水下隧道施工技術方法及國內外技術現狀

水下隧道施施工技術方方法及國內內外技術現現狀目錄一、水下隧隧道施工方方法二、我國水水下隧道技技術現狀三、國內外外典型水下下隧道工程程四、水下隧隧道技術展展望什么是水下隧道？？一、水下隧隧道施工方方法除個別水下隧道可采用圍堰明挖法外，在江、、河、海下下一般采用用暗挖法（鉆爆法、、TBM和盾構法））以及沉管法。南京長江隧隧道廈門翔安隧隧道一、水下隧隧道施工方方法鉆爆法水下隧道鉆爆法與陸陸地隧道無根本區(qū)別，，主要的關關鍵技術是是設計埋深深須滿足最最小覆蓋層層基巖的要要求，以預預防坍塌，，遏止高壓壓涌水。為為此，要千千方百計做做好工程地地質和水文文地質的勘勘察調查，，突水涌水水的超前地地質預報，，在完全可可靠的注漿漿固結封閉閉的條件下下鉆爆開挖挖。一、水下隧隧道施工方方法所需設備投投資較低；；對不同地質質條件、開開挖工藝、、方法和斷斷面形狀的的適應性好好，轉換場場地、移動動位置機動動、靈活；；動力能源消消耗少、要要求低；設備維修少少，利用率率高，在不不發(fā)生事故故前提下施施工進度穩(wěn)穩(wěn)定；鉆爆法的優(yōu)優(yōu)點鉆爆法的不不足開挖速度提提高有困難難，工期長長如：日本青函隧道，因因津輕海峽峽有九個斷斷層破碎帶帶，發(fā)生三三次涌水停停工，主隧隧道歷時14年貫通。一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾構法法TBM（隧道全斷面面掘進機））法，是利用刀盤盤刀具破碎碎巖石和在在軟土中開開挖，邊開開挖邊出渣渣、土并進進行錨噴支支護襯砌和和管片支護護等連續(xù)作作業(yè)。一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾構法法TBM掘進速度快，在在中、硬巖巖石中的月月掘進速度度在600米左右；最適合長隧道道施工。盾構法在軟土中平平均掘進速速度200-300m/月。TBM掘進的隧道道具有較平平整的臨空空面，超欠欠挖極少，，圍巖松動動范圍一般般都在20-50cm以內，因受到破破壞很小并并及時支護護，故圍巖巖穩(wěn)定，施施工安全；施工安全性性大大提高高，最大限限度減少施施工人員的的傷亡；施工機械化化程度達到到95%以上；降低低勞動強度度，改善了了勞動環(huán)境；施工中對海海底地質不不產生任何何不利影響響，不影響響和不干擾擾水面航行行；綜合效益顯顯著。優(yōu)點點一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾構法法TBM和盾構機的的設備費用用較高，設設備攤銷費費用較高；遇到復雜多多變的地層層時，掘進比較困難；同一隧道內內截面形狀狀變化困難難；不足足一、水下隧隧道施工方方法沉管法10在干塢內（船塢或造船船廠車間））將隧道整整體分段制制作好，兩兩端用臨時時鋼封門密密封，船塢塢放水使隧隧道管段上上浮，采用用拖運和定定位等設備備，使管段段準確浮運運至設計位位置；經管管段灌水壓壓載，下沉沉至已開挖挖好的水底底基槽，再再依次在水水下利用水水力壓接將將管段連接接起來，接接口使用可可靠的密封封止水，最最后是拋石石回填，抽抽出管段內內壓載水，，開啟各段段間鋼封門門，在管段段內進行設設備安裝和和裝修后，，即成水底底沉管隧道道。一、水下隧隧道施工方方法沉管法所需覆土小小，有利于于減小隧道道長度；要求地層承承載力不大大；隧道各管段段可在干塢或工廠車間內預先先制備、質質量有保證證；管段預制和和水底開槽槽可同時進進行，工期短；優(yōu)點點在水下開槽、、管節(jié)浮運運、沉放、、各水下對對接以及沉沉管基礎處處理的各工工藝流程中中出現失誤誤的概率，，相對地比比其他隧道道技術要多多。這是因因為沉管隧隧道是埋置置于水下的的大型人工工構筑物，，受河、海海地貌、地地質、水文文等影響。浮運及沉放放時對航運運有一定影影響。不足一、水下隧隧道施工方方法

