水下隧道的发展与展望

中国跨江越海隧道的发展现状与展望2009.11.26洪开荣隧道掘进机专业委员会会议一我国水下隧道的发展二几个主要的工程实例三琼州海峡隧道的设想四未来的展望主要内容一我国水下隧道的发展1第一座穿江公路隧道－上海打浦路隧道1965年我国第一条越江隧道－－打浦路隧道开始修建，该隧道为市政道路隧道，设计为单洞双车道隧道，全长2736m，穿越上海黄浦江，隧道江底段长1300m，历时6年多于1971年6月竣工。在该隧道施工中首次采用了大断面盾构，采用的盾构为网格式盾构，应用气压平衡原理。该隧道的建成开启了我国穿江越海隧道建设的新纪元。2穿江隧道的发展时期尽管在1976年应用沉管法成功的修建了上海金山石化工程第一座排污水下隧道，但是真正迎来穿江隧道发展是在上世纪80~90年代（也是我国改革开放和经济快速发展时期），分别建成了珠江沉管隧道（地铁与市政道路合建）、宁波甬江隧道、上海延安东路等公路隧道，同时还建成了上海地铁二号线区间过江隧道。一我国水下隧道的发展3穿江越海隧道蓬勃发展期进入21世纪，市政道路、地铁、高速铁路、输水输气、综合管线等各种用途的水下隧道应用而生，江下、海底隧道齐头并进。同时根据隧道的用途和其在不同地质环境，盾构法、沉管法、矿山法等各种修建方法各显神通。一我国水下隧道的发展4二十一世纪已建与在建水下隧道一我国水下隧道的发展深圳前湾海底输气管廊南京长江隧道世界时速最高的狮子洋隧道（盾构法）进入了建设高潮；世界最大断面的上海长江隧道（盾构法）贯通了；世界最长的沉管隧道－港珠澳隧道即将开工；国内海底最长的胶州湾海隧道（矿山法）正在稳步推进。5几个有重大影响的水底隧道一我国水下隧道的发展胶州湾海底隧道上海长江隧道港珠澳沉管隧道1万里长江第一隧：武汉长江隧道二几个主要工程实例尽管先期在长江上修建了重庆排污隧道、城陵基输气隧道，但其工程的复杂性、影响力、规模与重要性都与武汉长江隧道难以相比，因此武汉长江隧道也被称为“万里长江第一隧”。工程概况武汉长江隧道是武汉市第一条重要的公路过江通道，位于武汉长江一、二桥之间，设计车速50km/h，隧道全长3630m，其中过江隧道左右线各长2538m，采用盾构法施工。汉口端设2条匝道，武昌端设4条匝道与路网相接。二几个主要工程实例1万里长江第一隧：武汉长江隧道隧道纵断面线路纵坡大致为U形，最大下坡为4.35%，最大上坡为4.4%。盾构隧道内净空φ10m，管片外径φ11m。盾构隧道最小覆土厚6.3m，最大覆土厚40.5米。线间距为16～28m。隧道断面底部设逃生通道和电缆通道，中部为行车道，上部为专用排烟道。二几个主要工程实例到达井始发井联络通道长江1万里长江第一隧：武汉长江隧道二几个主要工程实例1万里长江第一隧：武汉长江隧道工程地质盾构隧道主要穿越粘土层、粉土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粉细砂、中粗砂，局部地段穿越泥质粉砂岩夹砂岩页岩，其中穿越粉细砂层和中粗砂层占74.74%，穿越粉土和粘土层占23.03%，穿越卵石层占1.01%，穿越岩石占1.22%。最大切岩深度为2.341m，岩石最大单轴看压强度29.4MPa。隧道范围内地下水主要有上层滞水、孔隙水和基岩裂隙水三种类型。设计最大水压为0.57MPa。技术难题之一：始发端近距离下穿武工大电教楼碳素纤维围护与切削技术双层洞口密封防护气压补偿泥水盾构二几个主要工程实例1万里长江第一隧：武汉长江隧道技术难题之二：高水压下长距离掘进的刀具的检查高性能泥浆的研究与应用高气压下进仓作业技术二几个主要工程实例1万里长江第一隧：武汉长江隧道技术难题之三：江中约300m软硬不均段掘进双重切刀与滚刀的设计与布置二几个主要工程实例1万里长江第一隧：武汉长江隧道翔安海底隧道全长6.05km，其中海域段长4.2km，设计为双向六车道隧道，采用钻爆法施工。2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例翔安隧道翔安区厦门岛隧道起点K6+540竖井K7+850，内径8.3m，深约45m隧道终点K12+485竖井K11+250，内径8.3m，深约45m服务、管理区五通翔安2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例为了解决运营通风问题，在近海岸处设两座通风竖井；为解决救灾问题，全隧共设置12各横向联络通道。