海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性
沉管隧道的发展综述及琼州海峡沉管隧道方案
沉管隧道旳发展综述及琼州海峡沉管隧道方案本文总结了国内外沉管隧道旳发展状况，并通过对沉管隧道特点旳分析，针对琼州海峡旳水文、地质、气象条件，提出铁路穿越琼州海峡旳推荐方案-沉管隧道方案。
1沉管隧道旳发展1.1国内外越海隧道工程建设和研究现实状况世界上由于海峡存在，陆地被分割，在不一样条件下形成两个区域，并导致交通障碍及文化差异。
连接海峡两岸重要有三种方式：轮渡、修建桥梁和修建隧道。
轮渡受气象条件旳影响较大，并且不能直接连通，导致人员物资转运十分麻烦。
修建桥梁往往受跨度、水深旳影响，且建成运行后也同样受气象条件旳影响。
而修建海峡隧道既可以穿越较大跨度直接连通海峡两岸，又可以在运行后很少手气象条件影响，能保持持续通行。
世界上已建成了许多海峡隧道，许多正在研究中。
日本关门海峡在本世纪40年代即用隧道连接，后来又建了桥梁，是世界是上最早旳海峡隧道。
通过艰苦努力，日本于1988年建成了青函隧道，使本州——北海道之间实现了铁路运送。
英法海峡隧道从拿破仑时代（18）以来就曾两次开挖，但都停了下来。
1993年隧道所有贯穿，投入运行。
1996年，丹麦大海峡隧道竣工，它把丹麦和欧洲本上连接起来，实现把瑞典和德国连成一体旳计划，从而使欧洲范围内几乎都能陆路相通。
直布罗陀海峡通道从七十年代开始调查，西班牙及摩洛哥互换了协议，分别设置勘察机构，依托自身力量和日本、英、法等协作进行勘察设计。
最初有桥梁及隧道两个方案，原定1990年内确立其中一种，由于种种原因而未能如愿。
海峡水深300 m（从摩洛哥旳丹吉尔向北旳海上距离约28km，桥梁方案在技术上十分困难，尚有政治原因。
目前方案初步确定为桥梁和隧道旳组合方案，即在航道下用隧道，其他部分架浮桥通过。
这个海峡通道和仅是两个国家间旳英法海峡通道相比，它将连接欧亚及非州两片大陆，而具有划时代旳意义。
在亚洲，计划旳有日韩对马海峡隧道、台湾海峡隧道、马六甲海峡隧道、爪哇岛与苏门答腊岛之间旳巽他海峡隧道、宗谷海峡、间宫海峡通道。
海底隧道方案
海底隧道方案引言海底隧道是一种连接两个陆地之间的隧道，穿越水下地区。
海底隧道工程是一项复杂而挑战性的工程，涉及许多专业领域的知识和技术。
本文将介绍海底隧道方案的设计原则、工程挑战以及实施步骤。
设计原则设计海底隧道方案时，需要考虑以下几个原则：1.安全性：海底隧道必须具备足够的结构稳定性和安全性，能够承受海洋环境的影响，以及地震、海啸等自然灾害。
2.通行能力：隧道应具备足够的通行能力，能够满足预计的交通和运输需求。
需要考虑车辆、行人和货物的通行情况，并根据需求设计通行设施。
3.环境保护：在设计过程中，需要充分考虑对海洋生态系统的影响，并采取相应的措施保护海洋环境。
减少工程对海洋生物和植被的影响是一项重要的任务。
4.可持续性：海底隧道方案应具备可持续性，考虑到未来项目的维护和可行性。
需要选择可持续的材料和技术，以减少对自然资源的消耗。
工程挑战海底隧道工程面临着许多挑战，包括以下方面：1.水下地质条件：水下地质条件的复杂性是海底隧道工程中的一个主要挑战。
工程师需要了解并处理不同的地质情况，如软土、岩石和砂质地层。
2.海洋环境因素：海底隧道必须能够应对海洋环境因素，如海浪、潮汐和水压等。
这些因素对隧道的结构稳定性和安全性都有重要影响。
3.施工技术：海底隧道的施工技术也是一个重要挑战。
工程师需要选择合适的施工方法，如盾构、顶管和浮管等。
同时，施工过程中还需要应对泥沙、水下挖掘和沉积物等问题。
4.维护和检修：海底隧道的维护和检修也是一项复杂的任务。
工程师需要制定合适的计划和方法，以确保隧道的安全和可靠性。
同时，还需要定期检查和维修隧道，以保证其长期使用。
实施步骤实施海底隧道工程需要经过以下几个步骤：1.可行性研究：在确定隧道方案前，需要进行详细的可行性研究。
这包括对地质条件、海洋环境和交通需求等方面的调查和分析。
2.设计阶段：在设计阶段，需要选择合适的隧道类型和施工方法，并制定详细的设计方案。
这包括隧道的结构设计、通行设施设计和环境保护措施等。
海底隧道施工方法可行性研究
调研报告1.课题的来源及意义海底隧道,是为了解决横跨海峡、海湾之间的交通,而又不妨碍船舶航运的条件下，建造在海底之下供人员及车辆通行的海底下的海洋建筑物.我国海域辽阔，其中物产丰富、风光秀丽具有开发价值的岛屿众多.随着我国国民经济的飞速发展，为改善国内投资环境、增强沿海城市与海岛的联系，很多沿海城市开始修建或拟建海底隧道,如已建成的厦门翔安海底隧道和青岛胶州湾湾口海底隧道，拟建或正在论证规划的大连湾海底隧道、渤海湾海底隧道、伶仃洋海底隧道、琼州海峡海底隧道以及台湾海峡海底隧道等。
海底隧道具有便捷、快速、受环境影响小、流通量大等特点,与其它跨海交通方式相比具有其独特的优势，但是海底隧道的建设技术难度大、地质条件复杂、风险性高，在设计、施工过程中依然有许多工程安全问题需要探索。
因此,对海底隧道的施工发生的事故风险进行研究和分析是有必要的，这样能够促进海底隧道修建技术的完善，并减小事故造成的损失，为未来建设的海底隧道的选址、设计、施工等提供依据。
1。
1国内外海底隧道概述1.1.1国外海底隧道概况日本是最早修建海底隧道的国家。
20世纪40年代修建的关门海峡隧道是世界上最早的海底隧道。
青函隧道主要通过第三纪火山堆积岩,部分火山岩透水性较高。
海峡宽约23km，水深达140m，隧道又在海床下100m，故总长达53．85km。
该项目施工时间前后长达24年，于1988年竣工.此外东京湾海底隧道工程全长为15．1Km,海底段为9．1km。
其意义和作用非常大，以此为契机，日本及韩国又提出了日韩海底隧道工程等构想。
日韩海底隧道从日本壹岐海峡(最短距离22km，最大水深60m),经东对马海峡(49km，水深120m），最后到西对马海峡（49km，水深200m）.经过十几年的勘察及方案设计，在日本侧已开挖试验斜井，了解地质地形状况。
英法海峡隧道［1]是连接英格兰和法国，即英国和欧洲大陆之间的固定陆岛通道.1984年两国协议修建固定式跨海工程,1987年7月29正式动工，1993年12月完工移交，1994年5月正式运营。
中国大陆典型水下隧道工程案例与技术
一、引言中国陆地海岸线长达1.8×104 km，海岛海岸线长达1.4×104 km，拥有岛屿约6万多个，面积超过500 m2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，国内外近百年来已建的跨江越海交通隧道已逾百座。
二、中国大陆水下隧道建设简史与现状（一）盾构法修建水下隧道1965年5月大陆第一条越江隧道——跨越黄浦江的打浦路隧道开始修建，全长2761 m，隧道江底段长约600 m，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2.4～15.2 m，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350 km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。
