我國(guó)跨江越海隧道的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

1、我國(guó)跨江越海隧道的發(fā)展現(xiàn)狀與展望洪 開(kāi) 榮我國(guó)水下隧道的發(fā)展幾個(gè)主要的工程實(shí)例瓊州海峽隧道的設(shè)想未來(lái)的展望主 要 內(nèi) 容一 我國(guó)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(guó)第一條越江隧道打浦路隧道開(kāi)始修建，該隧道為市政道路隧道，設(shè)計(jì)為單洞雙車(chē)道隧道，全長(zhǎng)2736m，穿越上海黃浦江，隧道江底段長(zhǎng)1300m，歷時(shí)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(gòu)，采用的盾構(gòu)為網(wǎng)格式盾構(gòu)，應(yīng)用氣壓平衡原理。該隧道的建成開(kāi)啟了我國(guó)穿江越海隧道建設(shè)的新紀(jì)元。2 穿江隧道的發(fā)展時(shí)期 盡管在1976年應(yīng)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(lái)穿江

2、隧道發(fā)展是在上世紀(jì)8090年代（也是我國(guó)改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)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(shí)還建成了上海地鐵二號(hào)線(xiàn)區(qū)間過(guò)江隧道。一 我國(guó)水下隧道的發(fā)展3 穿江越海隧道蓬勃發(fā)展期 進(jìn)入21世紀(jì)，市政道路、地鐵、高速鐵路、輸水輸氣、綜合管線(xiàn)等各種用途的水下隧道應(yīng)用而生，江下、海底隧道齊頭并進(jìn)。同時(shí)根據(jù)隧道的用途和其在不同地質(zhì)環(huán)境，盾構(gòu)法、沉管法、礦山法等各種修建方法各顯神通。 一 我國(guó)水下隧道的發(fā)展4 二十一世紀(jì)已建與在建水下隧道一 我國(guó)水下隧道的發(fā)展深圳前灣海底輸氣管廊南京長(zhǎng)江隧道 世界時(shí)速最高的獅子洋隧道（盾構(gòu)法）進(jìn)入了建設(shè)高潮

3、；世界最大斷面的上海長(zhǎng)江隧道（盾構(gòu)法）貫通了；世界最長(zhǎng)的沉管隧道港珠澳隧道即將開(kāi)工；國(guó)內(nèi)海底最長(zhǎng)的膠州灣海隧道（礦山法）正在穩(wěn)步推進(jìn)。5 幾個(gè)有重大影響的水底隧道一 我國(guó)水下隧道的發(fā)展膠州灣海底隧道上海長(zhǎng)江隧道港珠澳沉管隧道1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 盡管先期在長(zhǎng)江上修建了重慶排污隧道、城陵基輸氣隧道，但其工程的復(fù)雜性、影響力、規(guī)模與重要性都與武漢長(zhǎng)江隧道難以相比，因此武漢長(zhǎng)江隧道也被稱(chēng)為“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧”。 工程概況 武漢長(zhǎng)江隧道是武漢市第一條重要的公路過(guò)江通道，位于武漢長(zhǎng)江一、二橋之間，設(shè)計(jì)車(chē)速50km/h，隧道全長(zhǎng)3630m，其中過(guò)江隧道左右線(xiàn)各長(zhǎng)2538m，采

4、用盾構(gòu)法施工。漢口端設(shè)2條匝道，武昌端設(shè)4條匝道與路網(wǎng)相接。二 幾個(gè)主要工程實(shí)例1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道 隧道縱斷面 線(xiàn)路縱坡大致為U形，最大下坡為4.35%，最大上坡為4.4%。盾構(gòu)隧道內(nèi)凈空10m，管片外徑11m。盾構(gòu)隧道最小覆土厚6.3m，最大覆土厚40.5米。線(xiàn)間距為1628m。隧道斷面底部設(shè)逃生通道和電纜通道，中部為行車(chē)道，上部為專(zhuān)用排煙道。二 幾個(gè)主要工程實(shí)例到達(dá)井始發(fā)井聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)江1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道二 幾個(gè)主要工程實(shí)例1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道 工程地質(zhì) 盾構(gòu)隧道主要穿越粘土層、粉土層、粉質(zhì)粘土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂、中粗砂，局部地段穿越泥質(zhì)粉砂

