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海底隧道施工方法专题 1 contents 海底隧道的特点 海底隧道施工技术 2 海底隧道的施工方法有 1 盾构法 一种掘进机 该法对地面 或海底面 的影响很小 其施工时 主要为盾构掘进机在地层中推进 利用其面的刀盘切割土石并将弃砟运出隧道外 同时拼装预制好的隧道管片 结构 2 沉管法 沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面 河面 现场 并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内 以此方法修建的水下隧道 目前沉管法施工已经比较成熟 一般与盾构法进行方案比选 而使用最多的为 盾构法 如著名的英法海底隧道等由盾构法修建 3 海底隧道图片 4 厦门翔安海底隧道洞口处 5 厦门翔安海底隧道施工过程图1 6 施工过程图2 施工过程图3 7 隧道贯通图1 8 隧道贯通图2 9 各国海底隧道发展 已建海底隧道 世界上己修建了许多海峡隧道 未建的地方也在积极筹划中 20世纪40年代日本在关门海峡修建的海峡隧道 是世界上最早的海峡隧道 之后又在关门海峡修建了两条海底隧道 日本于1988年在津轻海峡建成了迄今为止世界上最长的海峡隧道 青函隧道 隧道长53 85km 最大水深为140m 海底埋深为100m 隧道实现了本州和北海道之间的铁路运输 英法海峡隧道从拿破仑时代 1800年 起就种两次开挖 但都停了下来 到1993年隧道全部贯通 隧道长50 5km 最大水深为60m 海底最小埋深为21m 1996年 丹麦大海峡隧道竣工 该隧道长7 26km 最大水深为53m 海底最小埋深为巧m 日本跨越东京湾的渡海公路隧道 也是近期完工的一项令人注目的工程 隧道长9 5km 最大水深为28m 海底最小埋深为15m 挪威也修建了18座海底隧道 总长度超过45km 最长的一条隧道为4 7km 最大水深达180m 10 计划修建海底隧道 跨越丹麦和瑞典之间的厄勒海峡长16km的隧道和桥梁组合通道 公铁两用 跨越丹麦和德国之间的费马恩海峡通道 海面下深约50m的一条长19km的铁路隧道 或一条桥隧组合通道 跨越加拿大西部纽布伦瑞克和爱德华土了岛之间的诺森伯兰海峡隧道 长13km 水深为30m 连接西班牙及摩洛哥的直布罗陀海峡铁路隧道 或桥隧组合 长50km 最大水深为300m 跨越意大利墨西拿海峡的隧道 隧道长23km 其中6km是悬浮隧道 最大水深为150m 跨越挪威外奥斯陆峡湾长14km的隧道 最大水深为300m 跨越印尼的爪尘和苏门答腊岛之间的哭他海峡隧道 长39km 最大水深为200m 跨越阿拉斯加和楚科奇西伯利亚之间相隔113km的白令海峡隧道 其最大水深为51m 在海峡中间有两座代奥米德群岛 跨越日本与韩国之间的对马海峡铁路沉竹隧道 长200km 最大水深为210m 11 与陆地隧道相比 海底隧道具有如下特点 1 通过深水进行海底地质勘测比在地面的地质勘测更困难 造价更高 而目准确性相对较低 所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大 因此 在隧道施工时必须进行超前地质预报 2 海底隧道施工的主要困难是突然涌水 特别是断层破碎带的涌水 因此必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报 3 海底隧道的单日掘进长度很大 从而对施工期间的后勤和通风有更高的要求 4 很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力 造成较低的成拱作用和地层的稳定性 海底隧道特点 12 5 很高的渗水压力可能导致水在有高渗透性或有扰动区域与开阔水面有渠道相连的地层中大量流入 6 海底隧道不能自然排水 堵水技术是关键技术 先注浆加固围岩 堵住出水点 然后再开挖 在堵水的同时加强机械排水 以堵为主 堵抽结合 7 在高水压下开挖横通道是一大技术难题 将来很有必要有专门在困难条件下开挖横通道的隧道掘进机 8 衬砌长期受较大的水压作用 9 由于单日连续掘进距离很长而导致工期很长 投资很高 因此必须采用快速掘进设备 目前修建海底隧道的基本方法有 钻爆法 沉管法 盾构法和掘进机法 或这儿种方法的组合 另外水中悬浮隧道正在研究中 13 海底隧道施工技术 1 