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1019 m，其中水下段420 m采用“4×85 m+80 m”、宽11.9 m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1380 m、宽33.4 m，沉管段5节总长457 m，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。
海底隧道怎么施工？有哪些施工技术要点？
海底隧道怎么施工？有哪些施工技术要点？引言：海底隧道作为连接两个陆地之间的重要交通通道，具有无法替代的特殊性和重要性。
作为一名具有多年海底隧道施工经验的工程师，我将在本篇论文中详细介绍海底隧道的施工流程、技术要点以及难点与解决方法，并对海底隧道施工的挑战和未来发展前景进行总结。
1. 介绍海底隧道施工的基本流程和步骤：海底隧道施工的基本流程和步骤可以分为以下几个阶段：项目规划与设计、勘探与准备、土建施工、水下浇筑、固结与封闭。
1.1 项目规划与设计：在海底隧道施工的初期阶段，项目规划与设计的重要性不可忽视。
需要进行详细的工程测量与勘探，确定隧道的设计方案、位置以及施工方案。
1.2 勘探与准备：在确定了隧道的位置和施工方案后，需要进行更为详细的地质勘探，了解隧道所处地层的情况。
同时，还需要进行大规模的前期准备工作，包括海底隧道施工设备的准备、施工队伍的组建以及安全方案的制定等。
1.3 土建施工：土建施工是海底隧道施工的重要步骤之一，主要包括隧道开挖、支护与固结等。
在海底隧道施工中，最常用的土建施工方法是盾构法和喷射法。
1.4 水下浇筑：水下浇筑是海底隧道施工中的关键步骤之一，主要是指在隧道内部进行混凝土浇筑。
这是一个非常复杂的工序，需要考虑到水下环境的特殊性和施工的困难程度。
1.5 固结与封闭：固结与封闭是海底隧道施工的最后关键步骤，主要是指对已经建设好的隧道进行固结和封闭，确保隧道的安全和可靠性。
2. 分析海底隧道施工中的技术要点：在海底隧道施工中，有许多关键的技术要点需要重点关注，包括土建施工、水下浇筑、固结与封闭等。
2.1 土建施工：土建施工是海底隧道施工中最复杂、最关键的环节之一。
在海底隧道中，常用的土建施工方法是盾构法和喷射法。
盾构法是一种通过推进盾构机并同步进行土方开挖、支护和管片安装的施工方法。
喷射法则是通过喷射泥浆来控制土壤的稳定，并进行支护和固结。
这些土建施工方法需要考虑到地层的稳定性、工程的安全性以及环境的影响等因素。
跨越琼州海峡铁路隧道施工方案刍议
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维普资讯
第２ ８卷
第 ４期
隧道建 设
Ｔ ｎｎ ｌＣｏ ｓｒ ｃ ｉ ｕ ｅ ｎ ｔｕ ｔ ｏｎ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ４ １２ ． Ａｕ ． ２ ０８ ｇ ０
２０ ０８年 ８月
跨越 琼 ｋ 海 峡铁 路 隧道 施 工 方 案 刍 议 ， ｌ ・ Ｉ
径达 １． １ ３～１ ． ５ ０ｍ。广 深 港客 运专 线 １ ． ｍ 的狮 子 ０ ８ｋ
峡隧道 的经验 ， 一般修建隧道 比建桥的工程费要低 ； 修
建隧道 的工 期也 较短 ； 工 时 隧道 工 程 受 海 峡 气 候 变 施 化 的影 响最 小 ； 在海 峡修 建桥 梁 ， 车后 受气 候 的影 响 通
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关于我国海底隧道建设若干技术问题的思考
关于我国海底隧道建设若干工程技术问题的思考厦门东通道翔安隧道的建设开启了我国大陆方面海底隧道的先河,使得我国众多隧道建设工作者和有关专家、学者的多年梦想成真。
我们由衷地敬佩福建省及厦门市相关主管领导的勇气和魄力,并感谢他们为中国水下隧道的建设和发展所做出的努力和贡献。
翔安隧道将作为中国大陆第一座海底隧道载入史册。
我曾有幸多次参加厦门东通道的技术方案征询和论证会,并于2004年3月参与并主持了中国土木工程学会隧道及地下工程分会和厦门市路桥建设总公司联合举办的厦门东通道海底隧道修建技术高级专家研讨会,所以对翔安隧道修建技术方案前后形成的过程有着部分的了解。
因此也催使我对海底隧道建设的工程技术问题有着个人粗浅的认识和想法。
1工程准备人类要用水下隧道穿越海域的思想始于19世纪的欧洲拿破仑时代,英法海峡隧道自1800年曾两次动工开挖后又停了下来。
正因为人们有了这百年的热望和向瀚海天堑挑战的勇气,才产生出了当今为世人所骄傲的“世纪杰出工程”日本于20世纪40年代建成的关门海峡隧道是世界上最早的海峡隧道,紧接着就又开始了穿越津轻海峡的调查准备工作,二战期间停了下来,直到1946年重新开始,用了24年的时间完成了至今仍为世界上最长的海底隧道。
英国、日本、丹麦、挪威等岛国土地资源紧张,海域交通不便,激发了他们拼力构筑越海隧道的积极性和创造力。
他们不仅有着令世人瞩目的越海工程,而且通过这些艰巨而伟大的工程实践成为了世界上海底隧道建设的强国。
我国大陆有着18000km的海岸线,沿海分布着5000多个岛屿(近些年来来有资料说,面积在500m2以上的岛屿有6500多个）,还有许许多多海口和港湾。
随着国家社会经济的发展,加快沿海地区建设,开发海资源的需求将会越来越高,改善和提高通过海湾和海峡的交通能力问题也会日益突出。
大的如我国的渤海湾、胶州湾、杭州湾、珠江口、琼州海峡、台湾海峡的交通建设都会成为隧道建设工作者的光荣使命和历史责任。
海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性
焦作工学院学报(自然科学版),第20卷,第4期,2001年7月Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science),Vol.20,No.4,J ul.2001海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性谭忠盛,王梦恕,杨小林(北方交通大学隧道及地下工程试验研究中心,北京100044)摘要:当今世界上已建造了许多海底隧道,著名的有青函隧道、英吉利海峡隧道等,还有许多海峡隧道正在修建或计划修建中,这些海峡隧道的修建积累了丰富的经验.本文首先对各种海底隧道施工技术进行论述,在此基础上结合琼州海峡的工程地质情况与国外的施工技术,对琼州海峡隧道的可行性进行初步分析.关 键 词:海底隧道;施工技术;琼州海峡隧道中图分类号:TU94 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2001)04Ο0286Ο061 海底隧道发展概况世界范围内的工程界传言:19世纪是长大桥梁发展的时代,20世纪是高层建筑发展的时代,21世纪将是长大隧道工程、地下空间大力开发利用的时代.