著名海底隧道工程建设技术介绍

海底隧道建设技术报告提纲1.基本情况2.技术标准3.海底隧道技术方案4.海底隧道施工组织设计5.海底隧道全寿命工程费用估算6.工程地质对隧道工程的影响分析7.海底隧道工程风险分析8.工法综合比选及推荐意见9.目前的建设情况

大桥跨越xx口水域，东连xx，西接xx、xx，是一座“沟通三地、承东启西”的特大型跨海工程。工程规模宏大、涉及面广、技术难点多，尤其是受xx国际机场航空限高和规划航道制约。基于对拟建的大桥桥位的现场勘察、调研及多次论证，依据相关专题提供的研究成果，围绕桥位的总体路线布局要求开展了一系列详实研究，在确保满足预定交通功能的前提下，提出了大桥跨越xx口xx西航道、铜鼓西航道等主航道时以海底隧道的方式通过。1.基本情况

（1）隧址区海底地层分布水深：隧道沿线7-16m左右，西深东浅，海中部微隆，为浅滩。淤泥：全新世海洋沉积物，厚10-20m，流塑状。粘土：更新世海洋冲积物，厚5-15m，可塑～软塑为主。砂砾层：更新世海洋冲积物，厚10-30m，粉~细~中~粗砂、砾砂、圆砾土

，饱和，中密～密实。

基岩：K10+400以东至东人工岛为燕山期花岗岩分布；K10+400以西至西人工岛为震旦系片麻混合花岗岩分布。岩面约-60~-80m，起伏大。区域地质构造非全新世活动断裂F2，对隧道影响小。隧道补充地质勘察1隧道补充地质勘察2（2）水文条件1潮汐：不规则的半日潮混混合潮型、弱潮潮海湾;从外海向向内涨潮历时递减减、落潮历时递增增;高潮位由外外海向xx口内逐逐渐增大，低潮位位由外海向xx口口逐渐降低;台风风暴潮引起海面升升降。潮流：落潮流速大于涨潮潮流速，中部海域域潮流流速比两边边大;流速较小，，流向为S～N向向。流速分布受受水下地形影响较较大。波浪：实测最大有效波高高(Hs)2.86米，周期(T)为10.1秒秒，波向为SE向向。泥沙：工程水域的含沙量量分布特点是西侧侧高于东侧，落潮潮大于涨潮。隧址址区含沙量低。（2）水文条件2重度：海水重度为10.0～10.3kN/m3,并随随着分层从上向下下增大,与涨落潮存在一定定关联性。盐度：海水盐度变化范围围为11.256～33.908，均值为26.972。海水底层平均盐度度高于表层。盐度度随潮位的涨高而而增大，又随潮位的退退落而减小，其变变化的趋势和周期期与潮位基本一致。。温度：水温度变化范围为为18.7℃～21.7℃，均值值为20.3℃。。表、底层水温接近，水水温分层不明显。。（2）水文条件3海水pH:变化范围为7.11～8.33，，均值为8.11。浑浊度：海水浑浊度变化范范围为3.7°～～283°，平均均值为38.9°。海水水浑浊度变化范围围较大，小潮期以以退潮时浑浊度较高，大大潮期以涨潮时浑浑浊度较高，底层层平均浑浊度高于表表层。（3）地震条件据《中国地震动参参数区划图》（GB18306－－2001），xx、xx地区地地震动峰值加速度度为0.10g，，xx地区地震动动峰值加速度为0.15g，与之之对应桥址区地震震基本烈度为Ⅶ度度。据国家地震局地壳壳应力研究所完成成的近场区地震危危险性分析专题，，本工程场地的地地震基本烈度复核核结果Ⅶ度。（4）气象条件风向风速:东南偏东和东风为为主,HK侧年年平均风速达6.3米/秒。气温:年平均气温22.3～23℃降水:多年平均降水量介介于1800～2300毫米之间间。雾、雷暴：雾日年平均达19.3天，年平平均雷暴日年平均均为61.6天。。