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的適應面較寬，靈活性大，進度穩(wěn)定，水底地質條件差時，需采用輔助工法對地質條件的適應面較窄靈活性小，水底地質為多變化的巖體時，不易發(fā)揮掘進機優(yōu)勢遇到砂質土層時，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≥盾構外徑沉管頂面可放置在水底標高處。可與河、海底面齊平，最深記錄已達水下41米通行車道數量根據水下基巖情況，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）目前已有三車道（15.4m）的超大型盾構，特大型盾構正在規(guī)劃中一個斷面內可設置多條車道，目前已有兩個8車道的記錄水下隧道主主要施工方方法比較一、水下隧隧道施工方方法

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主要施工方方法比較二、水下隧隧道技術現現狀世界發(fā)達國國家自20世紀30年代起，就就開始修建建跨海峽的的海底隧道道。迄今修修建水下隧隧道的國家家主要包括括日本、英英國、法國國、美國、、挪威、澳澳大利亞、、丹麥、冰冰島、中國國等。日本于1942年建成的關關門海底隧隧道（6.3km）拉開了人人類歷史上上修建水下下隧道的序序幕。日本本青函鐵路路跨海隧道道全長53.85公里，海底底部分長23.0公里，該隧隧道以鉆爆爆法為主開開挖持續(xù)20年，克服了了4次海水淹沒沒帶來的困困難，于1985年8月竣工。由兩條行車車主洞和一一條服務隧隧道構成的的英法海峽峽隧道，海海底段長38公里，采用用先進技術術，通過充充分的地質質工作找到到理想的巖巖層，設計計安全，較較好地解決決了某些特特殊的工程程技術問題題。挪威有有較長的海海岸線及大大量的狹灣灣與島嶼，，大多數人人生活在海海岸附近，，因此修建建了較多的的海底隧道道。二、水下隧隧道技術現現狀中國在水下隧道的建設上起起步較晚，，但發(fā)展勢勢頭很快。。據不完全統(tǒng)統(tǒng)計，截至2014年底，我國大陸地地區(qū)已建和在建的的水下隧道道已經超過過了100條（鐵路3條；城市軌軌道交通15條；市政道道路隧道及及公路隧道道46條；水利及及市政給排排水、電力力等領域36條）。上述工工程90%以上是上世紀90年代年之后開始建建設的，其其中約70%采用了盾構構法施工，其余礦山山法、沉管管法、圍堰堰明挖法約約各占10%。其中具有代代表性的工工程有武漢長江隧隧道、廈門門翔安海底底隧道、南南京長江隧隧道、上海海崇明長江江隧道、廣廣深港客專專獅子洋隧隧道、青島膠州灣灣海底隧道道、港珠澳跨海隧道等。三、國內外外典型水下下隧道工程程英法海峽隧隧道英法海峽隧隧道：為橫跨英吉吉利海峽，，連接英國國和法國的的鐵路海底底隧道。隧隧道西起英英國的?？怂雇ǎ瑬|到法國國的加來，全長51km，由兩孔運運輸隧道和和1孔服務隧道道組成。工程類別：：跨國鐵路路海底隧道道設計車速：：160km/h車道規(guī)模：：2孔運輸隧道道+1孔服務隧道道隧道規(guī)模：：51000米，海中段段38000米橫斷面：兩兩管/一管，內徑徑7.6米/4.8米總投資：100億英鎊施工工法：：盾構法三、國內外外典型水下下隧道工程程英法海峽隧隧道是首次針對對不同地質質、水文條條件，隧道道采用了多多臺不同類類型、不同同直徑的盾盾構機；是綜合考慮慮運輸、供供電照明、、給排水、、通風、通通訊、防火火、疏散救救援等安全全系統(tǒng)；英法海峽隧隧道主要工程特特點是采用卸壓壓管解決了了隧道空氣氣動力學問問題、減振振軌道結構構降低列車車振動作用用；是扎實的地地質勘察為為海底線路路方案奠定定基礎，減減少隧道滲滲漏水；是綜合應用用成熟先進進技術解決決復雜的工工程；是高水壓、、高風險、、環(huán)保要求求高的隧道道。