世界上已修建了许多海峡隧道,未建的地方也正在积极筹划中.20世纪40年代日本在关门海峡修建的海峡隧道,是世界上最早的海峡隧道,之后又在关门海峡修建了两条海底隧道.日本于1988年在津轻海峡建成了迄今为止世界上最长的海峡隧道———青函隧道,隧道长53.85km,最大水深为140m,海底埋深为100m,隧道实现了本州和北海道之间的铁路运输.英法海峡隧道从拿破仑时代(1800年)起就曾两次开挖,但都停了下来,直到1993年隧道全部贯通.隧道长50.5km,最大水深为60m,海底最小埋深为21m.1996年,丹麦大海峡隧道竣工,该隧道长7.26km,最大水深为53m,海底最小埋深为15m.日本跨越东京湾的渡海公路隧道,也是近期完工的一项令人注目的工程,隧道长9.5km,最大水深为28m,海底最小埋深为15m.挪威也修建了18座海底隧道,总长度超过45km,最长的一条隧道为4.7km,最大水深达180m.正在修建或计划修建的海底隧道主要有:跨越丹麦和瑞典之间的厄勒海峡长16km的隧道和桥梁组合通道(公铁两用);跨越丹麦和德国之间的费马恩海峡通道,海面下深约50m的一条长19km的铁路隧道,或一条桥隧组合通道;跨越加拿大西部纽布伦瑞克和爱德华王子岛之间的诺森伯兰海峡隧道,长13km,水深为30m;连接西班牙及摩洛哥的直布罗陀海峡铁路隧道(或桥隧组合),长50km,最大水深为300m;跨越意大利墨西拿海峡的隧道,隧道长23km,其中6km是悬浮隧道,最大水深为150m;跨越挪威外奥斯陆峡湾长14km的隧道,最大水深为300m;跨越印尼的爪圭和苏门答腊岛之间的巽他海峡隧道,长39km,最大水深为200m;跨越阿拉斯加和楚科奇西伯利亚之间相隔113km的白令海峡隧道,其最大水深为51m,在海峡 收稿日期:2001Ο03Ο28;修回日期:2001Ο05Ο07 基金项目 中国工程院咨询项目;铁道部攻关项目99ΟGΟ98 作者简介:谭忠盛(1963Ο),男,广西人,博士后,从事隧道及地下工程的研究工作.中间有两座代奥米德群岛;跨越日本与韩国之间的对马海峡铁路沉管隧道,长200km ,最大水深为210m ,通过海峡中间的两座小岛;跨越萨哈林和北海道之间的宗谷海峡隧道,长51km ,最大水深为67m.我国也正在对琼州海峡、渤海海峡和台湾海峡的海底隧道进行研究.由于每年自然灾害给人类生命财产带来了巨大损失,近20年来,世界各国在工程建设上逐渐注意挑选具有抗御自然灾害能力的工程结构.为了求得持久稳定的跨越江河、湖海通道,又能保证巨型船舶航行,国外有优先考虑采用水下隧道作为越江、越湖海方式的趋势.由于通风的问题,水下公路隧道在长度规模上远不及水下铁路隧道.日本东京湾海底隧道为最长的海底公路隧道,全长约9.5km ,中间也修建一座用于建造风塔的人工岛.2 海底隧道特点与陆地隧道相比,海底隧道具有如下特点:(1)通过深水进行海底地质勘测比在地面的地质勘测更困难、造价更高,而且准确性相对较低,所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大.因此,在隧道施工时必须进行超前地质预报.(2)海底隧道施工的主要困难是突然涌水,特别是断层破碎带的涌水.因此必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报.(3)海底隧道的单口掘进长度很大,从而对施工期间的后勤和通风有更高的要求.(4)很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力,造成较低的成拱作用和地层的稳定性.(5)很高的渗水压力可能导致水在有高渗透性或有扰动区域与开阔水面有渠道相连的地层中大量流入.(6)海底隧道不能自然排水,堵水技术是关键技术.先注浆加固围岩,堵住出水点,然后再开挖.在堵水的同时加强机械排水,以堵为主,堵抽结合.(7)在高水压下开挖横通道是一大技术难题,将来很有必要有专门在困难条件下开挖横通道的隧道掘进机.(8)衬砌长期受较大的水压作用.(9)由于单口连续掘进距离很长而导致工期很长,投资很高,因此必须采用快速掘进设备.目前修建海底隧道的基本方法有:钻爆法、沉管法、盾构法和掘进机法,或这几种方法的组合.另外水中悬浮隧道正在研究中.3 海底隧道施工技术3.1 钻爆法施工技术采用钻爆法施工的海底隧道主要有:日本的新关门隧道、青函隧道、英国的墨尔西隧道、冰岛的华尔海峡隧道以及挪威的海底隧道.作为世界上最长的海底隧道———青函隧道,它在水平钻探、超前注浆加固地层、喷射混凝土等技术上有巨大的发展,尤其在处理海底涌水技术方面独具一格,为工程界所津津乐道.海底隧道穿越断层破碎带的施工技术是关键.断层破碎带若与其上或附近的水系相沟通,随时都有可能给工程带来淹没、塌通、涌水,或形成泥石流的危险.如青函隧道发生过四次较大塌方涌水事故,其中1976年5月6日在北海道侧平行导坑内发生的涌水事故最为严重,涌水量高达70m 2/min ,用了5个月时间才绕过涌水段.穿越断层破碎带,主要问题在于对断层破碎带的支撑、加固和堵水.目前国内外经常采用的方法是强行穿越法、注浆法、冻结法和其它辅助方法.(1)强行穿越法:这是最常用的传统方法,其特点是支撑护顶,随挖随砌.根据工程经验,短段掘砌、喷锚支护、超前支架、侧壁导坑等方法较为常用.(2)注浆法:这是人工充填围岩裂隙的一种方法,在一定的注浆压力作用下,浆液被挤压入岩层沿裂隙流动扩散,由于其充塞和水化作用,在裂隙内成为具有一定强度和低透水性的结石体,从而达到堵塞裂隙、截断水路和加固围岩的目的.注浆材料一般可分成水泥浆和化学浆(水玻璃类、树脂类)两大类.水泥浆液适用于渗透系数为10-2～10-3cm/s 的岩土,树脂类浆液适用于渗透系数为782第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性10-3～10-4cm/s 的岩土.注浆在海底隧道中对防止涌水并加强岩体强度是必不可少的.(3)冻结法:这是用冷媒传递冷量使含水地层降温冻结的方法,依靠冻土的强度达到承受地压的目的,使开挖和衬砌处在冻土保护之下安全进行.国内外一般都将冻结法用于其它方法不适用的地层,尤其对注浆法不能实现的系数小于10-4cm/s 的断层泥.(4)其它辅助措施:为了安全可靠地穿越断层破碎带,除采用以上方法外,还要采取几种辅助措施,如超前探水、设置安全疏散口、强排堵截等.以上方法各具特点,在实际工程中为了合理地选用穿越断层破碎带的技术方法,必须综合考虑断层破碎带的规模、断层内构造岩的特性、水文地质条件、破碎带的部位等各方面情况,在此基础上进行方案设计.3.2 沉管法施工技术所谓沉管隧道,就是将若干个预制管段分别浮运到海面(河面)现场,并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的地槽内.至今世界上已修建了100多座沉管隧道,最长达5.8km .我国修建沉管隧道起步较晚,已建成的有上海金山供水隧道、黄浦江宁国路隧道、天津海河隧道、宁波甬江隧道以及广州珠江隧道.