5、巖夾砂巖頁(yè)巖，其中穿越粉細(xì)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(qiáng)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(lèi)型。設(shè)計(jì)最大水壓為0.57MPa。 技術(shù)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(hù)與切削技術(shù) 雙層洞口密封防護(hù) 氣壓補(bǔ)償泥水盾構(gòu) 二 幾個(gè)主要工程實(shí)例1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道 技術(shù)難題之二：高水壓下長(zhǎng)距離掘進(jìn)的刀具的檢查 高性能泥漿的研究與應(yīng)用 高氣壓下進(jìn)倉(cāng)作業(yè)技術(shù) 二 幾個(gè)主要工程實(shí)例1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道 技

6、術(shù)難題之三：江中約300m軟硬不均段掘進(jìn) 雙重切刀與滾刀的設(shè)計(jì)與布置 二 幾個(gè)主要工程實(shí)例1 萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧：武漢長(zhǎng)江隧道 翔安海底隧道全長(zhǎng) 6.05 km，其中海域段長(zhǎng) 4.2 km ，設(shè)計(jì)為雙向六車(chē)道隧道，采用鉆爆法施工。2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例翔安隧道翔安區(qū)廈門(mén)島隧道起點(diǎn)K6+540豎井K7+850，內(nèi)徑8.3m，深約45m隧道終點(diǎn)K12+485豎井K11+250，內(nèi)徑8.3m，深約45m服務(wù)、管理區(qū)五 通翔 安2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 為了解決運(yùn)營(yíng)通風(fēng)問(wèn)題，在近海岸處設(shè)兩座通風(fēng)豎井；為解決救災(zāi)問(wèn)題，全隧共設(shè)置12各橫向聯(lián)絡(luò)通道。 行車(chē)隧道：凈寬14.5m、凈

7、高 10.5m；凈空面積：122平米； 服務(wù)隧道：凈寬 6.5m，凈高 6m，凈空面積：33平米；上部為檢修車(chē)通道、逃生通道；下部為市政管廊：直徑1米供水管、 22萬(wàn)伏高壓電纜、通信光纜。施工中超前掘進(jìn)兼作地質(zhì)導(dǎo)洞。52m22m服務(wù)隧道2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 隧道的最大設(shè)計(jì)縱坡3%，線(xiàn)路所處的最大海水深度30m，隧道最低點(diǎn)位于海平面下約 65m。 場(chǎng)區(qū)為花崗巖地層，隧道大部分地段處于微風(fēng)化巖中，主要不良地質(zhì)有：兩岸全強(qiáng)風(fēng)化層、翔安側(cè)淺灘段部分透水砂層、海域段多處全強(qiáng)風(fēng)化深槽（囊）。F3F1F4F2F1、F2、F3：全強(qiáng)風(fēng)化深槽；F4：全強(qiáng)風(fēng)化深囊全強(qiáng)風(fēng)化層全強(qiáng)風(fēng)化層、部分透水砂

8、層海水最深約30m2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 海底風(fēng)化深槽的處理 物探與鉆探綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 全斷面/周邊超前注漿堵水與加固 大管棚超前支護(hù) 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工日本青函隧道發(fā)生4次大涌水2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 陸域全風(fēng)化花崗巖段施工 洞內(nèi)上半斷面超前小導(dǎo)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(yù)警 應(yīng)急預(yù)案與演練2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例2 廈門(mén)翔安海底隧二 幾個(gè)主要工程實(shí)例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道二 幾個(gè)主要工程實(shí)例 獅子洋隧道位于廣深港高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)東涌站虎門(mén)站區(qū)間內(nèi)，隧道全長(zhǎng)10.8Km

