孔運輸隧道+1孔服務隧道隧道規(guī)模：51000米，海中段38000米橫斷面：兩管/一管，內徑7.6米/4.8米總投資：100億英鎊施工工法：盾構法16/48三、國內外經典水下隧道工程英法海峽隧道是首次針對不一樣地質、水文條件，隧道采取了多臺不一樣類型、不一樣直徑盾構機；是綜合考慮運輸、供電照明、給排水、通風、通訊、防火、疏散救援等安全系統(tǒng)；英法海峽隧道主要工程特點是采取卸壓管處理了隧道空氣動力學問題、減振軌道結構降低列車振動作用；是扎實地質勘察為海底線路方案奠定基礎，降低隧道滲漏水；是綜合應用成熟先進技術處理復雜工程；是高水壓、高風險、環(huán)境保護要求高隧道。17/48三、國內外經典水下隧道工程英法海峽隧道地質鉆探工作從1958年做到1987年，主要鉆孔達94個。淺層勘探在海底以下150m之內，考慮隧道布置范圍；深層勘探在海底以下800m之內，主要為評價地震風險提供數據。海底鉆探曾采取大型北海石油鉆機，每個鉆孔平均費用約為50萬英鎊?？碧桨l(fā)覺海底有一層泥灰質白堊巖(ChalkMarl)，厚度約30m，抗壓強度6~9MPa，滲透系數(1~2)×10-7m/s。該巖層抗?jié)B性好，硬度不大，裂隙也較少，易于掘進，隧道線路就布置在它下部，距海底25~40m。因為巖層起伏，而隧道要求一定運行坡度，所以隧道軸線在平面和立面上均呈W形。

18/48三、國內外經典水下隧道工程日本東京灣海底隧道

東京灣海底隧道是橫貫東京灣公路一部分，全長為15.1km，其海上部分由三大段組成：一為船舶航行較多川崎側，長為9.6km海底隧道；二為處于水深較淺木更津側，長為4.4km海上橋梁；三為川崎側岸邊引道部分。長9.6km海底隧道是由8臺直徑為14.14m超大型泥水平衡盾構在海底地層中穿越貫通。盾構機長為13.5m、重達3200t，是當初世界上最大盾構機械。19/48三、國內外經典水下隧道工程日本東京灣海底隧道

隧道設計速度為80km/h，外徑為13.9m，隧道一次襯砌環(huán)由11塊管片用螺栓聯(lián)結而成，每塊管片厚0.65m，寬1.5m，長約4m，二次襯砌厚0.35m，為鋼筋混凝土結構。隧道中部設置一座人工通風豎井，并在橋隧連接段設置一座人工島。隧道為雙管盾構隧道，每管隧道采取四臺盾構機兩兩對向施工，并在隧道中部水下對接。

工程于1966年由開始調查，并于1989年著手開始建設，1996年8月全線貫通，1997年12月完工并投入營運。20/48三、國內外經典水下隧道工程武漢長江隧道

武漢長江隧道位于武漢長江大橋、二橋之間。隧道連接漢口大智路與武昌沙湖路，被譽為“萬里長江第一隧”。工程類別：城市主干道設計車速：50km/h車道規(guī)模：雙向四車道隧道規(guī)模：3600米，盾構段2550米橫斷面：雙管單層，外徑11.0米大智路沙湖路施工工法：盾構法21/48三、國內外經典水下隧道工程武漢長江隧道是國內當初水壓力最高、一次推進距離最長大直徑盾構隧道；是國內首次采取10m以上大直徑復合式泥水平衡盾構；是國內大直徑盾構首次全斷面在砂層中施工隧道；是國內首次設置雙道防水密封墊盾構隧道；是國內首次設置排煙專用風道盾構隧道。是國內第一個立項研究、第一個由國家同意、第一個開工、第一個盾構掘進、第一個建成通車水下隧道；盾構經過段地面建筑物密集，而且淺覆土下穿省級文物保護建筑，環(huán)境保護要求高，技術難度大。武漢長江隧道主要工程特點22/48三、國內外經典水下隧道工程南京長江隧道

南京長江隧道位于南京長江大橋與三橋之間緯七路，連接南京江北濱江路與江南清河路。工程采取“左隧右橋”結構型式，總長5853m。其中隧道3930米，橋梁705米，其它為路基段。工程類別：城市快速路設計車速：80km/h車道規(guī)模：雙向六車道隧道規(guī)模：3930米，盾構段3022米橫斷面：雙管單層，外徑14.5米施工工法：盾構法23/48三、國內外經典水下隧道工程南京長江隧道是國內當初水壓力最大盾構隧道，最大水壓力為65m；南京長江隧道主要工程特點是國內在砂層中一次推進距離最長隧道；是國內最長盾構法城市快速路隧道；國家863計劃示范工程；國內首次大規(guī)模穿越卵石地層，并成功實現(xiàn)常壓換刀水底隧道。24/48三、國內外經典水下隧道工程南京長江隧道25/48三、國內外經典水下隧道工程上海長江隧道