沉管法修建水下隧道的优点在于对地质条件的适应性强、隧道的覆盖层薄,从而使隧道总长度减小,隧道断面利用率高,防不可靠度高,施工周期短及工程造价合理等.沉管隧道适用于海底地形平坦、水深及跨度不太大的情况.沉管隧道施工在工艺上要求较高,其关键技术主要有以下几方面:(1)管段制作与装配:要求管段不渗漏,均质,重量对称,结构牢固,以保证浮运时没有倾倒的危险以及能在水上拖运足够远的路程.(2)基础处理:先将管段沉放在预先设置好的支座上,再将管段与基槽之间的空隙填实.目前常用压砂法,它是通过管底部预留孔向基底注砂的.它要求砂和水的混合物通过在隧道底板中的流砂孔压出.混合物在空隙中向各个方向流动,直到其流速下降到足够小而沉积成圆形砂丘为止.(3)管段沉放:它受气象、洋流、自然条件的直接影响,还受航道条件的限制.压载水舱灌满后,管段下沉.这时,原先的浮运过程中搁置于管段上的浮箱和悬于其下的管段一起沉向水中.把管段下降到基槽底部并置于4个临时支座上,利用管段的前端搁置在前一管段上或明挖结构上的鼻式托座上.在另一端,管段搁置于两个千斤顶上,千斤顶支承于管段运抵现场前就已在基槽中设置好的混凝土临时支承板上.管段需在其临时支承板上非常准确地定位.管段下沉以后,用水灌满压载水舱以防止管段由于水密度的变化或者船只的来往而升浮.(4)管段联结:主要采用水力压接法,水下压接的主要工序是对位、拉合、压接、拆除封墙.当管段沉放到临时支承上后,用钢绳进行初步定位,然后用临时支承上的垂直和水平千斤顶精确对位.之后,已设管段和新铺管段还留有间隙,用千斤顶把新设管段拖靠到已设段上,由于螺杆的拉力,吉那垫圈软舌部被压缩,两节管段初步密贴.接着用水泵抽掉封在隔墙间的水,新管段自由端受到巨大静水压力的作用,吉那垫圈硬橡胶部分被压缩,接头完全封住,此时可以拆除隔墙.(5)防水技术:沉管隧道的防水主要分两方面,即管段本身防水和接缝防水.为保证管段不漏水,严格控制混凝土的成分配比、降低温差、施工期间延迟拆除模板、连续浇灌管段、加设辅助防渗层.管段接缝的防水主要依靠橡胶止水垫环和Ω止水胶带.3.3 盾构法施工技术盾构法一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带,在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用.采用盾构法修建了很多海底隧道,其中典型的工程有:日本德山港海底隧道、东京湾渡海公路隧道、丹麦大海峡隧道等,其中东京湾公路隧道为迄今为止直径最大的盾构隧道,盾构直径为14.14m .盾构法施工的三大要素为:稳定掘进工作面、机械开挖和衬砌安装.关键技术有如下几方面.(1)盾构机的选择:盾构机的种类很多,有全敞开型、部分敞开型(闭胸式)、密闭型(泥水式和土压式).正确选用盾构机是工程成功的重要因素,主要根据隧道线形、地下水压力、流动性粘土层、易坍塌的砂砾层、大块砾石层和含软硬土质的地层等条件选择机种.882 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷(2)掘进工作面的稳定:目前常用的盾构有泥水式和土压式.泥水式盾构主要是利用输送的泥水压来平衡掘进工作面的土压和水压,并形成一层泥膜,同时泥水向围岩渗透使围岩保持粘性,因此对泥水压力的大小、压力变化以及泥水性状的控制十分重要.土压式盾构主要是利用腔室内充满开挖的土砂来平衡掘进工作面的土压和水压,同时可加入一定的添加材料使土砂更易流动,因此保持腔室一定土压的排土作业非常重要,同时必须减少腔室内压力变化.(3)防水技术:用盾构法建造海底隧道,防水尤显重要.隧道防水通常由三个环节组成,一是地层及衬砌壁后压浆,二是衬砌结构本身及其接缝的防水,三是内衬防水.具体方法有:及时注浆,有效控制地面沉降,且使衬砌稳定,减少变形和接缝张角,并在衬砌壁后形成密实层,有助于防水;对装配式钢筋混凝土衬砌来说,提高管片精度是隧道防水的主要措施;对混凝土衬砌的接缝,以弹性密封垫为主,采用多道防线效果良好.(4)隧道衬砌:盾构隧道初衬十分重要,二衬一般用于补强、加强防水或装饰等.初衬一般为装配式钢筋混凝土管片,组装时应避免管片破损及密封垫剥离,应使用真圆保持装置,提高精度.(5)背衬注浆:目的是防止围岩松动并提高防水性.施工时应控制好注浆压力、注浆量和注浆材料质量.3.4 TBM 法施工技术隧道掘进机(TBM )有两种基本类型:部分断面掘进机和全断面掘进机.全断面掘进机用于断面一次开挖,通常用于圆形隧道断面,这类掘进机有各种不同的类型.全断面隧道掘进机已经成功地用于很多海底隧道,如最著名的英法海峡隧道.TBM 法施工的关键技术有如下几方面.(1)掘进机的定制:应根据海底的地质条件、TBM 的配套设备以及TBM 机械结构特征等因素来定制掘进机.地质条件主要是隧道轴线附近和TBM 掘进工作面前方的不良地质情况以及涌水、岩石稳定性、瓦斯等.TBM 施工的机械化程度越高,要求各工序间相互匹配的作业要求越高,掘进作业的施工效率就越高.例如英法海峡隧道对TBM 有如下的特殊要求:具有硬岩掘进机与软岩盾构功能,具有闭胸与开胸的双功能特性:管片拼装与开挖作业并进;管片储运机构和双拼装机的双功能作业;配有ZED 激光导向系统;具有有效的水淹浸防护技术;压力舱出渣装置;利用计算机对TBM 的运转状况进行监测及诊断,明确机电维修保养目标;机械可靠性及使用寿命,均应满足长距离推进的要求.(2)超前地质钻探:由于海上深水钻探困难,在隧道施工时必须进行超前水平钻,以便更详细了解掘进工作面前方的地质及涌水点情况,钻探时应控制好钻孔的位置和方向,并且钻孔应有足够的覆盖层.如英法海峡隧道,超前钻孔深达100m ,经常保持掘进工作面前方有20m 的已探查地层,留有25m 的覆盖层.(3)局部降水:当地下水压太大时必须进行局部降水.如丹麦大海峡隧道,目的是在施工过程中降低隧道轴线上的孔隙水压力到0.3MPa 或更低,以便进入隔板前方的工作室内去作业;其次为了在横通道施工期间提高土体稳定性.降水方法是在隧道内布置一系列钻孔,并用水泵抽水.执行该计划后,达到了预期目的.施工完成后水压恢复.(4)测量定向:海底隧道从两岸向海底方向掘进,掘进距离长,而且一般无中间站.因此,TBM 掘进过程中的测量定向的准确性十分重要,必须在允许的误差范围以内.TBM 一般要求配置有ZED 激光导向系统进行定位,并且在隧道即将贯通的最后100m ,打水平导向钻孔,以便最后调直隧道走向.(5)隧道衬砌:衬砌必须能抵抗地层和水的荷载以及隧道掘进机推力,但不能选用难以接受的笨重管片;利用机械手(自动安装机)来装配衬砌;要求在侵蚀性环境下具有耐久性.由于少量含盐水的渗透造成衬砌钢筋锈蚀,有以下解决办法:采用具有较低离子扩散系数的高质量且充分养护的混凝土;采用较高质量的环氧涂层对钢筋进行预先保护.英法海峡隧道建成,不但再现了其无以伦比的TBM 技术,而且还向人们展示了TBM 技术发展所取得的显著成就.TBM 的技术创新与进步主要体现在以下几个方面:982第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性新型的TBM 在混杂地层条件下和破碎岩石中的成功作用,把TBM 的适用范围推向一个新阶段.