中国大陆典型水下隧道工程案例与技术.docx

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1、一、引言中国陆地海岸线长达1.8l（）4km,海岛海岸线长达1.4l04km,拥有岛屿约6万多个，面积超过500r的岛屿有6536个，其中有人居住的455个。众多海湾和海峡的交通现状造成了区域整体经济发展不协调和成本加大；另外内陆江河发达，较大的河流有28条，两岸交通的不便利对城镇化发展空间造成了很大的影响；随着我国经济的不断发展，克服江河湖海等天然水道对经济发展的制约已具有举足轻重的影响。因此各种各样的跨海通道建设成为必然，而我国面对人多地少的自然条件，在跨江越海通道建设中水下隧道具有较大的优越性。据不完全统计，国内外近百年来己建的跨江越海交通隧道己逾百座。二、中国大陆水下隧道建设简史与现状

2、（一）盾构法修建水下隧道1965年5月大陆第一条越江隧道一一跨越黄浦江的打浦路隧道开始修建,全长2761m,隧道江底段长约600m,于1971年6月建成通车（图1）。自此以后，我国修建了大量的跨江越海盾构隧道，包括地铁、铁路、公路、引水隧道和输送油、气、电的管廊隧道，隧道直径范围为2.415.2m,如当时世界直径最大的上海公路与地铁共用的上海长江隧道，时速35Okm连接广州、深圳、香港高速铁路的狮子洋隧道。这些隧道大部分为双洞隧道（单层或双层），但也有单洞双层公路隧道（上海上中路隧道）。隧道所穿越的典型地层有华东的软土地层、成都和兰州的卵石地层、华南的强度差异大且强度高的复合地层等代表性的地层

3、。目前建设中的汕头苏埃通道是挑战性极大的盾构海底隧道。图1上海打浦路隧道（二）沉管法修建水下隧道宁波甬江水下隧道是我国第一条用沉管法修建的水下交通隧道，设计为单孔双车道隧道，隧道全长1019m,其中水下段420m采用“4x85m+80m、宽11.9m的5节沉管，于1987年6月正式动工，1995年9月底建成通车。与此同期，于1990年10月开始修建广州珠江沉管隧道，1993年12月建成,该隧道全长1380m、宽33.4m,沉管段5节总长457m,隧道分三孔，西侧两孔为双向四车道隧道，东侧为单孔双线地铁隧道。管节均采用钢筋混凝土结构，大部分采用岸控式浮运沉放、水力压接方式（图2）。之后修建了上海

4、外环路隧道等11座沉管隧道（表1）。（三）钻爆法修建水下隧道厦门翔安隧道是我国首座采用钻爆法施工的海底隧道，工程于2005年9月开工建设，2009年11月实现三条隧道全面贯通，2010年4月26日开通运营（图3）0之后又陆续采用钻爆法修建了多座水下隧道（表2）。图2岸控式管节浮运图3厦门翔安隧道表1中国大陆沉管隧道一览表NumberTunnelMninstructureYeerofcompletion1YxfRiverUndcrwMcrTunnelmNuboBidirvctionai.Iancitnonetube199)2PtfflriRiverTunndinGuaogxhouBidircct

5、iocul.Ibur-UneIIigbWlySandahlandTunnelinGuangzhouBidirectional,tourlanc20106BoIdandUnhEityCityTunnelinGwmghckrailwaytunnel20091.iuyangRiverTunnelinChangshaTwintubeswithfourlanes2009YingpanRoadXiangRivcr-CrossingTunnelinChangshaTwintubeswithfourlanes2011JiaozhouBaySubwayTunnelinQingdaoSingletube,doub

6、le-tracksubwaytunnelUnderconstnctionHaicangTunnelinXiamcnTwintubeswithsixlanesUnderconstruction(四)我国水下隧道修建技术近十多年来，随着经济的发展和城镇化水平的不断提升，我国水下隧道的建设速度不断提升，据不完全统计，目前己建成上百座水下隧道，在建水下隧道20多座，这些隧道主要是采用盾构法工法，采用沉管法修建了13座，采用钻爆法修建的仅有3座，个别采用了钻爆法+盾构法修建，在关键技术上有新的突破。(1)在钻爆法隧道方面，开发了综合超前地质预报技术，创新了超前加固和径向降渗注浆技术，解决了水下隧道穿越断

7、层破碎带、风化深槽等难题，确保了施工安全。在城区水下软弱围岩下，创建了基于工程措施下的最小埋深确定方法，建立了分步控制变形标准，成功建成了跨度达25m、断面面积为376r、覆跨比仅为0.46的水下立交隧道。(2)在盾构法方面，突破了直径15m以上的盾构制造与应用技术，在大断面软硬不均地层、花岗岩球状风化地层、大卵石地层、高水压(0.9MPa)等盾构隧道难题，开发了限排减压换刀技术与盾构对接技术，创新了盾构常压换刀技术。(3)在沉管法隧道方面，开发了移动干坞管节预制和浮运、沉放技术，建立了海上大型人工岛构筑技术，创新了海中深埋、长大沉管隧道修建技术，在高水位差、大流速的江河中游修建了大型沉管隧道

