水下隧道施工技术方法及国内外技术现状

水下隧道施工技术方法及国内外技术现状目录一、水下隧道施工方法二、我国水下隧道技术现状三、国内外典型水下隧道工程四、水下隧道技术展望什么是水下隧道？一、水下隧道施工方法除个别水下隧道可采用围堰明挖法外，在江、河、海下一般采用暗挖法（钻爆法、TBM和盾构法）以及沉管法。南京长江隧道厦门翔安隧道一、水下隧道施工方法钻爆法

水下隧道钻爆法与陆地隧道无根本区别，主要的关键技术是设计埋深须满足最小覆盖层基岩的要求，以预防坍塌，遏止高压涌水。为此，要千方百计做好工程地质和水文地质的勘察调查，突水涌水的超前地质预报，在完全可靠的注浆固结封闭的条件下钻爆开挖。一、水下隧道施工方法所需设备投资较低；对不同地质条件、开挖工艺、方法和断面形状的适应性好，转换场地、移动位置机动、灵活；动力能源消耗少、要求低；设备维修少，利用率高，在不发生事故前提下施工进度稳定；钻爆法的优点钻爆法的不足开挖速度提高有困难，工期长如：日本青函隧道，因津轻海峡有九个断层破碎带，发生三次涌水停工，主隧道历时14年贯通。一、水下隧道施工方法TBM法和盾构法TBM（隧道全断面掘进机）法，是利用刀盘刀具破碎岩石和在软土中开挖，边开挖边出渣、土并进行锚喷支护衬砌和管片支护等连续作业。一、水下隧道施工方法TBM法和盾构法TBM掘进速度快，在中、硬岩石中的月掘进速度在600米左右；最适合长隧道施工。盾构法在软土中平均掘进速度200-300m/月。TBM掘进的隧道具有较平整的临空面，超欠挖极少，围岩松动范围一般都在20-50cm以内，因受到破坏很小并及时支护，故围岩稳定，施工安全；施工安全性大大提高，最大限度减少施工人员的伤亡；施工机械化程度达到95%以上；降低劳动强度，改善了劳动环境；施工中对海底地质不产生任何不利影响，不影响和不干扰水面航行；综合效益显著。优点一、水下隧道施工方法TBM法和盾构法TBM和盾构机的设备费用较高，设备摊销费用较高；遇到复杂多变的地层时，掘进比较困难；同一隧道内截面形状变化困难；不足一、水下隧道施工方法沉管法10

在干坞内（船坞或造船厂车间）将隧道整体分段制作好，两端用临时钢封门密封，船坞放水使隧道管段上浮，采用拖运和定位等设备，使管段准确浮运至设计位置；经管段灌水压载，下沉至已开挖好的水底基槽，再依次在水下利用水力压接将管段连接起来，接口使用可靠的密封止水，最后是抛石回填，抽出管段内压载水，开启各段间钢封门，在管段内进行设备安装和装修后，即成水底沉管隧道。一、水下隧道道施工方法沉管法所需覆土小，，有利于减小小隧道长度；要求地层承载载力不大；隧道各管段可可在干坞或工厂车间内预先制制备、质量有有保证；管段预制和水水底开槽可同同时进行，工期短；优点在水下开槽、管管节浮运、沉沉放、各水下下对接以及沉沉管基础处理理的各工艺流流程中出现失失误的概率，，相对地比其其他隧道技术术要多。这是是因为沉管隧隧道是埋置于于水下的大型型人工构筑物物，受河、海海地貌、地质质、水文等影响。浮运及沉放时时对航运有一一定影响。不足一、水下隧道道施工方法

方法

内容暗挖法沉管法钻爆法掘进机法盾构法地质条件对地质条件的适应面较宽，灵活性大，进度稳定，水底地质条件差时，需采用辅助工法对地质条件的适应面较窄灵活性小，水底地质为多变化的岩体时，不易发挥掘进机优势遇到砂质土层时，需采用土压平衡或泥水加压平衡（气压）施工不怕流砂，基本上不受地质条件限制水流速度无关无关无关水流很急时，须用水中作业平台辅助施工水面交通无关无关无关对繁忙航道，在浮运就位时需采取短期局部航道管理措施隧道埋深一般设置在水下基岩>2.0倍开挖跨度的深度水底基岩下厚度>掘进机外径水底覆盖层≥盾构外径沉管顶面可放置在水底标高处。可与河、海底面齐平，最深记录已达水下41米通行车道数量根据水下基岩情况，可做成多车道隧道TBM当前主要使用两车道、多车道时要增建隧道（直径<12m）目前已有三车道（15.4m）的超大型盾构，特大型盾构正在规划中一个断面内可设置多条车道，目前已有两个8车道的记录水下隧道主要要施工方法比比较一、水下隧道道施工方法