新型TBM 具有几种特殊新功能:能抵抗1MPa 防水用密封装置;吸盘式衬砌拼装机具有双臂双作用;衬砌储运系统;长寿命盘式刀具;多控螺旋机串联组合结构作出渣系统;TBM 既能以开胸式作业又能以闭胸式作业;不受衬砌的拼装工序影响而有连续开挖的功能;用计算机进行监测诊断,明确机电维修保养目标,使时间利用率提高到90%.TBM 施工中实际位置与理论中线间的偏差控制采用了创新技术:利用纳费斯塔卫星网和ZED 激光导向系统.4 琼州海峡隧道施工的可行性4.1 琼州海峡地形地质情况水深:琼州海峡东西向长约80km ,南北向宽约30km.海峡最窄处在中部,宽约18.6km .海峡为西浅东深,中部是水深大于50m 、宽度为10km 、长度为70m 的深水盆地,最大水深约120m.地层:海底地层主要为第四、第三纪海相沉积,上部为第四纪淤泥、砂夹粘土、粘土夹砂或粉土互层,下部为第三纪厚层状粘土及粉土质砂互层,厚度可达数百米.活动断裂:,称雷琼裂谷,北界是界炮—黄坡断裂,南界是王五—文教断裂.雷琼地区活动断裂主要有以下三组:近EW 向断裂、N E 向断裂和NW 向断裂,这三组断裂组成了网状的构造格架,断层的性质均为正断层.近EW 向断裂为主要的的控震构造;N E 向断裂规模较大,但由于生成时间较早,晚期活动不强;NW 向断裂是区内最新最活跃的构造,也是主要的发震构造.地震及火山:自1400年以来,中南沿海地震带经历了两个活动期,每期又可分四个阶段:平静阶段、加速释放阶段、大释放阶段和剩余释放阶段.1400～1995年,琼雷地区共记载有大于4.75级地震31次,其中大于6级地震9次,最大震级为1605年的琼山7.5级地震.在未来100年内地震活动处于剩余释放期和下一周期的平静期,估计可能发生地震的最大震级为6级左右.本区火山活动延续时间长,但有文字记载以来无任何火山活动可考.4.2 琼州海峡隧道可行性琼州海峡海底地貌变化急剧,虽然西峡口地形平坦,水深较小,但引线较长,工程总造价及今后的运输并不经济.本文选择的线位位于徐闻的四塘到海口的天尾角,铁路轮渡线的东侧.此处海峡宽度为18.8km ,基本为海峡最窄部位,最大水深为90m.地质剖面如图1所示.由图1可以看出:地层为粘土与粘土质砂互层,将隧道的海底埋设于晚第三纪的粘土层(D 层或E 层)较为理想,D 层粘土为可塑Ο硬塑状,E 层粘土为可塑Ο硬塑Ο坚硬状.本文建议将隧道埋设于D 层,隧道长度为32.7km ,最低点在水面以下130m ,纵剖面图如图1所示,横剖面如图2所示.根据目前初步掌握的地质资料,D 层是厚层(层厚约30m )且连续分布的粘土,具有一定的强度,并且粘土层起到很好的隔水作用.根据上述海底隧道的施工技术,D 层粘土很适合盾构法施工.92 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷同时,在与世界上各大海底隧道进行工程类比后,可看出琼州海峡隧道采用盾构法施工在技术上是可行的.盾构机可以在两岸的通风竖井底下组装,并分别向海底和洞口方向掘进.由于在洞口附近有一段隧道通过玄武岩地层,可采用钻爆法施工.琼州海峡隧道施工的关键技术问题有:盾构掘进机必须能承受1.3MPa 的水压;掌握高水压下的盾构施工技术;在服务隧道内进行超前地质钻探;利用局部降水方法人工开挖横通道;通过砂层时的施工技术等等.参考文献:[1] 陈哲培.海南省岩石地层[M ].北京:中国地质大学出版社,1997.[2] Tuneyoshi Hunasaki ,Mechanizing and construction result of world largest diameter tunnel for Trans ΟTokyo BayHighway [J ].Proceedings of the word tunnel congress ’99ΟChallenges for the 21st Century ,Norway ,1999(5):543-554.[3] Thomas R.Kuesel ,直布罗陀海峡的桥隧通道方案[J ].王英译.世界隧道,1997(5):36-41.[4] 台湾海峡隧道论证学术研讨会论文集编委会.台湾海峡隧道论证学术研讨会论文集[C].北京:清华大学出版社,2000.Construction technology of undersea tunnel andthe feasibility of Qiongzhou strait tunnelTAN Zhong Οsheng ,WAN G Meng Οshu ,YAN G Xiao Οlin(Research Cent re of T unnelli ng &U nderground Works ,North Jiaotong U niver.,Beiji ng 100044,Chi na )Abstract :Many undersea tunels have been constructed in the world today ,such as the famous Qinghan Tunnel in Japan ,English Channel Tunnel etc.And many strait tunnels have been constructed and planned.Much experience is accumulated in these tunnels construction.Construction technology of undersea tunnel has been discussed ,and combining engineering geologic case for Qiongzhou strait with constuction technology for overseas tunnel ,feasibility of Qiongzhou strait tunnel has been studied.K ey w ords :undersea tunnels ;construction technology ;Qiongzhou strait tunnel 192第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性。