主要灾害性天气：：热带气旋、暴雨、、龙卷风、雷击、、短时雷雨大风（5）通航条件件根据交通运输部《《关于大桥通航净净空尺度和技术要要求的批复》（交交水发[2008]97号），同同意隧道区xx西西航道和铜鼓航道道采用30万吨级级油轮、25万吨吨级散货船和15万吨级集装箱船船控制隧道最小通通航宽度和埋深。。同意隧道区船舶通通航最小埋深为设设计最低通航水位位以下29米。考考虑各航道代表船船型通航宽度、航航道间的安全距离离及人工岛头部紊紊流区影响等因素素，两人工岛之间间最小通航宽度为为4100米，其其中满足30万吨吨级油轮安全通航航深度-29米的的宽度应不小于2810米。船舶通航安全深度度130万吨油轮航道道设计水深为D=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4，其中：T－30万吨级级油轮满载吃水最最大水深T为22.2m；Z0－船舶航行时时船体下沉值，取取0.9m；Z1－船舶龙骨下下最小富裕水深，，取0.4m；Z2－波浪富裕深深度，取0.7m；Z3－船舶装载纵纵倾富裕深度，取取0.15m；Z4－备淤富裕深深度，取0.5m。经分析计算，航道道设计水深D取24.9m。船舶通航安全深度度24、航道施工超深深根据本地区航道施施工情况，施工超超深取0.70m。5、安全富裕深度度安全富裕深度主要要考虑意外事故迫迫使船舶在隧道区区抛锚、搁浅等危危险情况下应留出出的土层厚度。根根据《霍尔锚》规规范，锚爪长度为为2.99m，故故取锚的入土深度度3.0m较为适适宜。在保证通航安全的的条件下，隧道区区船舶通航安全深深度应不小于：24.9+0.7+3.0=-28.6m(理理论最低潮面以下下)，建议采用-29m为宜。通航宽度的组成1根据《海港总平面面设计规范》计算算：xx西航道和铜鼓鼓航道30万吨级双向航航道底宽为573m；xx航道5万吨级双向航道道底宽为335m；主航道两侧预留小小型船舶的单向航航道：万吨级及以以下船舶单向航道道宽度为153m。通航宽度的组成2为避免船吸作用，，安全船距取为4.5倍船宽。人工岛头部的紊流流范围在200～～300m。两人工岛间最小通通航宽度应为：300+153+270+573+1461+573+270+153+300=4053m，取4100m。隧道区满足安全通通航深度-29.0m的宽度考虑航道施工期间间可能的影响，xx西航道底宽西西侧和铜鼓航道底底宽的东侧需加一一富裕宽度，经分分析取100m。。鉴于xx西航道道和预留铜鼓航道道呈“Y”分叉，，两航道间有1461m的间距，，隧道区满足安全通通航深度-29.0m的宽度100+573+1461+573+100=2807m，取2810m。（6）其它条件件环境保护对白海豚、底栖生生物的影响：挖泥船机械操作而而产生噪音（300Hz）施工期水域污染：：底土扰动和悬浮浮物释放有毒有害害物质。施工期需严格控制制废水、垃圾处理理及运输干坞选址建筑材料、施工用用水电钢筋、水泥、混凝凝土骨料各种模板均要从内内陆运到海岛和人人工岛工地。施工、生活用水隧址区附近xx岛岛-xx岛有少量量淡水。工程用水水需要船运。施工用电从xx侧铺设海底底电缆或自备发电电机组以满足施工工用电需要。抛泥区必须抛到海事部门门指定的海洋倾倒倒区水下抛卸。距距离工程区约35km。2．技术标准论证1（1）平、纵、、横标准基于同一设计标准准、同一建筑限界界和通风要求，拟拟定比选的隧道断面尺寸寸。隧道轴线尽可能位位于直线上；最最大纵坡：3%现行JTGB01要求；经济发达地区适应应远期交通量、安安全性和行车舒适适性很重要；纵坡加大会影响隧隧道乃至整个大桥桥的通行能力，为为此要设置爬坡车车道（盾构段加宽宽几乎不可能）、、增设安全保障措措施；2．