选修2-2-1水下隧道技术

水下隧道技术16三月20251/48目录一、水下隧道施工方法二、我国水下隧道技术现实状况三、国内外经典水下隧道工程四、水下隧道技术展望2/48什么是水下隧道？3/48一、水下隧道施工方法除个别水下隧道可采取围堰明挖法外，在江、河、海下普通采取暗挖法（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4/48一、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分，主要关键技术是设计埋深须满足最小覆盖层基岩要求，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勘察调查，突水涌水超前地质预报，在完全可靠注浆固结封闭条件下钻爆开挖。5/48一、水下隧道施工方法所需设备投资较低；对不一样地质条件、开挖工艺、方法和断面形状适应性好，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；钻爆法优点钻爆法不足开挖速度提升有困难，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。6/48一、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。7/48一、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掘进隧道含有较平整临空面，超欠挖极少，围岩松动范围普通都在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；施工安全性大大提升，最大程度降低施工人员伤亡；施工机械化程度到达95%以上；降低劳动强度，改进了劳动环境；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8/48一、水下隧道施工方法TBM法和盾构法TBM和盾构机设备费用较高，设备摊销费用较高；碰到复杂多变地层时，掘进比较困难；同一隧道内截面形状改变困难；不足9/48一、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，两端用暂时钢封门密封，船坞放水使隧道管段上浮，采取拖运和定位等设备，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，接口使用可靠密封止水，最终是抛石回填，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。10/48一、水下隧道施工方法沉管法所需覆土小，有利于减小隧道长度；要求地层承载力不大；隧道各管段可在干坞或工厂车间内预先制备、质量有确保；管段预制和水底开槽可同时进行，工期短；优点

在水下开槽、管节浮运、沉放、各水下对接以及沉管基础处理各工艺流程中出现失误概率，相对地比其它隧道技术要多。这是因为沉管隧道是埋置于水下大型人工构筑物，受河、海地貌、地质、水文等影响。浮运及沉放时对航运有一定影响。不

足11/48一、水下隧道施工方法

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适应面较宽，灵活性大，进度稳定，水底地质条件差时，需采取辅助工法对地质条件适应面较窄灵活性小，水底地质为多改变岩体时，不易发挥掘进机优势碰到砂质土层时，需采取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方法隧道埋深普通设置在水下基岩>2.0倍开挖跨度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，最深统计已达水下41米通行车道数量依据水下基岩情况，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）当前已经有三车道（15.4m）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，当前已经有两个8车道统计水下隧道主要施工方法比较12/48一、水下隧道施工方法

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，工期较有确保机械化程度较高，开挖速度快，工期较有确保基地开槽和管段预制分开同时进行，管段沉放时间较短，总工期短施工安全水下钻爆施工要严格施工方法，安全施工是个主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，安全性很好水下隧道主要施工方法比较13/48二、水下隧道技术现实状况

世界发达国家自20世纪30年代起，就开始修建跨海峡海底隧道。迄今修建水下隧道国家主要包含日本、英国、法国、美国、挪威、澳大利亚、丹麦、冰岛、中国等。

日本于1942年建成关门海底隧道（6.3km）拉开了人类历史上修建水下隧道序幕。日本青函铁路跨海隧道全长53.85公里，海底部分长23.0公里，该隧道以钻爆法为主开挖连续20年，克服了4次海水淹没带来困难，于1985年8月完工。由两条行车主洞和一条服务隧道组成英法海峡隧道，海底段长38公里，采取先进技术，经过充分地质工作找到理想岩层，设计安全，很好地处理了一些特殊工程技术问题。挪威有较长海岸线及大量狭湾与岛屿，大多数人生活在海岸附近，所以修建了较多海底隧道。14/48二、水下隧道技术现实状况

中国在水下隧道建设上起步较晚，但发展势头很快。据不完全统计，截至年底，我国大陆地域已建和在建水下隧道已经超出了100条（铁路3条；城市轨道交通15条；市政道路隧道及公路隧道46条；水利及市政给排水、电力等领域36条）。上述工程90%以上是上世纪90年代年之后开始建设，其中约70%采取了盾构法施工，其余矿山法、沉管法、围堰明挖法约各占10%。

其中含有代表性工程有武汉长江隧道、厦门翔安海底隧道、南京长江隧道、上海崇明长江隧道、广深港客专狮子洋隧道、青岛胶州湾海底隧道、港珠澳跨海隧道等。15/48三、国内外经典水下隧道工程英法海峡隧道

