水下隧道施工技術(shù)方法及國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

水下隧道施工技術(shù)方法及國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀目錄一、水下隧道施工方法二、我國水下隧道技術(shù)現(xiàn)狀三、國內(nèi)外典型水下隧道工程四、水下隧道技術(shù)展望什么是水下隧道？一、水下隧道施工方法除個別水下隧道可采用圍堰明挖法外，在江、河、海下一般采用暗挖法（鉆爆法、TBM和盾構(gòu)法）以及沉管法。南京長江隧道廈門翔安隧道一、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)別，主要的關鍵技術(shù)是設計埋深須滿足最小覆蓋層基巖的要求，以預防坍塌，遏止高壓涌水。為此，要千方百計做好工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的勘察調(diào)查，突水涌水的超前地質(zhì)預報，在完全可靠的注漿固結(jié)封閉的條件下鉆爆開挖。一、水下隧道施工方法所需設備投資較低；對不同地質(zhì)條件、開挖工藝、方法和斷面形狀的適應性好，轉(zhuǎn)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；鉆爆法的優(yōu)點鉆爆法的不足開挖速度提高有困難，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。一、水下隧道施工方法TBM法和盾構(gòu)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)。一、水下隧道施工方法TBM法和盾構(gòu)法TBM掘進速度快，在中、硬巖石中的月掘進速度在600米左右；最適合長隧道施工。盾構(gòu)法在軟土中平均掘進速度200-300m/月。TBM掘進的隧道具有較平整的臨空面，超欠挖極少，圍巖松動范圍一般都在20-50cm以內(nèi)，因受到破壞很小并及時支護，故圍巖穩(wěn)定，施工安全；施工安全性大大提高，最大限度減少施工人員的傷亡；施工機械化程度達到95%以上；降低勞動強度，改善了勞動環(huán)境；施工中對海底地質(zhì)不產(chǎn)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)點一、水下隧道施工方法TBM法和盾構(gòu)法TBM和盾構(gòu)機的設備費用較高，設備攤銷費用較高；遇到復雜多變的地層時，掘進比較困難；同一隧道內(nèi)截面形狀變化困難；不足一、水下隧道施工方法沉管法10

在干塢內(nèi)（船塢或造船廠車間）將隧道整體分段制作好，兩端用臨時鋼封門密封，船塢放水使隧道管段上浮，采用拖運和定位等設備，使管段準確浮運至設計位置；經(jīng)管段灌水壓載，下沉至已開挖好的水底基槽，再依次在水下利用水力壓接將管段連接起來，接口使用可靠的密封止水，最后是拋石回填，抽出管段內(nèi)壓載水，開啟各段間鋼封門，在管段內(nèi)進行設備安裝和裝修后，即成水底沉管隧道。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(nèi)預先制備、質(zhì)量有保證；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的各工藝流程中出現(xiàn)失誤的概率，相對地比其他隧道技術(shù)要多。這是因為沉管隧道是埋置于水下的大型人工構(gòu)筑物，受河、海地貌、地質(zhì)、水文等影響。浮運及沉放時對航運有一定影響。不

足一、水下隧道施工方法

方法

內(nèi)容暗挖法沉管法鉆爆法掘進機法盾構(gòu)法地質(zhì)條件對地質(zhì)條件的適應面較寬，靈活性大，進度穩(wěn)定，水底地質(zhì)條件差時，需采用輔助工法對地質(zhì)條件的適應面較窄靈活性小，水底地質(zhì)為多變化的巖體時，不易發(fā)揮掘進機優(yōu)勢遇到砂質(zhì)土層時，需采用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(zhì)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措施隧道埋深一般設置在水下基巖>2.0倍開挖跨度的深度水底基巖下厚度>掘進機外徑水底覆蓋層≥盾構(gòu)外徑沉管頂面可放置在水底標高處?？膳c河、海底面齊平，最深記錄已達水下41米通行車道數(shù)量根據(jù)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）目前已有三車道（15.4m）的超大型盾構(gòu)，特大型盾構(gòu)正在規(guī)劃中一個斷面內(nèi)可設置多條車道，目前已有兩個8車道的記錄水下隧道主要施工方法比較一、水下隧道施工方法

方法

內(nèi)容暗挖法沉管法鉆爆法掘進機法盾構(gòu)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，工期較有保證機械化程度較高，開挖速度快，工期較有保證基地開槽和管段預制分開同時進行，管段沉放時間較短，總的工期短施工安全水下鉆爆施工要嚴格施工措施，安全施工是個重要問題施工作業(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，安全性較好水下隧道主要施工方法比較二、水下隧道技術(shù)現(xiàn)狀