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焦作工学院学报(自然科学版),第20卷,第4期,2001年7月Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science),Vol.20,No.4,J ul.2001海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性谭忠盛,王梦恕,杨小林(北方交通大学隧道及地下工程试验研究中心,北京100044)摘要:当今世界上已建造了许多海底隧道,著名的有青函隧道、英吉利海峡隧道等,还有许多海峡隧道正在修建或计划修建中,这些海峡隧道的修建积累了丰富的经验.本文首先对各种海底隧道施工技术进行论述,在此基础上结合琼州海峡的工程地质情况与国外的施工技术,对琼州海峡隧道的可行性进行初步分析.关 键 词:海底隧道;施工技术;琼州海峡隧道中图分类号:TU94 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2001)04Ο0286Ο061 海底隧道发展概况世界范围内的工程界传言:19世纪是长大桥梁发展的时代,20世纪是高层建筑发展的时代,21世纪将是长大隧道工程、地下空间大力开发利用的时代.世界上已修建了许多海峡隧道,未建的地方也正在积极筹划中.20世纪40年代日本在关门海峡修建的海峡隧道,是世界上最早的海峡隧道,之后又在关门海峡修建了两条海底隧道.日本于1988年在津轻海峡建成了迄今为止世界上最长的海峡隧道———青函隧道,隧道长53.85km,最大水深为140m,海底埋深为100m,隧道实现了本州和北海道之间的铁路运输.英法海峡隧道从拿破仑时代(1800年)起就曾两次开挖,但都停了下来,直到1993年隧道全部贯通.隧道长50.5km,最大水深为60m,海底最小埋深为21m.1996年,丹麦大海峡隧道竣工,该隧道长7.26km,最大水深为53m,海底最小埋深为15m.日本跨越东京湾的渡海公路隧道,也是近期完工的一项令人注目的工程,隧道长9.5km,最大水深为28m,海底最小埋深为15m.挪威也修建了18座海底隧道,总长度超过45km,最长的一条隧道为4.7km,最大水深达180m.正在修建或计划修建的海底隧道主要有:跨越丹麦和瑞典之间的厄勒海峡长16km的隧道和桥梁组合通道(公铁两用);跨越丹麦和德国之间的费马恩海峡通道,海面下深约50m的一条长19km的铁路隧道,或一条桥隧组合通道;跨越加拿大西部纽布伦瑞克和爱德华王子岛之间的诺森伯兰海峡隧道,长13km,水深为30m;连接西班牙及摩洛哥的直布罗陀海峡铁路隧道(或桥隧组合),长50km,最大水深为300m;跨越意大利墨西拿海峡的隧道,隧道长23km,其中6km是悬浮隧道,最大水深为150m;跨越挪威外奥斯陆峡湾长14km的隧道,最大水深为300m;跨越印尼的爪圭和苏门答腊岛之间的巽他海峡隧道,长39km,最大水深为200m;跨越阿拉斯加和楚科奇西伯利亚之间相隔113km的白令海峡隧道,其最大水深为51m,在海峡 收稿日期:2001Ο03Ο28;修回日期:2001Ο05Ο07 基金项目 中国工程院咨询项目;铁道部攻关项目99ΟGΟ98 作者简介:谭忠盛(1963Ο),男,广西人,博士后,从事隧道及地下工程的研究工作.中间有两座代奥米德群岛;跨越日本与韩国之间的对马海峡铁路沉管隧道,长200km ,最大水深为210m ,通过海峡中间的两座小岛;跨越萨哈林和北海道之间的宗谷海峡隧道,长51km ,最大水深为67m.我国也正在对琼州海峡、渤海海峡和台湾海峡的海底隧道进行研究.由于每年自然灾害给人类生命财产带来了巨大损失,近20年来,世界各国在工程建设上逐渐注意挑选具有抗御自然灾害能力的工程结构.为了求得持久稳定的跨越江河、湖海通道,又能保证巨型船舶航行,国外有优先考虑采用水下隧道作为越江、越湖海方式的趋势.由于通风的问题,水下公路隧道在长度规模上远不及水下铁路隧道.日本东京湾海底隧道为最长的海底公路隧道,全长约9.5km ,中间也修建一座用于建造风塔的人工岛.2 海底隧道特点与陆地隧道相比,海底隧道具有如下特点:(1)通过深水进行海底地质勘测比在地面的地质勘测更困难、造价更高,而且准确性相对较低,所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大.因此,在隧道施工时必须进行超前地质预报.(2)海底隧道施工的主要困难是突然涌水,特别是断层破碎带的涌水.因此必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报.(3)海底隧道的单口掘进长度很大,从而对施工期间的后勤和通风有更高的要求.(4)很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力,造成较低的成拱作用和地层的稳定性.(5)很高的渗水压力可能导致水在有高渗透性或有扰动区域与开阔水面有渠道相连的地层中大量流入.(6)海底隧道不能自然排水,堵水技术是关键技术.先注浆加固围岩,堵住出水点,然后再开挖.在堵水的同时加强机械排水,以堵为主,堵抽结合.(7)在高水压下开挖横通道是一大技术难题,将来很有必要有专门在困难条件下开挖横通道的隧道掘进机.(8)衬砌长期受较大的水压作用.(9)由于单口连续掘进距离很长而导致工期很长,投资很高,因此必须采用快速掘进设备.目前修建海底隧道的基本方法有:钻爆法、沉管法、盾构法和掘进机法,或这几种方法的组合.另外水中悬浮隧道正在研究中.3 海底隧道施工技术3.1 钻爆法施工技术采用钻爆法施工的海底隧道主要有:日本的新关门隧道、青函隧道、英国的墨尔西隧道、冰岛的华尔海峡隧道以及挪威的海底隧道.作为世界上最长的海底隧道———青函隧道,它在水平钻探、超前注浆加固地层、喷射混凝土等技术上有巨大的发展,尤其在处理海底涌水技术方面独具一格,为工程界所津津乐道.海底隧道穿越断层破碎带的施工技术是关键.断层破碎带若与其上或附近的水系相沟通,随时都有可能给工程带来淹没、塌通、涌水,或形成泥石流的危险.如青函隧道发生过四次较大塌方涌水事故,其中1976年5月6日在北海道侧平行导坑内发生的涌水事故最为严重,涌水量高达70m 2/min ,用了5个月时间才绕过涌水段.穿越断层破碎带,主要问题在于对断层破碎带的支撑、加固和堵水.目前国内外经常采用的方法是强行穿越法、注浆法、冻结法和其它辅助方法.(1)强行穿越法:这是最常用的传统方法,其特点是支撑护顶,随挖随砌.根据工程经验,短段掘砌、喷锚支护、超前支架、侧壁导坑等方法较为常用.(2)注浆法:这是人工充填围岩裂隙的一种方法,在一定的注浆压力作用下,浆液被挤压入岩层沿裂隙流动扩散,由于其充塞和水化作用,在裂隙内成为具有一定强度和低透水性的结石体,从而达到堵塞裂隙、截断水路和加固围岩的目的.注浆材料一般可分成水泥浆和化学浆(水玻璃类、树脂类)两大类.水泥浆液适用于渗透系数为10-2～10-3cm/s 的岩土,树脂类浆液适用于渗透系数为782第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性10-3～10-4cm/s 的岩土.注浆在海底隧道中对防止涌水并加强岩体强度是必不可少的.(3)冻结法:这是用冷媒传递冷量使含水地层降温冻结的方法,依靠冻土的强度达到承受地压的目的,使开挖和衬砌处在冻土保护之下安全进行.国内外一般都将冻结法用于其它方法不适用的地层,尤其对注浆法不能实现的系数小于10-4cm/s 的断层泥.(4)其它辅助措施:为了安全可靠地穿越断层破碎带,除采用以上方法外,还要采取几种辅助措施,如超前探水、设置安全疏散口、强排堵截等.