水下隧道施工技术方法及国内外技术现状

水下隧道施施工技术方方法及国内内外技术现现状目录一、水下隧隧道施工方方法二、我国水水下隧道技技术现状三、国内外外典型水下下隧道工程程四、水下隧隧道技术展展望什么是水下隧道？？一、水下隧隧道施工方方法除个别水下隧道可采用围堰明挖法外，在江、、河、海下下一般采用用暗挖法（钻爆法、、TBM和盾构法））以及沉管法。南京长江隧隧道厦门翔安隧隧道一、水下隧隧道施工方方法钻爆法水下隧道钻爆法与陆陆地隧道无根本区别，，主要的关关键技术是是设计埋深深须满足最最小覆盖层层基岩的要要求，以预预防坍塌，，遏止高压压涌水。为为此，要千千方百计做做好工程地地质和水文文地质的勘勘察调查，，突水涌水水的超前地地质预报，，在完全可可靠的注浆浆固结封闭闭的条件下下钻爆开挖挖。一、水下隧隧道施工方方法所需设备投投资较低；；对不同地质质条件、开开挖工艺、、方法和断断面形状的的适应性好好，转换场场地、移动动位置机动动、灵活；；动力能源消消耗少、要要求低；设备维修少少，利用率率高，在不不发生事故故前提下施施工进度稳稳定；钻爆法的优优点钻爆法的不不足开挖速度提提高有困难难，工期长长如：日本青函隧道，因因津轻海峡峡有九个断断层破碎带带，发生三三次涌水停停工，主隧隧道历时14年贯通。一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾构法法TBM（隧道全断面面掘进机））法，是利用刀盘盘刀具破碎碎岩石和在在软土中开开挖，边开开挖边出渣渣、土并进进行锚喷支支护衬砌和和管片支护护等连续作作业。一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾构法法TBM掘进速度快，在在中、硬岩岩石中的月月掘进速度度在600米左右；最适合长隧道道施工。盾构法在软土中平平均掘进速速度200-300m/月。TBM掘进的隧道道具有较平平整的临空空面，超欠欠挖极少，，围岩松动动范围一般般都在20-50cm以内，因受到破破坏很小并并及时支护护，故围岩岩稳定，施施工安全；施工安全性性大大提高高，最大限限度减少施施工人员的的伤亡；施工机械化化程度达到到95%以上；降低低劳动强度度，改善了了劳动环境；施工中对海海底地质不不产生任何何不利影响响，不影响响和不干扰扰水面航行行；综合效益显显著。优点点一、水下隧隧道施工方方法TBM法和盾构法法TBM和盾构机的的设备费用用较高，设设备摊销费费用较高；遇到复杂多多变的地层层时，掘进比较困难；同一隧道内内截面形状状变化困难难；不足足一、水下隧隧道施工方方法沉管法10在干坞内（船坞或造船船厂车间））将隧道整整体分段制制作好，两两端用临时时钢封门密密封，船坞坞放水使隧隧道管段上上浮，采用用拖运和定定位等设备备，使管段段准确浮运运至设计位位置；经管管段灌水压压载，下沉沉至已开挖挖好的水底底基槽，再再依次在水水下利用水水力压接将将管段连接接起来，接接口使用可可靠的密封封止水，最最后是抛石石回填，抽抽出管段内内压载水，，开启各段段间钢封门门，在管段段内进行设设备安装和和装修后，，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，有利于于减小隧道道长度；要求地层承承载力不大大；隧道各管段段可在干坞或工厂车间内预先先制备、质质量有保证证；管段预制和和水底开槽槽可同时进进行，工期短；优点点在水下开槽、、管节浮运运、沉放、、各水下对对接以及沉沉管基础处处理的各工工艺流程中中出现失误误的概率，，相对地比比其他隧道道技术要多多。这是因因为沉管隧隧道是埋置置于水下的的大型人工工构筑物，，受河、海海地貌、地地质、水文文等影响。浮运及沉放放时对航运运有一定影影响。不足一、水下隧隧道施工方方法

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主要施工方方法比较一、水下隧隧道施工方方法