隧道起于浦東新區(qū)五好溝，穿越南港水域在長興島西南方登陸，全長8.95公里，其中穿越水域部分達7.47公里。隧道整體斷面設計為上下行雙管隧道，沿其縱向每隔800米左右設一條橫向人行聯(lián)絡通道。單管外徑為Φ15m，內徑為13.7m，內設三條（2×3.75+3.5m）車道，雙向即六車道，設計車速為80公里/小時。兩臺直徑為Φ15.43m泥水加氣平衡盾構，從浦東側工作井由南向北一次掘進至長興島側工作井實現(xiàn)隧道貫通。26/48三、國內外經典水下隧道工程廣深港客專獅子洋隧道工程類別：客運專線設計車速：350km/h車道規(guī)模：雙線隧道規(guī)模：10.8公里，盾構段9340米橫斷面：雙管單線，隧道外徑10.8米施工工法：盾構法獅子洋隧道位于廣深港客運專線東涌站至虎門站之間，穿越珠江入?？讵{子洋，河面寬度6100m。27/48三、國內外經典水下隧道工程廣深港客專獅子洋隧道

是鐵路第一條水下隧道；獅子洋隧道主要工程特點是世界上行車速度目標值最高水下隧道；是國內已建最長水下隧道；是國內水壓力最大水下隧道，最大水壓力為67m；是國內第一條進行地中對接施工盾構隧道。是國內第一次使用內襯盾構法隧道28/48三、國內外經典水下隧道工程錢江隧道工程類別：高速公路設計車速：80km/h車道規(guī)模：雙向六車道隧道規(guī)模：4250米，盾構段3250米橫斷面：雙管單線，隧道外徑15.0米施工工法：盾構法該項目為高速公路——錢江通道及接線工程控制性工程，在海寧鹽官鎮(zhèn)西2.5公里處，以隧道形式穿越錢塘江。年12月試驗段開工；年隧道全方面開工，年3月盾構始發(fā)，年底建成通車。29/48三、國內外經典水下隧道工程錢江隧道江南施工期衛(wèi)星照片江北施工期衛(wèi)星照片30/48三、國內外經典水下隧道工程錢江隧道錢江隧道管理中心中控室31/48三、國內外經典水下隧道工程廈門翔安海底隧道32/48三、國內外經典水下隧道工程廈門翔安海底隧道33/48三、國內外經典水下隧道工程廈門翔安海底隧道工程于年9月6日開工建設，年4月26日開通運行。投資32.8億34/48三、國內外經典水下隧道工程廈門翔安海底隧道35/48三、國內外經典水下隧道工程廈門翔安海底隧道36/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程港珠澳大橋跨越伶仃洋，東接香港尤其行政區(qū)，西接廣東省珠海市和澳門尤其行政區(qū)，是“一國兩制”框架下、粵港澳三地首次合作建設超大型跨海交通工程。海中橋隧主體工程長約29.6公里，采取橋隧組合方案，穿越伶仃西航道和銅鼓航道段約6.7公里采取隧道方案，其余路段約22.9公里采取橋梁方案。37/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程為實現(xiàn)橋隧轉換和設置通風井，主體工程隧道兩端各設置一個海中人工島，島隧工程是大橋工程施工控制性工程,由沉管隧道、東西人工島三大部分組成，其中沉管隧道是當前世界上綜合難度最大沉管隧道之一。全長7440.546米，其中隧道部分長5.9km，沉管段長5.6km，每座人工島長度625m。島隧工程概算價約140億元。38/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程本工程沉管段隧道采取180m長超大管節(jié)，每個180m長標準管節(jié)重達7.4萬噸，由8個節(jié)段組成，每節(jié)長22.5米、寬37.95米、高11.4米。為了確保工程質量、提升施工效率，在桂山牛頭島修建了管節(jié)預制廠房，每個節(jié)段均在廠房內綁扎鋼筋、固定臺座上澆筑、養(yǎng)護72小時后，向前頂推22.5m，空出澆筑臺座，下一節(jié)段與剛頂出節(jié)段相鄰匹配預制。如此逐段預制逐段頂推，直至完成全部8個節(jié)段澆筑。整體頂推至淺塢，經過預應力鋼索張拉形成整體，完成一次舾裝。然后關閉淺塢與預制工廠之間滑動塢門，淺塢灌水，管節(jié)浮起移至深塢，最終打開深塢門浮運至設計沉放現(xiàn)場。39/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程采取大圓筒圍護結構快速成島40/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程沉管隧道管節(jié)工廠化制造41/48三、國內外經典水下隧道工程港珠澳大橋島隧工程沉管隧道管節(jié)工廠化制造42/48三、國內外經典水下隧道工程武漢市三陽路越江隧道武漢市三陽途經江隧道是城市道路和軌道交通7號線共用過江通道，隧道外徑到達15.2ｍ，是國內最大直徑盾構隧道。兩岸工作井及地鐵車站處明挖基坑深度均超出30m，最大深度到達42m。工程類別：城市主干道+地鐵隧道設計速度：道路60km/h，地鐵100km/h車道規(guī)模：雙向六車道+雙線地鐵隧道規(guī)模：4650