三、國內外外典型水下下隧道工程程英法海峽隧隧道地質鉆探工工作從1958年做到1987年，重要的的鉆孔達94個。淺層勘勘探在海底底以下150m之內，考慮慮隧道布置置的范圍；；深層勘探探在海底以以下800m之內，主要要為評價地地震風險提提供數據。。海底鉆探探曾采用大大型北海石石油鉆機，，每個鉆孔孔平均費用用約為50萬英鎊?？笨碧桨l(fā)現海海底有一層層泥灰質白白堊巖(ChalkMarl)，厚度約30m，抗壓強度度6~9MPa，滲透系數數(1~2)×10-7m/s。該巖層抗抗?jié)B性好，，硬度不大大，裂隙也也較少，易易于掘進，，隧道線路路就布置在在它的下部部，距海底底25~40m。由于巖層層的起伏，，而隧道要要求一定的的運行坡度度，所以隧隧道軸線在在平面和立立面上均呈呈W形。三、國內外外典型水下下隧道工程程日本東京灣灣海底隧道道東京灣海底底隧道是橫橫貫東京灣灣公路的一一部分，全長為15.1km，其海上部部分由三大大段組成：：一為船舶舶航行較多多的川崎側側，長為9.6km的海底隧道道；二為處處在水深較較淺的木更更津側，長長為4.4km的海上橋梁梁；三為川川崎側岸邊引道部分。長9.6km的海底隧道道是由8臺直徑為14.14m的超大型泥泥水平衡盾盾構在海底底地層中穿穿越貫通。。盾構機長長為13.5m、重達3200t，是當時世世界上最大大的盾構機機械。三、國內外外典型水下下隧道工程程日本東京灣灣海底隧道道隧道道設計計速速度度為為80km/h，外外徑徑為13.9m，隧隧道道一一次次襯襯砌砌環(huán)環(huán)由由11塊管管片片用用螺螺栓栓聯聯結結而而成成，，每每塊塊管管片片厚厚0.65m，寬寬1.5m，長長約約4m，二二次次襯襯砌砌厚厚0.35m，為為鋼鋼筋筋混混凝凝土土結結構構。。隧隧道道中中部部設設置置一一座座人人工工通通風風豎豎井井，，并并在在橋橋隧隧連連接接段段設設置置一一座座人工工島島。。隧隧道道為雙雙管管盾盾構構隧隧道道，，每每管管隧隧道道采采用用四四臺臺盾盾構構機機兩兩兩兩對對向向施施工工，，并并在在隧隧道道中中部部水水下下對對接接。。工程程于1966年由由開開始始調調查查，，并并于于1989年著著手手開開始始建建設設，，1996年8月全全線線貫貫通通，，1997年12月竣竣工工并并投投入入營營運運。。三、、國國內內外外典典型型水水下下隧隧道道工工程程武漢漢長長江江隧隧道道武漢漢長長江江隧隧道道位于于武武漢漢長長江江大大橋橋、、二二橋橋之之間間。。隧隧道道連連接接漢漢口口的的大大智智路路與與武武昌昌的的沙沙湖湖路路，，被被譽譽為為“萬里里長長江江第第一一隧隧”。工程程類類別別：：城城市市主主干干道道設計計車車速速：：50km/h車道道規(guī)規(guī)模模：：雙雙向向四四車車道道隧道道規(guī)規(guī)模模：：3600米，，盾盾構構段段2550米橫斷斷面面：：雙雙管管單單層層，，外外徑徑11.0米大智智路路沙湖湖路路施工工工工法法：：盾盾構構法法三、、國國內內外外典典型型水水下下隧隧道道工工程程武漢漢長長江江隧隧道道是國國內內當當時時水水壓壓力力最最高高、、一一次次推推進進距距離離最最長長的的大大直直徑徑盾盾構構隧隧道道；；是國國內內首首次次采采用用10m以上上大大直直徑徑復復合合式式泥泥水水平平衡衡盾盾構構；；是國內大大直徑盾盾構首次次全斷面面在砂層層中施工工的隧道道；是國內首首次設置置雙道防防水密封封墊的盾盾構隧道道；是國內首首次設置置排煙專專用風道道的盾構構隧道。。是國內第第一個立立項研究究、第一一個由國國家批準準、第一一個開工工、第一一個盾構構掘進、、第一個個建成通通車的水水下隧道道；盾構通過過段地面面建筑物物密集，，并且淺淺覆土下下穿省級級文物保保護建筑筑，環(huán)境境保護要要求高，，技術難難度大。。