方法

内容暗挖法沉管法钻爆法掘进机法盾构法渗漏情况做到不渗不漏难度较大能做到不渗不漏能做到不渗不漏能实现滴水不漏工程总量埋深大、引道段长，工程量大两岸引道较长，工程量较大两岸引道较长，工程量较大可做到隧道长度最短，工程总量最少施工工期机械化程度不高，可组织快速施工，工期仍较长机械化程度较高，开挖速度快，工期较有保证机械化程度较高，开挖速度快，工期较有保证基地开槽和管段预制分开同时进行，管段沉放时间较短，总的工期短施工安全水下钻爆施工要严格施工措施，安全施工是个重要问题施工作业全部掘进机中进行，安全性好施工作业全部在盾壳掩护下进行，安全性好大量作业在水上，水下作业主要是由潜水员完成，安全性较好水下隧道主要要施工方法比比较二、水下隧道道技术现状世界发达国家家自20世纪30年代起，就开开始修建跨海海峡的海底隧隧道。迄今修修建水下隧道道的国家主要要包括日本、、英国、法国国、美国、挪挪威、澳大利利亚、丹麦、、冰岛、中国国等。日本于1942年建成的关门海海底隧道（6.3km）拉开了人类历历史上修建水下下隧道的序幕。。日本青函铁路路跨海隧道全长长53.85公里，海底部分分长23.0公里，该隧道以以钻爆法为主开开挖持续20年，克服了4次海水淹没带来来的困难，于1985年8月竣工。由两条行车主洞洞和一条服务隧隧道构成的英法法海峡隧道，海海底段长38公里，采用先进进技术，通过充充分的地质工作作找到理想的岩岩层，设计安全全，较好地解决决了某些特殊的的工程技术问题题。挪威有较长长的海岸线及大大量的狭湾与岛岛屿，大多数人人生活在海岸附附近，因此修建建了较多的海底底隧道。二、水下隧道技技术现状中国在水下隧道的建设上起步较较晚，但发展势势头很快。据不完全统计，截至2014年底，我国大陆地区已已建和在建的水下下隧道已经超过过了100条（铁路3条；城市轨道交交通15条；市政道路隧隧道及公路隧道道46条；水利及市政政给排水、电力力等领域36条）。上述工程90%以上是上世纪90年代年之后开始建设的的，其中约70%采用了盾构法施施工，其余矿山法、、沉管法、围堰堰明挖法约各占占10%。其中具有代表性性的工程有武汉长江隧道、、厦门翔安海底底隧道、南京长长江隧道、上海海崇明长江隧道道、广深港客专专狮子洋隧道、、青岛胶州湾海底底隧道、港珠澳跨海隧道等。三、国内外典型型水下隧道工程程英法海峡隧道英法海峡隧道：：为横跨英吉利海海峡，连接英国国和法国的铁路路海底隧道。隧隧道西起英国的的福克斯通，东到法国的加来，全长51km，由两孔运输隧隧道和1孔服务隧道组成成。工程类别：跨国国铁路海底隧道道设计车速：160km/h车道规模：2孔运输隧道+1孔服务隧道隧道规模：51000米，海中段38000米横断面：两管/一管，内径7.6米/4.8米总投资：100亿英镑施工工法：盾构构法三、国内外典型型水下隧道工程程英法海峡隧道是首次针对不同同地质、水文条条件，隧道采用用了多台不同类类型、不同直径径的盾构机；是综合考虑运输输、供电照明、、给排水、通风风、通讯、防火火、疏散救援等等安全系统；英法海峡隧道主要工程特点是采用卸压管解解决了隧道空气气动力学问题、、减振轨道结构构降低列车振动动作用；是扎实的地质勘勘察为海底线路路方案奠定基础础，减少隧道渗渗漏水；是综合应用成熟熟先进技术解决决复杂的工程；；是高水压、高风风险、环保要求求高的隧道。三、国内外典型型水下隧道工程程英法海峡隧道地质钻探工作从从1958年做到1987年，重要的钻孔孔达94个。浅层勘探在在海底以下150m之内，考虑隧道道布置的范围；；深层勘探在海海底以下800m之内，主要为评评价地震风险提提供数据。海底底钻探曾采用大大型北海石油钻钻机，每个钻孔孔平均费用约为为50万英镑。勘探发发现海底有一层层泥灰质白垩岩岩(ChalkMarl)，厚度约30m，抗压强度6~9MPa，渗透系数(1~2)×10-7m/s。该岩层抗渗性性好，硬度不大大，裂隙也较少少，易于掘进，，隧道线路就布布置在它的下部部，距海底25~40m。