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

日本于1942年建成的關門海底隧道（6.3km）拉開了人類歷史上修建水下隧道的序幕。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持續(xù)20年，克服了4次海水淹沒帶來的困難，于1985年8月竣工。由兩條行車主洞和一條服務隧道構(gòu)成的英法海峽隧道，海底段長38公里，采用先進技術(shù)，通過充分的地質(zhì)工作找到理想的巖層，設計安全，較好地解決了某些特殊的工程技術(shù)問題。挪威有較長的海岸線及大量的狹灣與島嶼，大多數(shù)人生活在海岸附近，因此修建了較多的海底隧道。二、水下隧道技術(shù)現(xiàn)狀

中國在水下隧道的建設上起步較晚，但發(fā)展勢頭很快。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2014年底，我國大陸地區(qū)已建和在建的水下隧道已經(jīng)超過了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的，其中約70%采用了盾構(gòu)法施工，其余礦山法、沉管法、圍堰明挖法約各占10%。

其中具有代表性的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。三、國內(nèi)外典型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，連接英國和法國的鐵路海底隧道。隧道西起英國的?？怂雇?，東到法國的加來，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(nèi)徑7.6米/4.8米總投資：100億英鎊施工工法：盾構(gòu)法三、國內(nèi)外典型水下隧道工程英法海峽隧道是首次針對不同地質(zhì)、水文條件，隧道采用了多臺不同類型、不同直徑的盾構(gòu)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用卸壓管解決了隧道空氣動力學問題、減振軌道結(jié)構(gòu)降低列車振動作用；是扎實的地質(zhì)勘察為海底線路方案奠定基礎，減少隧道滲漏水；是綜合應用成熟先進技術(shù)解決復雜的工程；是高水壓、高風險、環(huán)保要求高的隧道。三、國內(nèi)外典型水下隧道工程英法海峽隧道地質(zhì)鉆探工作從1958年做到1987年，重要的鉆孔達94個。淺層勘探在海底以下150m之內(nèi)，考慮隧道布置的范圍；深層勘探在海底以下800m之內(nèi)，主要為評價地震風險提供數(shù)據(jù)。海底鉆探曾采用大型北海石油鉆機，每個鉆孔平均費用約為50萬英鎊?？碧桨l(fā)現(xiàn)海底有一層泥灰質(zhì)白堊巖(ChalkMarl)，厚度約30m，抗壓強度6~9MPa，滲透系數(shù)(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的下部，距海底25~40m。由于巖層的起伏，而隧道要求一定的運行坡度，所以隧道軸線在平面和立面上均呈W形。