武漢長江江隧道主要工程程特點三、國內內外典型型水下隧隧道工程程南京長江江隧道南京長江江隧道位于南京京長江大大橋與三三橋之間間的緯七七路，連連接南京京江北的的濱江路路與江南南的清河河路。工工程采用用“左隧右橋橋”的結構型型式，總總長5853m。其中隧隧道3930米，橋梁梁705米，其他他為路基基段。工程類別別：城市市快速路路設計車速速：80km/h車道規(guī)模模：雙向向六車道道隧道規(guī)模模：3930米，盾構構段3022米橫斷面：：雙管單單層，外外徑14.5米施工工法法：盾構構法三、國內內外典型型水下隧隧道工程程南京長江江隧道是國內當當時水壓壓力最大大的盾構構隧道，，最大水水壓力為為65m；南京長江江隧道主要工程程特點是國內在在砂層中中一次推推進距離離最長的的隧道；；是國內最最長的盾盾構法城城市快速速路隧道道；國家863計劃示范范工程；；國內首次次大規(guī)模模穿越卵卵石地層層，并成成功實現現常壓換換刀的水水底隧道道。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程南京長江江隧道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程上海長江江隧道隧道起于浦東新區(qū)區(qū)五好溝，，穿越南南港水域域在長興興島西南南方登陸陸，全長長8.95公里里，其中中穿越水域部分達7.47公里。隧道整整體斷面面設計為為上下行的雙管隧道道，沿其縱向每每隔800米左左右設一一條橫向向人行聯聯絡通道道。單管管外徑為為Φ15m，內徑為13.7m，內設三條條（2×3.75+3.5m）車道，雙雙向即六六車道，，設計車車速為80公里里/小時時。兩臺直徑為為Φ15.43m泥水加氣平衡衡盾構，，從浦東東側工作作井由南南向北一一次掘進進至長興興島側工工作井實實現隧道道貫通。。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廣深港客客專獅子子洋隧道道工程類別別：客運運專線設計車速速：350km/h車道規(guī)模模：雙線線隧道規(guī)模模：10.8公里，盾盾構段9340米橫斷面：：雙管單單線，隧隧道外徑徑10.8米施工工法法：盾構構法獅子洋隧隧道位于于廣深港港客運專專線東涌涌站至虎虎門站之之間，穿穿越珠江江入海口口的獅子子洋，河河面寬度度6100m。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廣深港客客專獅子子洋隧道道是鐵路第第一條水水下隧道道；獅子洋隧隧道主要要工程特特點是世界上上行車速速度目標標值最高高的水下下隧道；；是國內已已建的最最長的水水下隧道道；是國內水水壓力最最大的水水下隧道道，最大大水壓力力為67m；是國內第第一條進進行地中中對接施施工的盾盾構隧道道。是國內第第一次使使用內襯襯的盾構構法隧道道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程錢江隧道道工程類別別：高速速公路設計車速速：80km/h車道規(guī)模模：雙向向六車道道隧道規(guī)模模：4250米，盾構構段3250米橫斷面：：雙管單單線，隧隧道外徑徑15.0米施工工法法：盾構構法該項目為為高速公公路——錢江通道道及接線線工程的的控制性性工程，，在海寧鹽鹽官鎮(zhèn)西2.5公公里處，，以隧道形形式穿越越錢塘江江。2007年12月試驗段段動工；；2008年隧道全全面開工工，2010年3月盾構始始發(fā)，2013年底建成成通車。。