9、,其中盾構(gòu)隧道長(zhǎng)9340m，隧道內(nèi)徑9.8m、外徑10.8m，兩隧間共設(shè)23個(gè)聯(lián)絡(luò)通道。獅子洋隧道是我國(guó)第一條鐵路水下隧道，也是我國(guó)唯一的特長(zhǎng)水下隧道,設(shè)計(jì)時(shí)速350km。 盾構(gòu)隧道要下穿小虎瀝、沙仔瀝、獅子洋等三個(gè)珠江入海水道，獅子洋水道為珠江航運(yùn)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(gè)主要工程實(shí)例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 盾構(gòu)隧道大部分處于微風(fēng)化砂巖、砂礫巖中，約1800m長(zhǎng)處于淤泥質(zhì)與粉質(zhì)粘土中,960m長(zhǎng)穿越上軟下硬地層；隧道所穿越基巖的最大單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)82.8MPa，基巖的石英含量最高

10、達(dá)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(dá)6.410-4m/s，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有鹽類(lèi)結(jié)晶的弱中等侵蝕性。二 幾個(gè)主要工程實(shí)例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道二 幾個(gè)主要工程實(shí)例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 主要特點(diǎn) 獅子洋隧道是我國(guó)第一條鐵路水下隧道，也是我國(guó)目前唯一的一條特長(zhǎng)水下隧道，其設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)350km。 獅子洋隧道三次穿江越洋，其中獅子洋水面寬達(dá)3300m，水深達(dá)26.6m，設(shè)計(jì)水壓達(dá)0.67MPa,為我國(guó)水壓最大的水下隧道； 盾構(gòu)

11、隧道要掘進(jìn)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(shù)難度； 本工程采用“相向掘進(jìn)、地中對(duì)接、洞內(nèi)解體”的盾構(gòu)施工技術(shù)，這在國(guó)內(nèi)是首次。 二 幾個(gè)主要工程實(shí)例3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道對(duì)接施工技術(shù) 四 獅子洋隧道施工技術(shù) 隧道的測(cè)量 對(duì)接方法 3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道對(duì)接面穩(wěn)定性離心試驗(yàn) 軟硬不均地層掘進(jìn)技術(shù) 由于原設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致第一臺(tái)盾構(gòu)在軟硬不均地層掘進(jìn)異常困難，刀具磨損與破壞率很高，堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，月進(jìn)度不足百米。四 獅子洋隧道施工技術(shù)3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道四 獅子洋隧道施工技術(shù) 軟硬不均地層掘進(jìn)技術(shù) 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)分析與研究，對(duì)右線(xiàn)所使用的盾構(gòu)

12、機(jī)環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行了改造，特別是對(duì)泥水倉(cāng)與氣墊倉(cāng)的沖刷形式動(dòng)了大手術(shù)，并將刀具布置方式進(jìn)行了調(diào)整，右線(xiàn)同段軟硬不均地層的掘進(jìn)月進(jìn)度達(dá)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(zhǎng)度(m)用時(shí)(d)滾刀消耗(把)切刀(把)刮刀(把)帶壓進(jìn)倉(cāng)用時(shí)(d)左 線(xiàn)4901352613538554右線(xiàn)（改進(jìn)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(jìn)對(duì)比分析 減壓限排技術(shù) 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(shù)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(shù)”,該技術(shù)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(shù)3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道四 獅子洋隧道施工技術(shù)3 廣深港高速鐵路:獅子洋隧道 減壓限排技術(shù) 主要技術(shù)措施是采取三維滲流場(chǎng)分析評(píng)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(shí)利用超前鉆注設(shè)備進(jìn)行地層適度改良，目前該技術(shù)在獅子洋隧道的施工中獲得了明顯的效果，減壓率達(dá)到了34.4%。生物島-大學(xué)城隧道侖頭-生物島隧道二 幾個(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)城沉管隧道 該工程分為兩個(gè)單元，第一單元路線(xiàn)長(zhǎng)1110m，隧道段總長(zhǎng)650m；第二單元線(xiàn)路長(zhǎng)度1337.6 m，

