海底隧道发展、工程难点及施工技术

1海底隧道发展、工程难点及施工技术

2017.11.目录CONTENTS海底隧道发展施工方法海底隧道特点工程难点案例分析翔安隧道工程公元前2180～前2160年巴比伦修建了一条穿越幼发拉底河，从王宫到朱庇特庙的长约

900米的人行隧道。近代水底隧道始建于英国，1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道，因无法克服泥水涌入隧道被迫停工，直到1825年在法国工程师指导下，初次采用盾构法施工，才于1843年建成第一条泰晤士河水底隧道至20世纪80年代初，海底隧道修建技术已经有了长足的发展，世界上已有百余条海底隧道项目成功完成。巴比伦人行隧道英国泰晤士河水底隧道日本青函隧道英法海峡隧道挪威海底隧道的发展ABC

形式：隧道、桥梁、桥隧组合

用途：铁路隧道(或桥梁)、公路隧道(或桥梁)、

公铁两用隧道(或桥梁)以及它们的组合。跨海方式抵御战争(特别是现代战争)及其它自然灾害的能力较弱受天气的影响很大桥梁的局限性跨越较窄的海峡时，采用桥梁方案最为经济，海峡宽、水深大的情况下，应优先考虑选用隧道方案方案选择海底隧道的特点工程难点地质勘测水压力腐蚀堵水排水涌水后勤通风地质勘测困难、造价高，准确性低，工程风险大。须进行超前地质预报。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，衬砌也长期受较大的水压作用。必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报。综合复杂的海洋腐蚀环境会导致隧道结构混凝土和钢筋腐蚀，注浆加固围岩，堵住出水点再开挖；同时加强机械排水，以堵为主，堵抽结合单日掘进长度很大，对施工期间的后勤和通风有更高的要求。工程难点目前仍处于研究阶段海底隧道的施工方法悬浮隧道钻爆法TBM法沉管隧道施工方法日本青函隧道英法海峡大隧道港珠澳大桥海底隧道1）断面可灵活变化,随机设置,空间利用率高;2）施工方法和施工顺序易于调整,机动性好,对地层地质适应能力好;3）借助中间辅助坑道或平行导坑开辟工作面,提高施工进度;4）机械化程度可高可低,便于成本控制；

采用钻爆法施工洞内作业环境差,工人劳动强度大;频繁的爆破作业对隧道围岩扰动大,不利于围岩稳定;对海底隧道的埋深要求高,加大了工程费用;采用钻爆法长距离独头掘进通风困难；优点缺点钻爆法应用广泛

,在常见的隧道施工中一直占着主导地位施工方法钻爆法施工方法防水措施采用防水混凝土：防水混凝土的制作，主要靠调整级配、增加水泥量和提高砂率，以便在粗骨料周围形成一定厚度的包裹层、切断毛细渗水沿粗骨料表面的通道，达到防水抗水的效果。壁后回填：壁后回填是对隧道与围岩之间的空隙进行充填灌浆，以使衬砌与围岩紧密结合，减少围岩变形，使衬砌均匀受压，提高衬砌的防水能力。双层衬砌:双层衬砌可以达到两个目的：防护上的需要：在爆炸载荷作用下，围岩可能开裂破坏，只要衬砌防水层完好，隧道内就不致大量涌水，影响交通。防范高水压力：有时虽采用了防水混凝土回填注浆，在高水压下仍难免发生衬砌渗水，在此情况下，双层衬砌可作为水底隧道过河段的防水措施。围岩注浆：为使水底隧道围岩提高承载力、减少透水性，可以在围岩中进行预注浆。特别是采用钻眼爆破作业的隧道，通过注浆可以固结隧道周边的块状岩石，以形成一定厚度的止水带，并且填塞块状岩石的裂缝和裂隙，进而消除和减少水压力对衬砌的作用。1243水底隧道的主要部分处于河、海床下的岩土层中。常年在地下水位以下，承受着自水面开始至隧道埋深的全水头压力。因此水底隧道自施工到运营均需要注意防水问题。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。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.穿越断层破碎带强行穿越法: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。方法施工方法注浆法: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目的。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。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，还要采取几种辅助措施，如超前探水、设置安全疏散日、强排堵截等。