由于岩层的起起伏，而隧道要要求一定的运行行坡度，所以隧隧道轴线在平面面和立面上均呈呈W形。三、国内外典型型水下隧道工程程日本东京湾海底底隧道东京湾海底隧道道是横贯东京湾湾公路的一部分分，全长为15.1km，其海上部分由由三大段组成：：一为船舶航行行较多的川崎侧侧，长为9.6km的海底隧道；二二为处在水深较较浅的木更津侧侧，长为4.4km的海上桥梁；三三为川崎侧岸边引道部分。长9.6km的海底隧道是由由8台直径为14.14m的超大型泥水平平衡盾构在海底底地层中穿越贯贯通。盾构机长长为13.5m、重达3200t，是当时世界上上最大的盾构机机械。三、国内外典型型水下隧道工程程日本东京湾海底底隧道隧道设计速度为80km/h，外径为13.9m，隧道一次衬砌砌环由11块管片用螺栓联联结而成，每块块管片厚0.65m，宽1.5m，长约4m，二次衬砌厚0.35m，为钢筋混凝土土结构。隧道中中部设置一座人人工通风竖井井，并在桥隧连连接段设置一座座人工岛。隧道为双管盾构隧道道，每管隧道采采用四台盾构机机两两对向施工工，并在隧道中中部水下对接。。工程于1966年由开始调查，，并于1989年着手开始建设设，1996年8月全线贯通，1997年12月竣工并投入营营运。三、国内外典型型水下隧道工程程武汉长江隧道武汉长江隧道位于武汉长江大大桥、二桥之间间。隧道连接汉汉口的大智路与与武昌的沙湖路路，被誉为“万里长江第一隧隧”。工程类别：城市市主干道设计车速：50km/h车道规模：双向向四车道隧道规模：3600米，盾构段2550米横断面：双管单单层，外径11.0米大智路沙湖路施工工法：盾构构法三、国内外典型型水下隧道工程程武汉长江隧道是国内当时水压压力最高、一次次推进距离最长长的大直径盾构构隧道；是国内首次采用用10m以上大直径复合合式泥水平衡盾盾构；是国内大直径盾盾构首次全断面面在砂层中施工工的隧道；是国内首次设置置双道防水密封封垫的盾构隧道道；是国内首次设置置排烟专用风道道的盾构隧道。。是国内第一个立立项研究、第一一个由国家批准准、第一个开工工、第一个盾构构掘进、第一个个建成通车的水水下隧道；盾构通过段地面面建筑物密集，，并且浅覆土下下穿省级文物保保护建筑，环境境保护要求高，，技术难度大。。武汉长江隧道主要工程特点三、国内外典型型水下隧道工程程南京长江隧道南京长江隧道位于南京长江大大桥与三桥之间间的纬七路，连连接南京江北的的滨江路与江南南的清河路。工工程采用“左隧右桥”的结构型式，总总长5853m。其中隧道3930米，桥梁705米，其他为路基基段。工程类别：城市市快速路设计车速：80km/h车道规模：双向向六车道隧道规模：3930米，盾构段3022米横断面：双管单单层，外径14.5米施工工法：盾构构法三、国内外典型型水下隧道工程程南京长江隧道是国内当时水压压力最大的盾构构隧道，最大水水压力为65m；南京长江隧道主要工程特点是国内在砂层中中一次推进距离离最长的隧道；；是国内最长的盾盾构法城市快速速路隧道；国家863计划示范工程；；国内首次大规模模穿越卵石地层层，并成功实现现常压换刀的水水底隧道。三、国内外典型型水下隧道工程程南京长江隧道三、国内外典型型水下隧道工程程上海长江隧道隧道起于浦东新区五好沟，穿越南南港水域在长兴兴岛西南方登陆陆，全长8.95公里，其中中穿越水域部分达7.47公里。隧道整体断面面设计为上下行的双管隧道，沿其纵向每隔800米左右设一一条横向人行联联络通道。单管管外径为Φ15m，内径为13.7m，内设三条（2×3.75+3.5m）车道，双向即六六车道，设计车车速为80公里里/小时。两台直径为Φ15.43m泥水加气平衡盾构，，从浦东侧工作作井由南向北一一次掘进至长兴兴岛侧工作井实实现隧道贯通。。三、国内外典型型水下隧道工程程广深港客专狮子子洋隧道工程类别：客运运专线设计车速：350km/h车道规模：双线线隧道规模：10.8公里，盾构段9340米横断面：双管单单线，隧道外径径10.8米施工工法：盾构构法狮子洋隧道位于于广深港客运专专线东涌站至虎虎门站之间，穿穿越珠江入海口口的狮子洋，河河面宽度6100m。