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程錢江隧道道江南施工工期衛(wèi)星星照片江北施工工期衛(wèi)星星照片三、國內內外典型型水下隧隧道工程程錢江隧道道錢江隧道道管理中中心中控控室三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廈門翔安安海底隧隧道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廈門翔安安海底隧隧道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廈門翔安安海底隧隧道工程于2005年9月6日開工建設，2010年4月26日開通運運營。投資32.8億三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廈門翔安安海底隧隧道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程廈門翔安安海底隧隧道三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程港珠澳大大橋跨越越伶仃洋洋，東接接香港特特別行政政區(qū)，西西接廣東東省珠海海市和澳澳門特別別行政區(qū)區(qū)，是““一國兩兩制”框框架下、、粵港澳澳三地首首次合作作建設的的超大型型跨海交交通工程程。海中橋隧隧主體工工程長約約29.6公里，采采用橋隧隧組合方方案，穿穿越伶仃仃西航道道和銅鼓鼓航道段段約6.7公里采用用隧道方方案，其其余路段段約22.9公里采用用橋梁方方案。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程為實現橋橋隧轉換換和設置置通風井井，主體體工程隧隧道兩端端各設置置一個海海中人工工島，島隧工程程是大橋橋工程的的施工控控制性工工程,由沉管隧隧道、東東西人工工島三大大部分組組成，其其中沉管管隧道是是目前世世界上綜綜合難度度最大的的沉管隧隧道之一一。全長長7440.546米，其中中隧道部部分長5.9km，沉管段段長5.6km，每座人人工島長長度625m。島隧工工程概算算價約140億元。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程本工程沉沉管段隧隧道采用用180m長的超大大管節(jié)，，每個180m長的標準準管節(jié)重重達7.4萬噸，由由8個節(jié)段組組成，每每節(jié)長22.5米、寬37.95米、高11.4米。為了了保證工工程質量量、提高高施工效效率，在在桂山牛牛頭島修修建了管管節(jié)預制制廠房，，每個節(jié)節(jié)段均在在廠房內內綁扎鋼鋼筋、固固定臺座座上澆筑筑、養(yǎng)護護72小時后，，向前頂頂推22.5m，空出澆澆筑臺座座，下一一節(jié)段與與剛頂出出的節(jié)段段相鄰匹匹配預制制。如此此逐段預預制逐段段頂推，，直至完完成全部部8個節(jié)段的的澆筑。。整體頂頂推至淺淺塢，通通過預應應力鋼索索張拉形形成整體體，完成成一次舾舾裝。然然后關閉閉淺塢與與預制工工廠之間間的滑動動塢門，，淺塢灌灌水，管管節(jié)浮起起移至深深塢，最最后打開開深塢門浮運至設計的沉沉放現場場。三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程采用大圓圓筒圍護護結構快快速成島三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程沉管隧道道管節(jié)工工廠化制造三、國內內外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大橋島隧隧工程沉管隧道道管節(jié)工工廠化制造三、國內內外典型型水下隧隧道工程程武漢市三三陽路越越江隧道道武漢市三三陽路過過江隧道道是城市道路路和軌道道交通7號線共用用過江通通道，隧道外外徑