8、。三、已建成的几座典型水下隧道（一）厦门翔安海底隧道厦门翔安海底隧道全长6.05km,其中海域段4.2km,设计为双向六车道隧道。隧道建成后，厦门本岛到翔安区的时间由原来的1.5h缩短到IOmin。厦门翔安海底隧道在横断面上由两个主隧道及一个服务隧道组成，两侧为正线隧道，开挖面积达170m2；中部为服务隧道，其上部为检修车通道、逃生通道，下部为市政管廊。厦门翔安隧道为了解决运营通风问题，在近海岸处设两座通风竖井，其通风竖井布置见图4。为解决救灾问题，全隧共设置12个横向联络通道。隧道线路所处的最大海水深度为26.2m,海中最小覆土厚28.4m,隧道最低点位于海平面下约65m。图4厦门翔安海底隧

9、道平面、通风竖井布置与隧道开挖方法图隧道主要处于微风化岩中，但两岸全强风化层、翔安侧浅滩段部分下穿透水砂层、海域段多处全强风化深槽（囊）对工程建设影响很大（图5）。针对此情况，在岸滩采用洞内洞外结合的降水方法，在海底采用超前地质预报（图6）、周边超前注浆堵水与加固、超前支护等技术手段，以“周边帷幕注浆上台阶注浆取代全断面帷幕注浆，使得注浆加固范围大为缩小，并利用改进的装备显著地提高了施工效率。图6地质超前预报方法及超前注浆处理（二）长沙湘江营盘路隧道长沙湘江营盘路隧道主线为双向四车道，主线西起咸嘉湖路，东接营盘路,全长2850m,设计时速为50km。西岸设A、B匝道，东岸设C、D匝道，匝道为单

10、车道，设计时速为40km,总长2752.4m,采用钻爆法施工，其平面布置见图7。营盘路隧道穿越的地层主要有圆砾层、全强风化板岩、回填新土，地层透水性强、自稳能力差，开挖易坍塌涌水。在江底分别穿越3条断层破碎带。见图7o在营盘路隧道上部为淤泥层、圆砾层、全强风化板岩的条件下，建立了基于工程措施下的最小埋深设计方法，制定变形分步控制标准，并采用管超前、分步开挖、双层协调支护的技术手段，保证了隧道整体稳定性，成功建成了断面跨度25m、面积达376r覆跨比仅为0.46的超浅埋水下隧道。在圆砾层中的四洞立交节点上采用浅埋全暗挖法，采用“先下后上，错开施工、超前支护、分步实施、及时衬砌的方法，解决了上下层

11、隧道净厚不足0.5m、水平净距2.8m的复杂技术难题。地下立交的方式很好地解决了湘江两岸城市道路的连接问题,达到了工程与功能的协调统一。图7长沙湘江营盘路隧道平面与纵断面图(三)广深港高速铁路狮子洋隧道狮子洋隧道位于广州一深圳一香港(广深港)高速铁路客运专线东涌站一虎门站区间内，隧道全长10.8km,其中盾构隧道长9340m,隧道内径为9.8m、外径为10.8m,两隧间共设23个联络通道。狮子洋隧道是世界首座时速350km的铁路水下隧道，也是我国首座特长水下隧道。狮子洋隧道盾构段下穿小虎沥、沙仔沥、狮子洋三个珠江入海水道，狮子洋水道为珠江航运的主航道，最大水深26m。隧道最大覆土52.3m,最

12、小覆土厚7.8m；水下最小覆土8.7m,设计水压达0.67MPa0狮子洋隧道大部分处于微风化砂岩、砂砾岩、砂质泥岩中，岩石的最大单轴抗压强度达82.8MPa,石英含量最高达55.2%。地层最大渗透系数达6.410-4ms-1o狮子洋隧道地质断面见图8。图8狮子洋隧道地质断面图在该隧道建设中，首创了减压限排换刀技术，在渗透性较大的破碎地层中，按照流固耦合理论，通过密闭舱内排水减压，从而建立了较低气压稳定工作面进仓作业的方法。该技术在狮子洋隧道施工中取得了明显效果，减压率达到了34.4%o隧道施工采用相向掘进、地中对接、洞内解体的施工技术，对接精度达到了平面偏差28.5mm、高程偏差19.6mm,图9为实际对接效果图。图9实际对接效果（四）台山核电取水隧洞台山核电站取水隧洞位于陆域腰古咀至大襟岛之间的海域中，隧洞全长4330.6m,开挖洞径为9.03m,隧洞埋深1029m,两洞线间距为29.2m,采用气垫式泥水盾构施工，隧道管片内设置了二次衬砌。取水隧洞出水段穿越燕山期花岗岩（丫5）地层，进水段穿越泥盆系老虎头组（D2-3I）粉砂岩、变质砂岩，其他地段为粗砾砂与砾砂质黏土；工程施工最大难点为微风化花岗岩强度最高达到197MPa,局部还存在球