三、国内外典型型水下隧道工程程广深港客专狮子子洋隧道是铁路第一条水水下隧道；狮子洋隧道主要要工程特点是世界上行车速速度目标值最高高的水下隧道；；是国内已建的最最长的水下隧道道；是国内水压力最最大的水下隧道道，最大水压力力为67m；是国内第一条进进行地中对接施施工的盾构隧道道。是国内第一次使使用内衬的盾构构法隧道三、国内外典型型水下隧道工程程钱江隧道工程类别：高速速公路设计车速：80km/h车道规模：双向向六车道隧道规模：4250米，盾构段3250米横断面：双管单单线，隧道外径径15.0米施工工法：盾构构法该项目为高速公公路——钱江通道及接线线工程的控制性性工程，在海宁盐官镇西2.5公里处，，以隧道形式穿越越钱塘江。2007年12月试验段动工；；2008年隧道全面开工工，2010年3月盾构始发，2013年底建成通车。。三、国内外典型型水下隧道工程程钱江隧道江南施工期卫星星照片江北施工期卫星星照片三、国内外典型型水下隧道工程程钱江隧道钱江隧道管理中中心中控室三、国内外典型型水下隧道工程程厦门翔安海底隧隧道三、国内外典型水水下隧道工程厦门翔安海底隧道道三、国内外典型水水下隧道工程厦门翔安海底隧道道工程于2005年9月6日开工建设，2010年4月26日开通运营。投资32.8亿三、国内外典型水水下隧道工程厦门翔安海底隧道道三、国内外典型水水下隧道工程厦门翔安海底隧道道三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程港珠澳大桥跨越伶伶仃洋，东接香港港特别行政区，西西接广东省珠海市市和澳门特别行政政区，是“一国两两制”框架下、粤粤港澳三地首次合合作建设的超大型型跨海交通工程。。海中桥隧主体工程程长约29.6公里，采用桥隧组组合方案，穿越伶伶仃西航道和铜鼓鼓航道段约6.7公里采用隧道方案案，其余路段约22.9公里采用桥梁方案案。三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程为实现桥隧转换和和设置通风井，主主体工程隧道两端端各设置一个海中中人工岛，岛隧工程是大桥工工程的施工控制性性工程,由沉管隧道、东西西人工岛三大部分分组成，其中沉管管隧道是目前世界界上综合难度最大大的沉管隧道之一一。全长7440.546米，其中隧道部分分长5.9km，沉管段长5.6km，每座人工岛长度度625m。岛隧工程概算价价约140亿元。三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程本工程沉管段隧道道采用180m长的超大管节，每每个180m长的标准管节重达达7.4万吨，由8个节段组成，每节节长22.5米、宽37.95米、高11.4米。为了保证工程程质量、提高施工工效率，在桂山牛牛头岛修建了管节节预制厂房，每个个节段均在厂房内内绑扎钢筋、固定定台座上浇筑、养养护72小时后，向前顶推推22.5m，空出浇筑台座，，下一节段与刚顶顶出的节段相邻匹匹配预制。如此逐逐段预制逐段顶推推，直至完成全部部8个节段的浇筑。整整体顶推至浅坞，，通过预应力钢索索张拉形成整体，，完成一次舾装。。然后关闭浅坞与与预制工厂之间的的滑动坞门，浅坞坞灌水，管节浮起起移至深坞，最后后打开深坞门浮运至设计的沉放现场。。三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程采用大圆筒围护结结构快速成岛三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节工厂厂化制造三、国内外典型水水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节工厂厂化制造三、国内外典型水水下隧道工程武汉市三阳路越江江隧道武汉市三阳路过江江隧道是城市道路和轨道交交通7号线共用过江通道道，隧道外径达到15.2ｍ，是国内最大直直径盾构隧