钻爆法施工技术采用钻爆法施工的海底隧道主要有 日本的新关门隧道 青函隧道 英国的墨尔西隧道 冰岛的华尔海峡隧道以及挪威的海底隧道 作为世界上最长的海底隧道 青函隧道 它在水平钻探 超前注浆加固地层 喷射混凝土等技术上有巨大的发展 尤其在处理海底涌水技术方面独具一格 为工程界所津津乐道 14 海底隧道穿越断层破碎带的施工技术是关键 断层破碎带若与其上或附近的水系相沟通 随时都有可能给工程带来淹没 塌通 涌水 或形成泥石流的危险 如青函隧道发生过四次较大塌方涌水事故 其中1976年5月6日在北海道侧平行导坑内发生的涌水事故最为严重 涌水量高达70m3 min 用了5个月时间才绕过涌水段 穿越断层破碎带 主要问题在于对断层破碎带的支撑 加固和堵水 目前国内外经常采用的方法是强行穿越法 注浆法 冻结法和其它辅助方法 15 1 强行穿越法 这是最常用的传统方法 其特点是支撑护顶 随挖随砌 根据工程经验 短段掘砌 喷锚支护 超前支架 侧壁导坑等方法较为常用 2 注浆法 这是人工充填围岩裂隙的一种方法 在一定的注浆压力作用下 浆液被挤压入岩层沿裂隙流动扩散 由于其充塞和水化作用 在裂隙内成为具有一定强度和低透水性的结石体 从而达到堵塞裂隙 截断水路和加固围岩的日的 注浆在海底隧道中对防止涌水并加强岩体强度是必不可少的 16 3 冻结法 这是用冷媒传递冷量使含水地层降温冻结的方法 依靠冻土的强度达到承受地压的目的 使开挖和衬砌处在冻土保护之下安全进行 国内外一般都将冻结法用于其它方法不适用的地层 4 其它辅助措施 为了安全可靠地穿越断层破碎带 除采用以上方法外 还要采取儿种辅助措施 如超前探水 设置安全疏散日 强排堵截等 17 3 2沉管法施工技术所谓沉管隧道 就是将若干个预制管段分别浮运到海面 河面 现场 并一个接一个地沉放安装在己疏浚好的地槽内 至今世界上己修建了100多座沉管隧道 最长达5 8km 我国修建沉管隧道起步较晚 己建成的有上海金山供水隧道 黄浦江宁国路隧道 天津海河隧道 宁波甬江隧道以及广州珠江隧道 沉管法修建水下隧道的优点在于对地质条件的适应性强 隧道的覆盖层薄 从而使隧道总长度减小 隧道断面利用率高 防不可靠度高 施工周期短及工程造价合理等 18 沉管隧道适用于海底地形平坦 水深及跨度不太大的情况 其关键技术主要有以下几方面 1 管段制作与装配 要求管段不渗漏 均质 重量对称 结构牢固 以保证浮运时没有倾倒的危险以及能在水上拖运足够远的路程 2 基础处理 先将管段沉放在预先设置好的支座上 再将竹段与基槽之间的空隙填实 目前常用压砂法 它是通过管底部预留孔向基底注砂的 它要求砂和水的混合物通过在隧道底板中的流砂孔压出 混合物在空隙中向各个方向流动 直到其流速下降到足够小而沉积成圆形砂丘为止 19 3 管段沉放 它受气象 洋流 自然条件的直接影响 还受航道条件的限制 压载水舱灌满后 管段下沉 这时 原先的浮运过程中搁置于管段上的浮箱和悬于其下的管段一起沉向水中 把管段下降到基槽底部并置于4个临时支座上 利用管段的前端搁置在前一管段上或明挖结构上的鼻式托座上 在另一端 管段搁置于两个千斤顶上 千斤顶支承于管段运抵现场前就己在基槽中设置好的混凝土临时支承板上 管段需在其临时支承板上非常准确地定位 管段下沉以后 用水灌满压载水舱以防止管段由于水密度的变化或者船只的来往而升浮 20 4 管段联结 住要采用水力压接法 水下压接的住要工序是对位 拉合 压接 拆除封墙 当管段沉放到临时支承上后 用钢绳进行初步定位 然后用临时支承上的垂直和水平千斤顶精确对位之后 己设管段和新铺管段还留有间隙 用千斤顶把新设管段拖靠到己设段上 由于螺杆的拉力 使垫圈软舌部被压缩 两节管段初步密贴 接着用水泵抽掉封在隔墙间的水 新管段自由端受到巨大静水压力的作用 使垫圈硬橡胶部分被压缩 接头完全封住 此时可以拆除隔墙 21 5 防水技术 沉管隧道的防水主要分两方面 即管段本身防水和接缝防水 为保证管段不漏 严格控制混凝土的成分配比 降低温差 施工期间延迟拆除模板 连续浇灌管段 加设辅助防渗管段接缝的防水主要依靠橡胶止水垫环和 止水胶带 22 3 3盾构法施工技术盾构法一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带 在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用 采用盾构法修建了很多海底隧道 其中典型的工程有 日本德山港海底隧道 东京湾渡海公