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主要施工方方法比较二、水下隧隧道技术现现状世界发达国国家自20世纪30年代起，就就开始修建建跨海峡的的海底隧道道。迄今修修建水下隧隧道的国家家主要包括括日本、英英国、法国国、美国、、挪威、澳澳大利亚、、丹麦、冰冰岛、中国国等。日本于1942年建成的关关门海底隧隧道（6.3km）拉开了人人类历史上上修建水下下隧道的序序幕。日本本青函铁路路跨海隧道道全长53.85公里，海底底部分长23.0公里，该隧隧道以钻爆爆法为主开开挖持续20年，克服了了4次海水淹没没带来的困困难，于1985年8月竣工。由两条行车车主洞和一一条服务隧隧道构成的的英法海峡峡隧道，海海底段长38公里，采用用先进技术术，通过充充分的地质质工作找到到理想的岩岩层，设计计安全，较较好地解决决了某些特特殊的工程程技术问题题。挪威有有较长的海海岸线及大大量的狭湾湾与岛屿，，大多数人人生活在海海岸附近，，因此修建建了较多的的海底隧道道。二、水下隧隧道技术现现状中国在水下隧道的建设上起起步较晚，，但发展势势头很快。。据不完全统统计，截至2014年底，我国大陆地地区已建和在建的的水下隧道道已经超过过了100条（铁路3条；城市轨轨道交通15条；市政道道路隧道及及公路隧道道46条；水利及及市政给排排水、电力力等领域36条）。上述工工程90%以上是上世纪90年代年之后开始建建设的，其其中约70%采用了盾构构法施工，其余矿山山法、沉管管法、围堰堰明挖法约约各占10%。其中具有代代表性的工工程有武汉长江隧隧道、厦门门翔安海底底隧道、南南京长江隧隧道、上海海崇明长江江隧道、广广深港客专专狮子洋隧隧道、青岛胶州湾湾海底隧道道、港珠澳跨海隧道等。三、国内外外典型水下下隧道工程程英法海峡隧隧道英法海峡隧隧道：为横跨英吉吉利海峡，，连接英国国和法国的的铁路海底底隧道。隧隧道西起英英国的福克斯通，东到法国国的加来，全长51km，由两孔运运输隧道和和1孔服务隧道道组成。工程类别：：跨国铁路路海底隧道道设计车速：：160km/h车道规模：：2孔运输隧道道+1孔服务隧道道隧道规模：：51000米，海中段段38000米横断面：两两管/一管，内径径7.6米/4.8米总投资：100亿英镑施工工法：：盾构法三、国内外外典型水下下隧道工程程英法海峡隧隧道是首次针对对不同地质质、水文条条件，隧道道采用了多多台不同类类型、不同同直径的盾盾构机；是综合考虑虑运输、供供电照明、、给排水、、通风、通通讯、防火火、疏散救救援等安全全系统；英法海峡隧隧道主要工程特特点是采用卸压压管解决了了隧道空气气动力学问问题、减振振轨道结构构降低列车车振动作用用；是扎实的地地质勘察为为海底线路路方案奠定定基础，减减少隧道渗渗漏水；是综合应用用成熟先进进技术解决决复杂的工工程；是高水压、、高风险、、环保要求求高的隧道道。三、国内外外典型水下下隧道工程程英法海峡隧隧道地质钻探工工作从1958年做到1987年，重要的的钻孔达94个。浅层勘勘探在海底底以下150m之内，考虑虑隧道布置置的范围；；深层勘探探在海底以以下800m之内，主要要为评价地地震风险提提供数据。。海底钻探探曾采用大大型北海石石油钻机，，每个钻孔孔平均费用用约为50万英镑。勘勘探发现海海底有一层层泥灰质白白垩岩(ChalkMarl)，厚度约30m，抗压强度度6~9MPa，渗透系数数(1~2)×10-7m/s。该岩层抗抗渗性好，，硬度不大大，裂隙也也较少，易易于掘进，，隧道线路路就布置在在它的下部部，距海底底25~40m。由于岩层层的起伏，，而隧道要要求一定的的运行坡度度，所以隧隧道轴线在在平面和立立面上均呈呈W形。三、国内外外典型水下下隧道工程程日本东京湾湾海底隧道道东京湾海底底隧道是横横贯东京湾湾公路的一一部分，全长为15.1km，其海上部部分由三大大段组成：：一为船舶舶航行较多多的川崎侧侧，长为9.6km的海底隧道道；二为处处在水深较较浅的木更更津侧，长长为4.4km的海上桥梁梁；三为川川崎侧岸边引道部分。长9.6km的海底隧道道是由8台直径为14.14m的超大型泥泥水平衡盾盾构在海底底地层中穿穿越贯通。。盾构机长长为13.5m、重达3200t，是当时世世界上最大大的盾构机机械。三、国内外外典型水下下隧道工程程日本东京湾湾海底隧道道隧道道设计计速速度度为为80km/h，外外径径为13.9m，隧隧道道一一次次衬衬砌砌环环由由11块管管片片用用螺螺栓栓联联结结而而成成，，每每块块管管片片厚厚0.65m，宽宽1.5m，长长约约4m，二二次次衬衬砌砌厚厚0.35m，为为钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构。。隧隧道道中中部部设设置置一一座座人人工工通通风风竖竖井井，，并并在在桥桥隧隧连连接接段段设设置置一一座座人工工岛岛。。