英法海峡隧道：为横跨英吉利海峡，连接英国和法国铁路海底隧道。隧道西起英国福克斯通，东到法国加来，全长51km，由两孔运输隧道和1孔服务隧道组成。工程类别：跨国铁路海底隧道设计车速：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：盾构法16/48三、国内外经典水下隧道工程英法海峡隧道是首次针对不一样地质、水文条件，隧道采取了多台不一样类型、不一样直径盾构机；是综合考虑运输、供电照明、给排水、通风、通讯、防火、疏散救援等安全系统；英法海峡隧道主要工程特点是采取卸压管处理了隧道空气动力学问题、减振轨道结构降低列车振动作用；是扎实地质勘察为海底线路方案奠定基础，降低隧道渗漏水；是综合应用成熟先进技术处理复杂工程；是高水压、高风险、环境保护要求高隧道。17/48三、国内外经典水下隧道工程英法海峡隧道地质钻探工作从1958年做到1987年，主要钻孔达94个。浅层勘探在海底以下150m之内，考虑隧道布置范围；深层勘探在海底以下800m之内，主要为评价地震风险提供数据。海底钻探曾采取大型北海石油钻机，每个钻孔平均费用约为50万英镑。勘探发觉海底有一层泥灰质白垩岩(ChalkMarl)，厚度约30m，抗压强度6~9MPa，渗透系数(1~2)×10-7m/s。该岩层抗渗性好，硬度不大，裂隙也较少，易于掘进，隧道线路就布置在它下部，距海底25~40m。因为岩层起伏，而隧道要求一定运行坡度，所以隧道轴线在平面和立面上均呈W形。

18/48三、国内外经典水下隧道工程日本东京湾海底隧道

东京湾海底隧道是横贯东京湾公路一部分，全长为15.1km，其海上部分由三大段组成：一为船舶航行较多川崎侧，长为9.6km海底隧道；二为处于水深较浅木更津侧，长为4.4km海上桥梁；三为川崎侧岸边引道部分。长9.6km海底隧道是由8台直径为14.14m超大型泥水平衡盾构在海底地层中穿越贯通。盾构机长为13.5m、重达3200t，是当初世界上最大盾构机械。19/48三、国内外经典水下隧道工程日本东京湾海底隧道

隧道设计速度为80km/h，外径为13.9m，隧道一次衬砌环由11块管片用螺栓联结而成，每块管片厚0.65m，宽1.5m，长约4m，二次衬砌厚0.35m，为钢筋混凝土结构。隧道中部设置一座人工通风竖井，并在桥隧连接段设置一座人工岛。隧道为双管盾构隧道，每管隧道采取四台盾构机两两对向施工，并在隧道中部水下对接。

工程于1966年由开始调查，并于1989年着手开始建设，1996年8月全线贯通，1997年12月完工并投入营运。20/48三、国内外经典水下隧道工程武汉长江隧道

武汉长江隧道位于武汉长江大桥、二桥之间。隧道连接汉口大智路与武昌沙湖路，被誉为“万里长江第一隧”。工程类别：城市主干道设计车速：50km/h车道规模：双向四车道隧道规模：3600米，盾构段2550米横断面：双管单层，外径11.0米大智路沙湖路施工工法：盾构法21/48三、国内外经典水下隧道工程武汉长江隧道是国内当初水压力最高、一次推进距离最长大直径盾构隧道；是国内首次采取10m以上大直径复合式泥水平衡盾构；是国内大直径盾构首次全断面在砂层中施工隧道；是国内首次设置双道防水密封垫盾构隧道；是国内首次设置排烟专用风道盾构隧道。是国内第一个立项研究、第一个由国家同意、第一个开工、第一个盾构掘进、第一个建成通车水下隧道；盾构经过段地面建筑物密集，而且浅覆土下穿省级文物保护建筑，环境保护要求高，技术难度大。武汉长江隧道主要工程特点22/48三、国内外经典水下隧道工程南京长江隧道

南京长江隧道位于南京长江大桥与三桥之间纬七路，连接南京江北滨江路与江南清河路。工程采取“左隧右桥”结构型式，总长5853m。其中隧道3930米，桥梁705米，其它为路基段。工程类别：城市快速路设计车速：80km/h车道规模：双向六车道隧道规模：3930米，盾构段3022米横断面：双管单层，外径14.5米施工工法：盾构法23/48三、国内外经典水下隧道工程南京长江隧道是国内当初水压力最大盾构隧道，最大水压力为65m；南京长江隧道主要工程特点是国内在砂层中一次推进距离最长隧道；是国内最长盾构法城市快速路隧道；国家863计划示范工程；国内首次大规模穿越卵石地层，并成功实现常压换刀水底隧道。24/48三、国内外经典水下隧道工程南京长江隧道25/48三、国内外经典水下隧道工程上海长江隧道