技术标准论证2（2）设计频率设计使用寿命（120年）、设计计潮位频率（3）通航标准准通航净宽尺度、典典型船舶类型、口口门宽度、通航水水位等2．技术标准论证3（4）抗震设计计标准工程场地120年年超越概率63%、10%、2%的基岩加速度峰峰值分别为41cm/s2、134cm/s2、233cm/s2。（5）汽车荷载载标准公路-I级。同时时满足xx规范对对活载的要求。2．技术标准论证4（6）结构安全全标准工程安全等级：一一级人防抗力等级：六六级隧道结构耐高温标标准：最高温度1200℃，持续续时间2小时。2．技术标准论证5（7）通风技术术标准通风CO/VI／／NO的控制标准准CO设计浓度Cadm：正正常工况100ppm，阻阻塞工况150ppmVI设计浓度Kadm：正正常工况0.005m-1，阻塞工况0.009m-1NO2设计浓度Cadm：正正常工况1ppm，阻塞塞工况1ppm稀释异味标准空气排放标准CO一般环境浓度度：5ppmCO环境容许许浓度：9ppmNO2一般环境浓浓度：0.08ppmNO2环境容许浓度度：0.13ppm2．技术标准论证5通风技术标准风速标准：隧道内设计风速：：≤10m/s风道内设计计风速：≤18m/s车辆尾气排放标准准：以最新《PIARC》2004中中污染物基准排放放量为基础，根据据xx、xx与大大陆地区制定的汽汽车排放标准时间间表，并考虑各设设计年限车辆更新新换代EURO-2、EURO-3、EURO-4各占比例及车车辆使用年限影响响系数，使各污染染物排放量计算值值尽可能接近真实实值。xx要求:隧道需需设有单独排烟风风道，建议采用横横向或半横向通风风方式。2．技术标准论证6（8）消防技术术标准交通工程等级、火火灾规模（50MW）、火灾次数标准、、消防用水标准（JTG/TD71—2004）沉管隧道横通道：：间距90m（对应应180m管段））盾构隧道横横通道设置置：间距500m，每100m设设置一处安安全口，通通往车道板板下疏散通通道。HK《最低限度之之消防装置置及设备守守则（二零零五五年七月））》横向连接两两条隧道的的行人信道道–每每个信道相相隔的距离离应为100公尺，，通道的高高度及阔道道不应少于于2.1公公尺及1.5公尺，，而通道大大门的耐火火时效不应应少于两小小时，大门门需以双向向方式开启启并应在门门的上部设设有一块透透明观察板板，通道门门开启时应应同时启动动警钟。xx消防处处对《大桥桥设计技术术规范使用用指南》的的初步意见见建议隧道管管道的设计计需要考虑虑消防排烟烟系统的管管道及风扇扇安装要求求。本处（（HK消防防处）在考考虑了隧道道的长度及及车辆流量量等因素后后，认为以以semi-transverse（半横向向通风）系系统较为可可取。而该该系统的功功率须最少少能抽走火火警现场烟烟量的3/4，并配配有应急后后备电源。。若果在隧隧道管道内内发生火警警，在火警警现场三百百米范围内内（每端最最远一百七七十米的距距离)的烟烟均须被排排烟系统抽抽走，系统统亦同时抽抽入鲜风以以作补充。。烟层下的的空气流动动速度须保保持在2m/s以下下。排烟系系统的设计计亦须顾及及滞留在隧隧道内的汽汽车及隧道道坡度对空空气及烟雾雾流动的影影响。2008-12-22广东的的反馈意见见2．技术标准论论证7（9）沉沉管隧道其其它技术标标准浮运期管段段安全系数数：1.04运营期抗浮浮系数：1.2混凝土强度度及抗渗等等级：C45、S12（管管节）混凝土保护护层厚度：：50mm不同工况下下的荷载组组合等2．