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。沉管法特点

选用原则沉管隧道适用于海底地形平坦、水深及跨度不太大的情况。优点沉管法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。施工方法施工方方法0102030405要求管管段不不渗漏漏，均均质，，重量量对称称，结结构牢牢固，，以保保证浮浮运时时没有有倾倒倒的危危险以以及能能在水水上拖拖运足足够远远的路路程。。先将管管段沉沉放在在预先先设置置好的的支座座上，，再将将竹段段与基基槽之之间的的空隙隙填实实。目目前常常用压压砂法法，受气象、洋洋流、、自然然条件件的直直接影影响，，还受受航道道条件件的限限制。主要采采用水水力压压接法法，水水下压压接的的住要要工序序是对对位、、拉合合、压压接、、拆除除封墙墙。1.管段本本身防防水：：严格格控制混混凝土土的成成分配配比、、降低低温差差、施施工期期间延延迟拆拆除模模板、、连续续浇灌灌管段段、加加设辅辅助防防渗管管段；2.接缝防防水：：依靠靠橡胶止止水垫垫环和和Ω止水胶胶带管段制制作与与装配配基础处处理管段沉沉放管段联联结防水技技术沉管法法施工关关键技技术盾构法法和TBM法局限性优点盾构法法一般般限制制在港港湾下下的浅浅水区区和沿沿海地地带，，在深深堆积积层等等软弱弱的不不透水水粘土土中最最为适用。。该法对地地面（（或海海底面面）的的影响响很小小。其其施工工时，，主要要为盾盾构掘掘进机机在地地层中中推进进，利利用其其面的的刀盘盘切割割土石石并将将弃砟砟运出出隧道道外，，同时时拼装装预制制好的的隧道道管片片（结结构））。盾构掘掘进机机技术术发展展余地地很大大,设备性性能日日益完完善,适用范范围越越来越越广。由于盾构掘掘进机机的突突出特特点,所以在在特长长的海海湾、、海峡峡隧道道建设设中,有着其其它施施工手手段往往往不不能代代替的的优势势。断面形式和线型受限,灵活度不大

,曲线半径不能太小机件复杂,设备昂贵,建设成本中设备费用占比较高对地层地质和水文情况敏感度极高掘进中途须更换刀具和整修刀盘，工艺复杂,操作困难隧道洞口附近需要有较大的施工整备场地,代价较高现代化的生产手段速度快,效率高施工通风易于解决,可以实现长距离独头掘进进洞工作人员作业环境较好,安全保证程度高隧道管片及防水系统工厂化预制,机械化拼装,质量稳定比较钻爆法施工隧道埋深要求较低,因此线路长度可缩短施工方方法翔安隧道道施工工技术术4-1工程概况4-2工程特点4-3施工技术Part4案例分分析厦门大桥海沧大桥厦门东通道（翔安隧道）翔安区厦门岛金门鼓浪屿漳州工程概况厦门翔安海底隧道是我国大陆第一条海底隧道，翔安隧道最深在海平面下约70m，全长6.05km，其中海域段长4.2km，该隧道为双向6车道双洞海底隧道，采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道。隧道沿线设通风竖井两座，车行横洞5处，人行横洞12处，翔安西滨侧设收费、服务、管理区，工程总投资约36亿元人民币。它是一座兼具公路和城市道路双重功能的隧道。翔安隧道不仅是我国内地第一条海底隧道，也是第一条由国内专家自行设计的海底隧道，隧道采用钻爆法施工，行车速度为80km/h。案例分分析52m22m案例分分析水下地地质条件具有较较强的的多变变性和不可可确定定性，施工工中可可能发发生涌水、、突水，，隧道道持续坍坍塌或或严重重进水水，施工风风险大大主隧道道按3车道设设计，，最大大开挖挖断面面尺寸17.04m××12.55m(170m2)；主要要采用CRD工法、、双侧侧壁导导坑法法、上上下台台阶法法施工工断面大大，工工法多多国内第第一，，技术术含量量、标标准要要求高高。施工工过程中中遇到多多项世世界级级的技技术难难题，，须进行必必要的的科研研试验结构防防腐抗抗渗要要求高高陆域和浅浅滩地带：基岩全风化化带厚厚度较较大；海域域：累累计穿越风风化槽槽总长长度为为1118.5m。地质条条件复复杂纵剖面面呈V形，下下坡施施工，，水不能能自流排排出，，施工工中须制订完完善的的排水水方案案，施施工供供电也也必须须安全全、可可靠、、不间间断。。施工排水量量大翔安隧道工工程特特点案例分分析超前预预报预预测通过TSP、红外外探水水、地地质雷雷达、、超前前水平平钻孔孔等各各种方方法的的运用用，相相互对对照、、相互互补充充，提提高物物探成成果解解译水水平和和地质质预报报精度度。0102隧道结结构防防水施施工采取““以堵堵为主主”的施工工原则则，通通过超超前地地质预预报系系统准准确分分析前前方地地质破破碎带带情况况。采取超超前帷幕注注浆，，超前前小导导管和和中空空锚杆杆注浆浆，后后注浆浆等防防水措施重视在初期期支护护背后后充填填注浆浆的施施工，，确保保初期期支护护不渗渗不漏漏。加强结结构的的自防防水能能力，，封闭闭渗漏漏水在在初期期支护护之外外，二二次衬衬砌结结构在在无水水条件件下施工采取分分区防防水形形式，，充分分保证证防水水板的的防水水效果果0304隧道施施工安安全风风险管管理由于海底隧隧道施施工条条件的的复杂杂性，，决定定了其其施工工必须须以安安全为为前提提，施施工中中应遵遵循““预案案在先先、规规避风风险””的原原则。。耐久性性混凝凝土施施工海底隧隧道大大部分分处于于水域域之下下，地地下水水水质质与海海水接接近，，