14、隧道總長(zhǎng)810m。每個(gè)單元都包含一座沉管隧道，隧道設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速50km。 第一單元侖頭生物島段，沉管隧道長(zhǎng)度320米,分為四節(jié)管段，E1、E2管段各長(zhǎng)80米,E3管段長(zhǎng)65米，E4管段長(zhǎng)95米；沉管段采用水下最終接頭。二 幾個(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)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(méi)有干塢場(chǎng)地，因此采用了半潛駁移動(dòng)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(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)城沉管隧道E1E2E3E4最終接頭 第二單元沉管隧道長(zhǎng)度214m,共分為兩節(jié)管段，E1、E2+E3管段長(zhǎng)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(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)城沉管隧道 由于本單元工程采用了軸線(xiàn)干塢形式制作管節(jié)，管節(jié)出塢和浮運(yùn)采用岸控方式進(jìn)行；最終接頭為岸邊水下接頭方式。二 幾個(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)城沉管隧道 兩個(gè)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(yīng)用灌砂船進(jìn)行底部充填處理。 二 幾個(gè)主要工程實(shí)例4 侖頭生物島大學(xué)城沉管隧道 目前瓊州海峽的運(yùn)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(tái)風(fēng)影響次數(shù)達(dá)27次，且臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)風(fēng)力大于12級(jí)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(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，在跨越較窄的海峽時(shí)，采用橋梁方案最為經(jīng)濟(jì)，而對(duì)于海峽寬、水深大的情況，應(yīng)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(duì)于隧道方案，因?yàn)楣匪淼来嬖谶\(yùn)營(yíng)通風(fēng)的問(wèn)題，并且相對(duì)鐵路其發(fā)生火災(zāi)的頻率較高，因此應(yīng)將鐵路隧道方案作為首選方案，通過(guò)運(yùn)行穿梭列車(chē)，汽車(chē)可通過(guò)穿梭列車(chē)運(yùn)行穿過(guò)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(guān)資料研究，目前主要研究了四條線(xiàn)

17、路 3 目前研究的線(xiàn)路情況三 瓊州海峽隧道 線(xiàn)-線(xiàn)方案比較4 四個(gè)線(xiàn)路方案的比較三 瓊州海峽隧道5 目線(xiàn)的地質(zhì)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(jì)海相沉積，從上到下各層地層簡(jiǎn)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(zhì)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(fēng)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(jiān)硬； (6) 粉土質(zhì)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(dá)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(zhì)結(jié)核，頂層為可塑到硬塑狀態(tài)，其余各層為硬塑到堅(jiān)硬狀態(tài)，層厚達(dá)幾十米；粉砂質(zhì)砂層為：灰色，中密到密實(shí)，局部含鈣質(zhì)結(jié)核，厚度達(dá)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(zhì)構(gòu)造三 瓊州海峽隧道 軟土基礎(chǔ)的隧道穩(wěn)定性問(wèn)題 高水土壓力的問(wèn)題 長(zhǎng)距離隧道施工問(wèn)題 測(cè)量精度控制問(wèn)題 聯(lián)絡(luò)通道的施工問(wèn)題 防災(zāi)救災(zāi)問(wèn)題 8 瓊洲海峽隧道的技術(shù)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(yàn)，結(jié)合上海長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)獨(dú)頭掘進(jìn)7.5km的刀具磨損情況，采用“雙洞單線(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道”的模式修建海峽隧道是可行的；正線(xiàn)可采用盾構(gòu)“相向掘進(jìn)、中間對(duì)接、洞內(nèi)拆機(jī)”的方法施工，對(duì)接方式可采用機(jī)械式對(duì)接；聯(lián)絡(luò)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(lái)的展望 由