以上方法各具特点,在实际工程中为了合理地选用穿越断层破碎带的技术方法,必须综合考虑断层破碎带的规模、断层内构造岩的特性、水文地质条件、破碎带的部位等各方面情况,在此基础上进行方案设计.3.2 沉管法施工技术所谓沉管隧道,就是将若干个预制管段分别浮运到海面(河面)现场,并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的地槽内.至今世界上已修建了100多座沉管隧道,最长达5.8km .我国修建沉管隧道起步较晚,已建成的有上海金山供水隧道、黄浦江宁国路隧道、天津海河隧道、宁波甬江隧道以及广州珠江隧道.沉管法修建水下隧道的优点在于对地质条件的适应性强、隧道的覆盖层薄,从而使隧道总长度减小,隧道断面利用率高,防不可靠度高,施工周期短及工程造价合理等.沉管隧道适用于海底地形平坦、水深及跨度不太大的情况.沉管隧道施工在工艺上要求较高,其关键技术主要有以下几方面:(1)管段制作与装配:要求管段不渗漏,均质,重量对称,结构牢固,以保证浮运时没有倾倒的危险以及能在水上拖运足够远的路程.(2)基础处理:先将管段沉放在预先设置好的支座上,再将管段与基槽之间的空隙填实.目前常用压砂法,它是通过管底部预留孔向基底注砂的.它要求砂和水的混合物通过在隧道底板中的流砂孔压出.混合物在空隙中向各个方向流动,直到其流速下降到足够小而沉积成圆形砂丘为止.(3)管段沉放:它受气象、洋流、自然条件的直接影响,还受航道条件的限制.压载水舱灌满后,管段下沉.这时,原先的浮运过程中搁置于管段上的浮箱和悬于其下的管段一起沉向水中.把管段下降到基槽底部并置于4个临时支座上,利用管段的前端搁置在前一管段上或明挖结构上的鼻式托座上.在另一端,管段搁置于两个千斤顶上,千斤顶支承于管段运抵现场前就已在基槽中设置好的混凝土临时支承板上.管段需在其临时支承板上非常准确地定位.管段下沉以后,用水灌满压载水舱以防止管段由于水密度的变化或者船只的来往而升浮.(4)管段联结:主要采用水力压接法,水下压接的主要工序是对位、拉合、压接、拆除封墙.当管段沉放到临时支承上后,用钢绳进行初步定位,然后用临时支承上的垂直和水平千斤顶精确对位.之后,已设管段和新铺管段还留有间隙,用千斤顶把新设管段拖靠到已设段上,由于螺杆的拉力,吉那垫圈软舌部被压缩,两节管段初步密贴.接着用水泵抽掉封在隔墙间的水,新管段自由端受到巨大静水压力的作用,吉那垫圈硬橡胶部分被压缩,接头完全封住,此时可以拆除隔墙.(5)防水技术:沉管隧道的防水主要分两方面,即管段本身防水和接缝防水.为保证管段不漏水,严格控制混凝土的成分配比、降低温差、施工期间延迟拆除模板、连续浇灌管段、加设辅助防渗层.管段接缝的防水主要依靠橡胶止水垫环和Ω止水胶带.3.3 盾构法施工技术盾构法一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带,在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用.采用盾构法修建了很多海底隧道,其中典型的工程有:日本德山港海底隧道、东京湾渡海公路隧道、丹麦大海峡隧道等,其中东京湾公路隧道为迄今为止直径最大的盾构隧道,盾构直径为14.14m .盾构法施工的三大要素为:稳定掘进工作面、机械开挖和衬砌安装.关键技术有如下几方面.(1)盾构机的选择:盾构机的种类很多,有全敞开型、部分敞开型(闭胸式)、密闭型(泥水式和土压式).正确选用盾构机是工程成功的重要因素,主要根据隧道线形、地下水压力、流动性粘土层、易坍塌的砂砾层、大块砾石层和含软硬土质的地层等条件选择机种.882 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷(2)掘进工作面的稳定:目前常用的盾构有泥水式和土压式.泥水式盾构主要是利用输送的泥水压来平衡掘进工作面的土压和水压,并形成一层泥膜,同时泥水向围岩渗透使围岩保持粘性,因此对泥水压力的大小、压力变化以及泥水性状的控制十分重要.土压式盾构主要是利用腔室内充满开挖的土砂来平衡掘进工作面的土压和水压,同时可加入一定的添加材料使土砂更易流动,因此保持腔室一定土压的排土作业非常重要,同时必须减少腔室内压力变化.(3)防水技术:用盾构法建造海底隧道,防水尤显重要.隧道防水通常由三个环节组成,一是地层及衬砌壁后压浆,二是衬砌结构本身及其接缝的防水,三是内衬防水.具体方法有:及时注浆,有效控制地面沉降,且使衬砌稳定,减少变形和接缝张角,并在衬砌壁后形成密实层,有助于防水;对装配式钢筋混凝土衬砌来说,提高管片精度是隧道防水的主要措施;对混凝土衬砌的接缝,以弹性密封垫为主,采用多道防线效果良好.(4)隧道衬砌:盾构隧道初衬十分重要,二衬一般用于补强、加强防水或装饰等.初衬一般为装配式钢筋混凝土管片,组装时应避免管片破损及密封垫剥离,应使用真圆保持装置,提高精度.(5)背衬注浆:目的是防止围岩松动并提高防水性.施工时应控制好注浆压力、注浆量和注浆材料质量.3.4 TBM 法施工技术隧道掘进机(TBM )有两种基本类型:部分断面掘进机和全断面掘进机.全断面掘进机用于断面一次开挖,通常用于圆形隧道断面,这类掘进机有各种不同的类型.全断面隧道掘进机已经成功地用于很多海底隧道,如最著名的英法海峡隧道.TBM 法施工的关键技术有如下几方面.(1)掘进机的定制:应根据海底的地质条件、TBM 的配套设备以及TBM 机械结构特征等因素来定制掘进机.地质条件主要是隧道轴线附近和TBM 掘进工作面前方的不良地质情况以及涌水、岩石稳定性、瓦斯等.TBM 施工的机械化程度越高,要求各工序间相互匹配的作业要求越高,掘进作业的施工效率就越高.例如英法海峡隧道对TBM 有如下的特殊要求:具有硬岩掘进机与软岩盾构功能,具有闭胸与开胸的双功能特性:管片拼装与开挖作业并进;管片储运机构和双拼装机的双功能作业;配有ZED 激光导向系统;具有有效的水淹浸防护技术;压力舱出渣装置;利用计算机对TBM 的运转状况进行监测及诊断,明确机电维修保养目标;机械可靠性及使用寿命,均应满足长距离推进的要求.(2)超前地质钻探:由于海上深水钻探困难,在隧道施工时必须进行超前水平钻,以便更详细了解掘进工作面前方的地质及涌水点情况,钻探时应控制好钻孔的位置和方向,并且钻孔应有足够的覆盖层.如英法海峡隧道,超前钻孔深达100m ,经常保持掘进工作面前方有20m 的已探查地层,留有25m 的覆盖层.(3)局部降水:当地下水压太大时必须进行局部降水.如丹麦大海峡隧道,目的是在施工过程中降低隧道轴线上的孔隙水压力到0.3MPa 或更低,以便进入隔板前方的工作室内去作业;其次为了在横通道施工期间提高土体稳定性.降水方法是在隧道内布置一系列钻孔,并用水泵抽水.执行该计划后,达到了预期目的.施工完成后水压恢复.(4)测量定向:海底隧道从两岸向海底方向掘进,掘进距离长,而且一般无中间站.因此,TBM 掘进过程中的测量定向的准确性十分重要,必须在允许的误差范围以内.TBM 一般要求配置有ZED 激光导向系统进行定位,并且在隧道即将贯通的最后100m ,打水平导向钻孔,以便最后调直隧道走向.