隧隧道道为双双管管盾盾构构隧隧道道，，每每管管隧隧道道采采用用四四台台盾盾构构机机两两两两对对向向施施工工，，并并在在隧隧道道中中部部水水下下对对接接。。工程程于1966年由由开开始始调调查查，，并并于于1989年着着手手开开始始建建设设，，1996年8月全全线线贯贯通通，，1997年12月竣竣工工并并投投入入营营运运。。三、、国国内内外外典典型型水水下下隧隧道道工工程程武汉汉长长江江隧隧道道武汉汉长长江江隧隧道道位于于武武汉汉长长江江大大桥桥、、二二桥桥之之间间。。隧隧道道连连接接汉汉口口的的大大智智路路与与武武昌昌的的沙沙湖湖路路，，被被誉誉为为“万里里长长江江第第一一隧隧”。工程程类类别别：：城城市市主主干干道道设计计车车速速：：50km/h车道道规规模模：：双双向向四四车车道道隧道道规规模模：：3600米，，盾盾构构段段2550米横断断面面：：双双管管单单层层，，外外径径11.0米大智智路路沙湖湖路路施工工工工法法：：盾盾构构法法三、、国国内内外外典典型型水水下下隧隧道道工工程程武汉汉长长江江隧隧道道是国国内内当当时时水水压压力力最最高高、、一一次次推推进进距距离离最最长长的的大大直直径径盾盾构构隧隧道道；；是国国内内首首次次采采用用10m以上上大大直直径径复复合合式式泥泥水水平平衡衡盾盾构构；；是国内大大直径盾盾构首次次全断面面在砂层层中施工工的隧道道；是国内首首次设置置双道防防水密封封垫的盾盾构隧道道；是国内首首次设置置排烟专专用风道道的盾构构隧道。。是国内第第一个立立项研究究、第一一个由国国家批准准、第一一个开工工、第一一个盾构构掘进、、第一个个建成通通车的水水下隧道道；盾构通过过段地面面建筑物物密集，，并且浅浅覆土下下穿省级级文物保保护建筑筑，环境境保护要要求高，，技术难难度大。。武汉长江江隧道主要工程程特点三、国内内外典型型水下隧隧道工程程南京长江江隧道南京长江江隧道位于南京京长江大大桥与三三桥之间间的纬七七路，连连接南京京江北的的滨江路路与江南南的清河河路。工工程采用用“左隧右桥桥”的结构型型式，总总长5853m。其中隧隧道3930米，桥梁梁705米，其他他为路基基段。工程类别别：城市市快速路路设计车速速：80km/h车道规模模：双向向六车道道隧道规模模：3930米，盾构构段3022米横断面：：双管单单层，外外径14.5米施工工法法：盾构构法三、国内内外典型型水下隧隧道工程程南京长江江隧道是国内当当时水压压力最大大的盾构构隧道，，最大水水压力为为65m；南京长江江隧道主要工程程特点是国内在在砂层中中一次推推进距离离最长的的隧道；；是国内最最长的盾盾构法城城市快速速路隧道道；国家863计划示范范工程；；国内首次次大规模模穿越卵卵石地层层，并成成功实现现常压换换刀的水水底隧道道。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程南京长江江隧道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程上海长江江隧道隧道起于浦东新区区五好沟，，穿越南南港水域域在长兴兴岛西南南方登陆陆，全长长8.95公里里，其中中穿越水域部分达7.47公里。隧道整整体断面面设计为为上下行的双管隧道道，沿其纵向每每隔800米左左右设一一条横向向人行联联络通道道。单管管外径为为Φ15m，内径为13.7m，内设三条条（2×3.75+3.5m）车道，双双向即六六车道，，设计车车速为80公里里/小时时。两台直径为为Φ15.43m泥水加气平衡衡盾构，，从浦东东侧工作作井由南南向北一一次掘进进至长兴兴岛侧工工作井实实现隧道道贯通。。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程广深港客客专狮子子洋隧道道工程类别别：客运运专线设计车速速：350km/h车道规模模：双线线隧道规模模：10.8公里，盾盾构段9340米横断面：：双管单单线，隧隧道外径径10.8米施工工法法：盾构构法狮子洋隧隧道位于于广深港港客运专专线东涌涌站至虎虎门站之之间，穿穿越珠江江入海口口的狮子子洋，河河面宽度度6100m。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程广深港客客专狮子子洋隧道道是铁路第第一条水水下隧道道；狮子洋隧隧道主要要工程特特点是世界上上行车速速度目标标值最高高的水下下隧道；；是国内已已建的最最长的水水下隧道道；是国内水水压力最最大的水水下隧道道，最大大水压力力为67m；是国内第第一条进进行地中中对接施施工的盾盾构隧道道。