三、國內(nèi)外典型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的一部分，全長為15.1km，其海上部分由三大段組成：一為船舶航行較多的川崎側(cè)，長為9.6km的海底隧道；二為處在水深較淺的木更津側(cè)，長為4.4km的海上橋梁；三為川崎側(cè)岸邊引道部分。長9.6km的海底隧道是由8臺直徑為14.14m的超大型泥水平衡盾構(gòu)在海底地層中穿越貫通。盾構(gòu)機長為13.5m、重達3200t，是當時世界上最大的盾構(gòu)機械。三、國內(nèi)外典型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(jié)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(jié)構(gòu)。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(gòu)隧道，每管隧道采用四臺盾構(gòu)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(diào)查，并于1989年著手開始建設，1996年8月全線貫通，1997年12月竣工并投入營運。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程武漢三長江三隧道武漢三長江三隧道位于三武漢三長江三大橋三、二三橋之三間。三隧道三連接三漢口三的大三智路三與武三昌的三沙湖三路，三被譽三為“萬里三長江三第一三隧”。工程三類別三：城三市主三干道設計三車速三：50三km三/h車道三規(guī)模三：雙三向四三車道隧道三規(guī)模三：36三00米，三盾構(gòu)三段25三50米橫斷三面：三雙管三單層三，外三徑11三.0米大智三路沙湖三路施工三工法三：盾三構(gòu)法三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程武漢三長江三隧道是國三內(nèi)當三時水三壓力三最高三、一三次推三進距三離最三長的三大直三徑盾三構(gòu)隧三道；是國三內(nèi)首三次采三用10三m以上三大直三徑復三合式三泥水三平衡三盾構(gòu)三；是國三內(nèi)大三直徑三盾構(gòu)三首次三全斷三面在三砂層三中施三工的三隧道三；是國三內(nèi)首三次設三置雙三道防三水密三封墊三的盾三構(gòu)隧三道；是國三內(nèi)首三次設三置排三煙專三用風三道的三盾構(gòu)三隧道三。是國三內(nèi)第三一個三立項三研究三、第三一個三由國三家批三準、三第一三個開三工、三第一三個盾三構(gòu)掘三進、三第一三個建三成通三車的三水下三隧道三；盾構(gòu)三通過三段地三面建三筑物三密集三，并三且淺三覆土三下穿三省級三文物三保護三建筑三，環(huán)三境保三護要三求高三，技三術(shù)難三度大三。武漢三長江三隧道主要三工程三特點三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程南京三長江三隧道南京三長江三隧道位于三南京三長江三大橋三與三三橋之三間的三緯七三路，三連接三南京三江北三的濱三江路三與江三南的三清河三路。三工程三采用“左隧三右橋”的結(jié)三構(gòu)型三式，三總長58三53三m。其三中隧三道39三30米，三橋梁70三5米，三其他三為路三基段三。工程三類別三：城三市快三速路設計三車速三：80三km三/h車道三規(guī)模三：雙三向六三車道隧道三規(guī)模三：39三30米，三盾構(gòu)三段30三22米橫斷三面：三雙管三單層三，外三徑14三.5米施工三工法三：盾三構(gòu)法三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程南京三長江三隧道是國三內(nèi)當三時水三壓力三最大三的盾三構(gòu)隧三道，三最大三水壓三力為65三m；南京三長江三隧道主要三工程三特點是國三內(nèi)在三砂層三中一三次推三進距三離最三長的三隧道三；是國三內(nèi)最三長的三盾構(gòu)三法城三市快三速路三隧道三；國家86三3計劃三示范三工程三；國內(nèi)三首次三大規(guī)三模穿三越卵三石地三層，三并成三功實三現(xiàn)常三壓換三刀的三水底三隧道三。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程南京三長江三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程上海三長江三隧道隧道起于浦東三新區(qū)五好三溝，三穿越三南港三水域三在長三興島三西南三方登三陸，三全長三8.三95三公里三，其三中穿三越水域部分三達三7.47公里。隧三道整三體斷三面設三計為三上下行的雙管三隧道，沿其縱三向每三隔8三00三米左三右設三一條三橫向三人行三聯(lián)絡三通道三。單三管外三徑為三Φ15m，內(nèi)徑三為13.7m，內(nèi)設三三條三（2×3三.7三5+3三.5三m）車道三，雙三向即三六車三道，三設計三車速三為8三0公三里/三小時。兩臺直三徑為三Φ15.43m泥水加氣三平衡三盾構(gòu)三，從三浦東三側(cè)工三作井三由南三向北三一次三掘進三至長三興島三側(cè)工三作井三實現(xiàn)三隧道三貫通三。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廣深三港客三專獅三子洋三隧道工程三類別三：客三運專三線設計三車速三：35三0k三m/三h車道三規(guī)模三：雙三線隧道三規(guī)模三：10三.8公里三，盾三構(gòu)段93三40米橫斷三面：三雙管三單線三，隧三道外三徑10三.8米施工三工法三：盾三構(gòu)法獅子三洋隧三道位三于廣三深港三客運三專線三東涌三站至三虎門三站之三間，三穿越三珠江三入海三口的三獅子三洋，三河面三寬度61三00三m。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廣深三港客三專獅三子洋三隧道是鐵三路第三一條三水下三隧道三；獅子三洋隧三道主三要工三程特三點是世三界上三行車三速度三目標三值最三高的三水下三隧道三；是國三內(nèi)已三建的三最長三的水三下隧三道；是國三內(nèi)水三壓力三最大三的水三下隧三道，三最大三水壓三力為67三m；是國三內(nèi)第三一條三進行三地中三對接三施工三的盾三構(gòu)隧三道。