隧道起于浦东新区五好沟，穿越南港水域在长兴岛西南方登陆，全长8.95公里，其中穿越水域部分达7.47公里。隧道整体断面设计为上下行双管隧道，沿其纵向每隔800米左右设一条横向人行联络通道。单管外径为Φ15m，内径为13.7m，内设三条（2×3.75+3.5m）车道，双向即六车道，设计车速为80公里/小时。两台直径为Φ15.43m泥水加气平衡盾构，从浦东侧工作井由南向北一次掘进至长兴岛侧工作井实现隧道贯通。26/48三、国内外经典水下隧道工程广深港客专狮子洋隧道工程类别：客运专线设计车速：350km/h车道规模：双线隧道规模：10.8公里，盾构段9340米横断面：双管单线，隧道外径10.8米施工工法：盾构法狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站之间，穿越珠江入海口狮子洋，河面宽度6100m。27/48三、国内外经典水下隧道工程广深港客专狮子洋隧道

是铁路第一条水下隧道；狮子洋隧道主要工程特点是世界上行车速度目标值最高水下隧道；是国内已建最长水下隧道；是国内水压力最大水下隧道，最大水压力为67m；是国内第一条进行地中对接施工盾构隧道。是国内第一次使用内衬盾构法隧道28/48三、国内外经典水下隧道工程钱江隧道工程类别：高速公路设计车速：80km/h车道规模：双向六车道隧道规模：4250米，盾构段3250米横断面：双管单线，隧道外径15.0米施工工法：盾构法该项目为高速公路——钱江通道及接线工程控制性工程，在海宁盐官镇西2.5公里处，以隧道形式穿越钱塘江。年12月试验段开工；年隧道全方面开工，年3月盾构始发，年底建成通车。29/48三、国内外经典水下隧道工程钱江隧道江南施工期卫星照片江北施工期卫星照片30/48三、国内外经典水下隧道工程钱江隧道钱江隧道管理中心中控室31/48三、国内外经典水下隧道工程厦门翔安海底隧道32/48三、国内外经典水下隧道工程厦门翔安海底隧道33/48三、国内外经典水下隧道工程厦门翔安海底隧道工程于年9月6日开工建设，年4月26日开通运行。投资32.8亿34/48三、国内外经典水下隧道工程厦门翔安海底隧道35/48三、国内外经典水下隧道工程厦门翔安海底隧道36/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程港珠澳大桥跨越伶仃洋，东接香港尤其行政区，西接广东省珠海市和澳门尤其行政区，是“一国两制”框架下、粤港澳三地首次合作建设超大型跨海交通工程。海中桥隧主体工程长约29.6公里，采取桥隧组合方案，穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6.7公里采取隧道方案，其余路段约22.9公里采取桥梁方案。37/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程为实现桥隧转换和设置通风井，主体工程隧道两端各设置一个海中人工岛，岛隧工程是大桥工程施工控制性工程,由沉管隧道、东西人工岛三大部分组成，其中沉管隧道是当前世界上综合难度最大沉管隧道之一。全长7440.546米，其中隧道部分长5.9km，沉管段长5.6km，每座人工岛长度625m。岛隧工程概算价约140亿元。38/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程本工程沉管段隧道采取180m长超大管节，每个180m长标准管节重达7.4万吨，由8个节段组成，每节长22.5米、宽37.95米、高11.4米。为了确保工程质量、提升施工效率，在桂山牛头岛修建了管节预制厂房，每个节段均在厂房内绑扎钢筋、固定台座上浇筑、养护72小时后，向前顶推22.5m，空出浇筑台座，下一节段与刚顶出节段相邻匹配预制。如此逐段预制逐段顶推，直至完成全部8个节段浇筑。整体顶推至浅坞，经过预应力钢索张拉形成整体，完成一次舾装。然后关闭浅坞与预制工厂之间滑动坞门，浅坞灌水，管节浮起移至深坞，最终打开深坞门浮运至设计沉放现场。39/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程采取大圆筒围护结构快速成岛40/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节工厂化制造41/48三、国内外经典水下隧道工程港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节工厂化制造42/48三、国内外经典水下隧道工程武汉市三阳路越江隧道武汉市三阳途经江隧道是城市道路和轨道交通7号线共用过江通道，隧道外径到达15.2ｍ，是国内最大直径盾构隧道。两岸工作井及地铁车站处明挖基坑深度均超出30m，最大深度到达42m。工程类别：城市主干道+地铁隧道设计速度：道路60km/h，地铁100km/h车道规模：双向六车道+双线地铁隧道规模：4650