行车隧道：净宽14.5m、净高10.5m；净空面积：122平米；服务隧道：净宽6.5m，净高6m，净空面积：33平米；上部为检修车通道、逃生通道；下部为市政管廊：直径1米供水管、22万伏高压电缆、通信光缆。施工中超前掘进兼作地质导洞。52m22m服务隧道2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例隧道的最大设计纵坡3%，线路所处的最大海水深度30m，隧道最低点位于海平面下约65m。场区为花岗岩地层，隧道大部分地段处于微风化岩中，主要不良地质有：两岸全强风化层、翔安侧浅滩段部分透水砂层、海域段多处全强风化深槽（囊）。F3F1F4F2F1、F2、F3：全强风化深槽；F4：全强风化深囊全强风化层全强风化层、部分透水砂层海水最深约30m2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例海底风化深槽的处理物探与钻探综合超前地质预报全断面/周边超前注浆堵水与加固大管棚超前支护双侧壁导坑法施工日本青函隧道发生4次大涌水2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例陆域全风化花岗岩段施工洞内上半断面超前小导管注浆地表深井降水中隔壁法施工海底隧道施工安全监控与预警应急预案与演练2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例项目经理部综合队工程指挥部衬砌队现场值班室隧道口掌子面2厦门翔安海底隧二几个主要工程实例3广深港高速铁路:狮子洋隧道二几个主要工程实例狮子洋隧道位于广深港高速铁路客运专线东涌站～虎门站区间内，隧道全长10.8Km,其中盾构隧道长9340m，隧道内径9.8m、外径10.8m，两隧间共设23个联络通道。狮子洋隧道是我国第一条铁路水下隧道，也是我国唯一的特长水下隧道,设计时速350km。盾构隧道要下穿小虎沥、沙仔沥、狮子洋等三个珠江入海水道，狮子洋水道为珠江航运的主航道，最大水深26m。隧道最大纵坡为20‰，最小纵坡为3‰。隧道最大覆土52.3m，最小覆土7.8m；水下最小覆土8.7m。二几个主要工程实例3广深港高速铁路:狮子洋隧道盾构隧道大部分处于微风化砂岩、砂砾岩中，约1800m长处于淤泥质与粉质粘土中,960m长穿越上软下硬地层；隧道所穿越基岩的最大单轴抗压强度达82.8MPa，基岩的石英含量最高达55.2%，岩石地层的粘粉粒（≤75μm）含量为26.1～55.3%。隧道范围内地下水位处于地表下0.5m～1.2m，地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，具承压性；基岩的渗透系数达6.4×10-4m/s，地下水对混凝土结构具有盐类结晶的弱～中等侵蚀性。二几个主要工程实例3广深港高速铁路:狮子洋隧道二几个主要工程实例3广深港高速铁路:狮子洋隧道主要特点狮子洋隧道是我国第一条铁路水下隧道，也是我国目前唯一的一条特长水下隧道，其设计时速达350km。狮子洋隧道三次穿江越洋，其中狮子洋水面宽达3300m，水深达26.6m，设计水压达0.67MPa,为我国水压最大的水下隧道；盾构隧道要掘进三种不同的地层：软土地层、软硬不均地层、岩石地层，具有很大的技术难度；本工程采用“相向掘进、地中对接、洞内解体”的盾构施工技术，这在国内是首次。二几个主要工程实例3广深港高速铁路:狮子洋隧道对接施工技术四狮子洋隧道施工技术隧道的测量对接方法3广深港高速铁路:狮子洋隧道对接面稳定性离心试验软硬不均地层掘进技术由于原设备的设计缺陷，导致第一台盾构在软硬不均地层掘进异常困难，刀具磨损与破坏率很高，堵塞现象严重，月进度不足百米。四狮子洋隧道施工技术3广深港高速铁路:狮子洋隧道四狮子洋隧道施工技术软硬不均地层掘进技术经过现场的仔细分析与研究，对右线所使用的盾构机环流系统进行了改造，特别是对泥水仓与气垫仓的冲刷形式动了大手术，并将刀具布置方式进行了调整，右线同段软硬不均地层的掘进月进度达到了200m，刀具消耗与磨耗基本正常。