技术标准论论证8（10）盾盾构隧道道其它技术术标准衬砌结构变变形：直径径变形1‰D（隧隧道外径））；环缝张张开<2mm，纵缝缝张开<3mm抗浮安全系系数：1.2管片混凝土土强度等级级：C60抗渗等级：：S12混凝土保护护层厚度：：50mm考虑不同工工况下的荷荷载组合等等3海海底隧道技技术方案1（1）隧隧道建筑限限界通过对两孔孔单管廊（（包括中间间管廊设风风道与两侧侧行车孔顶顶部设风道道二种情形形）、两孔孔双管廊、、两孔三管管廊的断面面形式进行行对比分析析、计算，，暂推荐两两孔三管廊廊断面。（2）沉管管管段横断断面形式沉管隧道平平面布置沉管隧道纵纵面布置纵坡：W形形管段防水及及接头分节式/整整体式、自自防水+外外包防水、、柔性接头头+限位装装置最终接头：：靠近西人人工岛侧水水深较浅处处，底板标标高控制在在-25米米范围内。。采用止水水板方式施施作。基槽、地基基处理与基基础型式基槽坡率：：1：3、、1：：5、、1：7粉质粘土、、粉质粘土土夹砂及砂砂层：砂流流法淤泥或淤泥泥质粘土：：打入预制制桩＋砂浆浆囊袋管段回填锁定回填一一般回填顶顶部部防锚层岛隧结合部部1.格形钢钢板桩+预预沉管段段方案（推推荐方案））2.格形钢钢板桩+岛岛上段明明挖方案东、西岛隧隧结合部前期2016年隧道道以消除异异味为主，，2020年以后到到2035年，隧道道通风以稀稀释NO2为主。受洞内纵向向风速、风风机安装等等限制，全全纵向通风风加独立排排烟风道方方案不宜采采用；受通通航限制，，分段纵向向通风加独独立排烟风风道方案不不具可行性性，全横向向通风方案案需加大隧道断断面。综合考虑各各项因素尤尤其是xx提出的消消防排烟要要求，沉管管隧道宜用用半横向加加纵向组合合通风方案案。通风方案建议通风系系统示意图图消防救援方方案横通道与纵纵向疏散相相结合3海底底隧道技术术方案2（3）盾构构隧道横断面布置置盾构隧道纵纵断面布置置纵坡：W形形盾构隧道最最小埋深考虑隧道抗抗浮安全系系数和注浆浆层稳定性性，经计算算取为0.6D。管片环结构构7+2+1=10片片，错缝拼拼接管片接头与防防水拟选用全面对接式，，设置密封垫垫槽和嵌缝槽槽，接头采用用斜螺栓连接接。管片采用C60混凝凝土，抗渗等等级S12。隧道横通道设设置人行横通道暂暂按间距500m布置,右侧每隔90m设置一一处安全口(设滑梯通往往纵向疏散通通道)。xx（12月月3日）、广广东（12月月22日）已已回复意见。。岛隧结合部1.筑岛+预预沉钢沉箱方方案（推荐方方案）2.筑岛+始始发/接收井井半横向+纵向向通风方式通风方案消防救援方案案横通道+纵向向疏散通道4.海底隧隧道施工组织织设计1（1）沉管管隧道施工组组织方案干坞方案传统干坞式、、工厂化生产产；选址---xx岛、三角角岛、中山；；干坞布置:2坞×4节=8节节,四批干坞平面布置置施工期通航方方案开辟临时航道道施工期实施通通航管制提前发布施工工公告加强海面巡监监其它安全保障障措施工期安排（（56个月））基槽开挖期对对中华白海豚豚和保护区生生境构成影响响的主要因素素有噪音干扰扰、底栖生物物破坏和有毒毒有害物质的的释放。施工噪音干扰扰将导致受影影响的海豚个个体调整习惯惯活动范围甚甚至迁往他处处，在4～8月白海豚的的繁殖高峰季季节施工，影影响会更显著著，但施工噪噪音的影响是是暂时的和可可逆的，施工工结束后将得得到缓解；环保措施1基槽开挖对底底栖生物群落落的破坏面积积占保护区的的0.5%，，将间接导致致海豚食物来来源减少，从从而降低保护护区的食物保保障功能；浑浊的水体和和施工产生的的悬浮物将主主要影响新生生幼豚的成活活率，其影响响不是即时的的，影响滞后后期可能比较较长；由于抛泥区远远离白海豚保保护区，因此此疏浚土处置置对中华白海海豚和保护区区生境没有影影响。环保措施24.海底隧隧道施工组织织设计2（2）盾构构隧道施工组组织方案盾构机选型基于地质的盾盾构机选型至至关重要，要要求对拟穿过过地层的地质质勘察深度和和准确度高。。