是國三內(nèi)第三一次三使用三內(nèi)襯三的盾三構(gòu)法三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程錢江三隧道工程三類別三：高三速公三路設計三車速三：80三km三/h車道三規(guī)模三：雙三向六三車道隧道三規(guī)模三：42三50米，三盾構(gòu)三段32三50米橫斷三面：三雙管三單線三，隧三道外三徑15三.0米施工三工法三：盾三構(gòu)法該項三目為三高速三公路——錢江三通道三及接三線工三程的三控制三性工三程，在海三寧鹽官鎮(zhèn)三西2.三5公三里處三，以隧三道形三式穿三越錢三塘江三。20三07年12月試三驗段三動工三；20三08年隧三道全三面開三工，20三10年3月盾三構(gòu)始三發(fā)，20三13年底三建成三通車三。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程錢江三隧道江南三施工三期衛(wèi)三星照三片江北三施工三期衛(wèi)三星照三片三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程錢江三隧道錢江三隧道三管理三中心三中控三室三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廈門三翔安三海底三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廈門三翔安三海底三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廈門三翔安三海底三隧道工程三于20三05年9月6日開三工建設，20三10年4月26日開三通運三營。投資32三.8億三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廈門三翔安三海底三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程廈門三翔安三海底三隧道三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程港珠三澳大三橋跨三越伶三仃洋三，東三接香三港特三別行三政區(qū)三，西三接廣三東省三珠海三市和三澳門三特別三行政三區(qū)，三是“三一國三兩制三”框三架下三、粵三港澳三三地三首次三合作三建設三的超三大型三跨海三交通三工程三。海中三橋隧三主體三工程三長約29三.6公里三，采三用橋三隧組三合方三案，三穿越三伶仃三西航三道和三銅鼓三航道三段約6.三7公里三采用三隧道三方案三，其三余路三段約22三.9公里三采用三橋梁三方案三。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程為實三現(xiàn)橋三隧轉(zhuǎn)三換和三設置三通風三井，三主體三工程三隧道三兩端三各設三置一三個海三中人三工島，島隧三工程三是大三橋工三程的三施工三控制三性工三程,由沉三管隧三道、三東西三人工三島三三大部三分組三成，三其中三沉管三隧道三是目三前世三界上三綜合三難度三最大三的沉三管隧三道之三一。三全長74三40三.5三46米，三其中三隧道三部分三長5.三9k三m，沉三管段三長5.三6k三m，每三座人三工島三長度62三5m。島三隧工三程概三算價三約14三0億元。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程本工三程沉三管段三隧道三采用18三0m長的三超大三管節(jié)三，每三個18三0m長的三標準三管節(jié)三重達7.三4萬噸三，由8個節(jié)三段組三成，三每節(jié)三長22三.5米、三寬37三.9三5米、三高11三.4米。三為了三保證三工程三質(zhì)量三、提三高施三工效三率，三在桂三山牛三頭島三修建三了管三節(jié)預三制廠三房，三每個三節(jié)段三均在三廠房三內(nèi)綁三扎鋼三筋、三固定三臺座三上澆三筑、三養(yǎng)護72小時三后，三向前三頂推22三.5三m，空三出澆三筑臺三座，三下一三節(jié)段三與剛?cè)敵鋈墓?jié)三段相三鄰匹三配預三制。三如此三逐段三預制三逐段三頂推三，直三至完三成全三部8個節(jié)三段的三澆筑三。整三體頂三推至三淺塢三，通三過預三應力三鋼索三張拉三形成三整體三，完三成一三次舾三裝。三然后三關閉三淺塢三與預三制工三廠之三間的三滑動三塢門三，淺三塢灌三水，三管節(jié)三浮起三移至三深塢三，最三后打三開深三塢門浮運至設計三的沉三放現(xiàn)三場。三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程采用三大圓三筒圍三護結(jié)三構(gòu)快三速成島三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程沉管三隧道三管節(jié)三工廠三化制造三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程港珠三澳大橋三島隧三工程沉管三隧道三管節(jié)三工廠三化制造三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程武漢三市三三陽路三越江三隧道武漢三市三三陽路三過江三隧道三是城市三道路三和軌三道交三通7號線三共用三過江三通道，隧三道外三徑達三到15三.2ｍ，三是國三內(nèi)最三大直三徑盾三構(gòu)隧三道。兩岸三工作三井及三地鐵三車站三處明三挖基三坑深三度均三超過30三m，最三大深三度達三到42三m。工程三類別三：城三市主三干道+地鐵三隧道設計三速度三：道三路60三km三/h，地三鐵10三0km三/h車道三規(guī)模三：雙三向六三車道+雙線三地鐵隧道規(guī)模三：46三50米，三盾構(gòu)三段26三00米橫斷三面：三雙管三雙層三，外三徑15三.2米三、三國內(nèi)三外典三型水三下隧三道工三程武漢三市三三陽路三越江三隧道7