3广深港高速铁路:狮子洋隧道长度(m)用时(d)滚刀消耗(把)切刀(把)刮刀(把)带压进仓用时(d)左线4901352613538554右线（改进后）480751532301623效果－80%－41.3%－34.8%－81.2%-57.4%改造前后软硬不均地层段掘进对比分析减压限排技术在高水压条件下如何保障换刀人员的安全、提高刀具更换效率具有很大的技术难度，为此在狮子洋隧道施工中首次提出并采取了“减压限排换刀技术”,该技术的主要目的是尽可能地降低带压换刀的气压或创造常压作业条件，保障换刀人员的健康与安全，提高工作效率。四狮子洋隧道施工技术3广深港高速铁路:狮子洋隧道四狮子洋隧道施工技术3广深港高速铁路:狮子洋隧道减压限排技术主要技术措施是采取三维渗流场分析评估环境影响、限量排水降低地下水压、利用水幕原理建立平衡、必要时利用超前钻注设备进行地层适度改良，目前该技术在狮子洋隧道的施工中获得了明显的效果，减压率达到了34.4%。生物岛-大学城隧道仑头-生物岛隧道二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道该工程分为两个单元，第一单元路线长1110m，隧道段总长650m；第二单元线路长度1337.6m，隧道总长810m。每个单元都包含一座沉管隧道，隧道设计为双向四车道，设计时速50km。第一单元仑头～生物岛段，沉管隧道长度320米,分为四节管段，E1、E2管段各长80米,E3管段长65米，E4管段长95米；沉管段采用水下最终接头。二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道由于本单元工程所处的环境两岸拆迁难度大，且周边地块没有干坞场地，因此采用了半潜驳移动干坞形式制作管节；并根据总体施工安排，最终接头中部水下接头方式。二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道E1E2E3E4最终接头第二单元沉管隧道长度214m,共分为两节管段，E1、E2+E3管段长度分别为94、116+4米；沉管段采用岸边水下最终接头。二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道由于本单元工程采用了轴线干坞形式制作管节，管节出坞和浮运采用岸控方式进行；最终接头为岸边水下接头方式。二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道两个沉管隧道的管节之间均采用“GINA”和“Ω”止水带防水，管节之间采用拉索连接。沉管的基底处理均采用后铺法，应用灌砂船进行底部充填处理。二几个主要工程实例4仑头～生物岛～大学城沉管隧道目前琼州海峡的运输主要以轮渡为主，包括粤海铁路也是采用轮渡方式，但由于受平均每年台风影响次数达27次，且台风登陆时风力大于12级以上，以及年平均雾日数为23天（最多43天）的影响，极大地制约了海南的发展。海峡最小宽度为18.6km，海水深度在20～117m之间。海床下200m范围内的地层主要为第三、第四系粘土、粉土和砂层。1目前的现状三琼州海峡隧道根据国外的经验，在跨越较窄的海峡时，采用桥梁方案最为经济，而对于海峡宽、水深大的情况，应优先考虑选用隧道方案。因此采用隧道方案作为跨越琼州海峡的可行方案。对于隧道方案，因为公路隧道存在运营通风的问题，并且相对铁路其发生火灾的频率较高，因此应将铁路隧道方案作为首选方案，通过运行穿梭列车，汽车可通过穿梭列车运行穿过隧道，这与世界各大海峡隧道的方案是一致的。2通道的修建方案三琼州海峡隧道据有关资料研究，目前主要研究了四条线路3目前研究的线路情况三琼州海峡隧道Ⅰ线-Ⅳ线方案比较4四个线路方案的比较三琼州海峡隧道5目线的地质纵剖面三琼州海峡隧道琼州海峡海底地层主要为第三、第四纪海相沉积，从上到下各层地层简述如下：(1)淤泥：Q4，灰色，流塑，含贝壳，厚度15m左右，主要在海峡中部深水盆地；(2)砂层：Q4，灰黄色，松散，含贝壳，厚度10m左右，在海峡局部出现；(3)粉砂质粘土：Q3，浅黄色，松散，厚度只有几米，在海峡南部局部地方出现；(4)风化玄武岩：Q2，褐色，碎石状，厚度3m左右，在海峡北部的浅海区；(5)