(5)隧道衬砌:衬砌必须能抵抗地层和水的荷载以及隧道掘进机推力,但不能选用难以接受的笨重管片;利用机械手(自动安装机)来装配衬砌;要求在侵蚀性环境下具有耐久性.由于少量含盐水的渗透造成衬砌钢筋锈蚀,有以下解决办法:采用具有较低离子扩散系数的高质量且充分养护的混凝土;采用较高质量的环氧涂层对钢筋进行预先保护.英法海峡隧道建成,不但再现了其无以伦比的TBM 技术,而且还向人们展示了TBM 技术发展所取得的显著成就.TBM 的技术创新与进步主要体现在以下几个方面:982第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性新型的TBM 在混杂地层条件下和破碎岩石中的成功作用,把TBM 的适用范围推向一个新阶段.新型TBM 具有几种特殊新功能:能抵抗1MPa 防水用密封装置;吸盘式衬砌拼装机具有双臂双作用;衬砌储运系统;长寿命盘式刀具;多控螺旋机串联组合结构作出渣系统;TBM 既能以开胸式作业又能以闭胸式作业;不受衬砌的拼装工序影响而有连续开挖的功能;用计算机进行监测诊断,明确机电维修保养目标,使时间利用率提高到90%.TBM 施工中实际位置与理论中线间的偏差控制采用了创新技术:利用纳费斯塔卫星网和ZED 激光导向系统.4 琼州海峡隧道施工的可行性4.1 琼州海峡地形地质情况水深:琼州海峡东西向长约80km ,南北向宽约30km.海峡最窄处在中部,宽约18.6km .海峡为西浅东深,中部是水深大于50m 、宽度为10km 、长度为70m 的深水盆地,最大水深约120m.地层:海底地层主要为第四、第三纪海相沉积,上部为第四纪淤泥、砂夹粘土、粘土夹砂或粉土互层,下部为第三纪厚层状粘土及粉土质砂互层,厚度可达数百米.活动断裂:,称雷琼裂谷,北界是界炮—黄坡断裂,南界是王五—文教断裂.雷琼地区活动断裂主要有以下三组:近EW 向断裂、N E 向断裂和NW 向断裂,这三组断裂组成了网状的构造格架,断层的性质均为正断层.近EW 向断裂为主要的的控震构造;N E 向断裂规模较大,但由于生成时间较早,晚期活动不强;NW 向断裂是区内最新最活跃的构造,也是主要的发震构造.地震及火山:自1400年以来,中南沿海地震带经历了两个活动期,每期又可分四个阶段:平静阶段、加速释放阶段、大释放阶段和剩余释放阶段.1400～1995年,琼雷地区共记载有大于4.75级地震31次,其中大于6级地震9次,最大震级为1605年的琼山7.5级地震.在未来100年内地震活动处于剩余释放期和下一周期的平静期,估计可能发生地震的最大震级为6级左右.本区火山活动延续时间长,但有文字记载以来无任何火山活动可考.4.2 琼州海峡隧道可行性琼州海峡海底地貌变化急剧,虽然西峡口地形平坦,水深较小,但引线较长,工程总造价及今后的运输并不经济.本文选择的线位位于徐闻的四塘到海口的天尾角,铁路轮渡线的东侧.此处海峡宽度为18.8km ,基本为海峡最窄部位,最大水深为90m.地质剖面如图1所示.由图1可以看出:地层为粘土与粘土质砂互层,将隧道的海底埋设于晚第三纪的粘土层(D 层或E 层)较为理想,D 层粘土为可塑Ο硬塑状,E 层粘土为可塑Ο硬塑Ο坚硬状.本文建议将隧道埋设于D 层,隧道长度为32.7km ,最低点在水面以下130m ,纵剖面图如图1所示,横剖面如图2所示.根据目前初步掌握的地质资料,D 层是厚层(层厚约30m )且连续分布的粘土,具有一定的强度,并且粘土层起到很好的隔水作用.根据上述海底隧道的施工技术,D 层粘土很适合盾构法施工.92 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷同时,在与世界上各大海底隧道进行工程类比后,可看出琼州海峡隧道采用盾构法施工在技术上是可行的.盾构机可以在两岸的通风竖井底下组装,并分别向海底和洞口方向掘进.由于在洞口附近有一段隧道通过玄武岩地层,可采用钻爆法施工.琼州海峡隧道施工的关键技术问题有:盾构掘进机必须能承受1.3MPa 的水压;掌握高水压下的盾构施工技术;在服务隧道内进行超前地质钻探;利用局部降水方法人工开挖横通道;通过砂层时的施工技术等等.参考文献:[1] 陈哲培.海南省岩石地层[M ].北京:中国地质大学出版社,1997.[2] Tuneyoshi Hunasaki ,Mechanizing and construction result of world largest diameter tunnel for Trans ΟTokyo BayHighway [J ].Proceedings of the word tunnel congress ’99ΟChallenges for the 21st Century ,Norway ,1999(5):543-554.[3] Thomas R.Kuesel ,直布罗陀海峡的桥隧通道方案[J ].王英译.世界隧道,1997(5):36-41.[4] 台湾海峡隧道论证学术研讨会论文集编委会.台湾海峡隧道论证学术研讨会论文集[C].北京:清华大学出版社,2000.Construction technology of undersea tunnel andthe feasibility of Qiongzhou strait tunnelTAN Zhong Οsheng ,WAN G Meng Οshu ,YAN G Xiao Οlin(Research Cent re of T unnelli ng &U nderground Works ,North Jiaotong U niver.,Beiji ng 100044,Chi na )Abstract :Many undersea tunels have been constructed in the world today ,such as the famous Qinghan Tunnel in Japan ,English Channel Tunnel etc.And many strait tunnels have been constructed and planned.Much experience is accumulated in these tunnels construction.Construction technology of undersea tunnel has been discussed ,and combining engineering geologic case for Qiongzhou strait with constuction technology for overseas tunnel ,feasibility of Qiongzhou strait tunnel has been studied.K ey w ords :undersea tunnels ;construction technology ;Qiongzhou strait tunnel 192第4期 谭忠盛等:海底隧道施工技术及琼州海峡隧道方案的可行性。