从工可补勘成成果来看，拟拟选气垫式泥泥水加压平衡衡盾构机。盾构机台数与与推进方式1大直径盾构机机单台推进可可达10km;尽最大可能充充分发挥盾构构机效能是选选用盾构法的的出发点之一一;深海高水压条条件和淤泥、、砂质地层中中大直径盾构构机对接技术术难度大、风风险高;若四台盾构机机对推，则设设备及管理维维护费增加一一倍，加大施施工成本；盾构机台数与与推进方式2东、西人工岛岛同时施工，，要求设备多多、管理难度度大、泥浆循循环处理系统统及弃碴、管管片运输、后后勤保障要求求高，临水、、临电供应困困难。综上，在合理理工期的前提提下，从盾构构机设计制造造、运输安装装调试、管理理维护难度、、后勤保障、、施工风险、、投入产出比比等综合考虑虑，推荐两台台盾构平行推推进。泥浆循环处理理系统施工用水用电电岛上水塘+船运自建集中发电电站供应施工工用电现场运输保障障VTS、海域域交通管制横通道施工冻结+暗挖法法顶管法工期安排66个月环保措施泥浆处理与泄泄漏运输船只油类类泄漏5.海底隧道道全寿命费用用估算（1）编制制说明（2）沉管管隧道建安费费用估算隧90.92亿元/6648m、岛37.23亿元/19.3ha（3）盾构构隧道建安费费用估算隧92.56亿元/7240m、岛50.83亿元/24.51ha（4）两方方案总费用比比较120年运营营费：189亿元（（沉管）、214亿亿元（盾构））全寿命总费用用：沉管--317亿亿元盾盾构--363亿元6.工程地质对隧隧道工程的影影响分析1（1）对沉沉管隧道工程程的影响分析析不均匀沉降分分析地层、淤泥压压缩变形不均均一基槽边坡稳定定性分析计算、分台阶阶开挖基槽回淤分析析清淤要及时6.工程地质对隧隧道工程的影影响分析2（2）对盾盾构隧道工程程的影响分析析岩面起伏盾构换刀、刀刀盘刀具磨损损开挖面稳定性性分析两端覆盖层浅浅埋段施工横通道施工进洞、出洞花岗岩球状风风化、囊状风风化构造断裂抗浮分析7.隧道工程程风险分析8.1概述述R=P*C定定级法8.2沉管管隧道工程风风险分析天气与波浪结构漏水、结结构耐久性基槽开挖（环环境风险）7.隧道工工程风险分析析（3）盾构构隧道工程风风险分析人工岛填筑火灾、涌水以以及由于各种种原因造成盾盾构机的停止止等复合式盾构机机4种种地层横通道环境风险（4）两方方案风险评价价比较盾构隧道和沉沉管隧道这两两种工法的主主要区别在于于施工风险。。沉管隧道风险险评估指标1沉管隧道风险险评估指标2盾构隧道风险险评估指标1盾构隧道风险险评估指标2盾构隧道风险险评估指标31.总体而而言，沉管隧隧道方案所有有的主要风险险比盾构隧道道方案都小。2.和沉管管隧道相比，，盾构隧道在在成本和延误误工期方面有有更高的风险。。3.从本质质上讲，沉管管隧道工程包包括预制管段段与海中水工工工程，这与跨跨海大桥的施施工风险相似似。4.人员安全全风险（出现现严重事故））在两种不同同隧道工法中是一样的。。环境风险可可以借助规划划，监理和现现代先进设备的使用用来加以管理理。主要结论15.在不不考虑施工过过程中可能出出现的事故风风险情况下，，从K6+030～K13+730长7700m比比较段内，““盾构隧道＋＋人工岛”和“沉沉管隧道＋人人工岛＋部分分桥梁（521m）”的的建设费用高128503万万元。结合风风险和相应的的直接施工成成本可以看出，沉沉管方案是最最优方案。综上所述，盾盾构隧道施工工的风险比沉沉管隧道要高高很多，并会由此此导致更多的的直接成本和和工期风险。。主要结论28.方案综合合比选及推荐荐意见比选意见1）两种隧道道工法在技术术、环保、