是国内第第一次使使用内衬衬的盾构构法隧道道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程钱江隧道道工程类别别：高速速公路设计车速速：80km/h车道规模模：双向向六车道道隧道规模模：4250米，盾构构段3250米横断面：：双管单单线，隧隧道外径径15.0米施工工法法：盾构构法该项目为为高速公公路——钱江通道道及接线线工程的的控制性性工程，，在海宁盐盐官镇西2.5公公里处，，以隧道形形式穿越越钱塘江江。2007年12月试验段段动工；；2008年隧道全全面开工工，2010年3月盾构始始发，2013年底建成成通车。。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程钱江隧道道江南施工工期卫星星照片江北施工工期卫星星照片三、国内内外典型型水下隧隧道工程程钱江隧道道钱江隧道道管理中中心中控控室三、国内内外典型型水下隧隧道工程程厦门翔安安海底隧隧道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程厦门翔安安海底隧隧道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程厦门翔安安海底隧隧道工程于2005年9月6日开工建设，2010年4月26日开通运运营。投资32.8亿三、国内内外典型型水下隧隧道工程程厦门翔安安海底隧隧道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程厦门翔安安海底隧隧道三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程港珠澳大大桥跨越越伶仃洋洋，东接接香港特特别行政政区，西西接广东东省珠海海市和澳澳门特别别行政区区，是““一国两两制”框框架下、、粤港澳澳三地首首次合作作建设的的超大型型跨海交交通工程程。海中桥隧隧主体工工程长约约29.6公里，采采用桥隧隧组合方方案，穿穿越伶仃仃西航道道和铜鼓鼓航道段段约6.7公里采用用隧道方方案，其其余路段段约22.9公里采用用桥梁方方案。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程为实现桥桥隧转换换和设置置通风井井，主体体工程隧隧道两端端各设置置一个海海中人工工岛，岛隧工程程是大桥桥工程的的施工控控制性工工程,由沉管隧隧道、东东西人工工岛三大大部分组组成，其其中沉管管隧道是是目前世世界上综综合难度度最大的的沉管隧隧道之一一。全长长7440.546米，其中中隧道部部分长5.9km，沉管段段长5.6km，每座人人工岛长长度625m。岛隧工工程概算算价约140亿元。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程本工程沉沉管段隧隧道采用用180m长的超大大管节，，每个180m长的标准准管节重重达7.4万吨，由由8个节段组组成，每每节长22.5米、宽37.95米、高11.4米。为了了保证工工程质量量、提高高施工效效率，在在桂山牛牛头岛修修建了管管节预制制厂房，，每个节节段均在在厂房内内绑扎钢钢筋、固固定台座座上浇筑筑、养护护72小时后，，向前顶顶推22.5m，空出浇浇筑台座座，下一一节段与与刚顶出出的节段段相邻匹匹配预制制。如此此逐段预预制逐段段顶推，，直至完完成全部部8个节段的的浇筑。。整体顶顶推至浅浅坞，通通过预应应力钢索索张拉形形成整体体，完成成一次舾舾装。然然后关闭闭浅坞与与预制工工厂之间间的滑动动坞门，，浅坞灌灌水，管管节浮起起移至深深坞，最最后打开开深坞门浮运至设计的沉沉放现场场。三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程采用大圆圆筒围护护结构快快速成岛三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程沉管隧道道管节工工厂化制造三、国内内外典型型水下隧隧道工程程港珠澳大桥岛隧隧工程沉管隧道道管节工工厂化制造三、国内内外典型型水下隧隧道工程程武汉市三三阳路越越江隧道道武汉市三三阳路过过江隧道道是城市道路路和轨道道交通7号线共用用过江通通道，隧道外外径