渤海海峡跨海通道战略规划研究-王梦恕
中国隧道及地下工程修建技术
一、 ห้องสมุดไป่ตู้计理论
目前，地下工程结构设计及计算方法中主要有两种理论体系：一是传统的结构荷载理论，它是延用地表工程建筑的成熟理论，主要观点是将围岩视为荷载，人工的 建筑结构作为支撑体，用以承受围岩荷载。这种观点的典型代表有：土压力理论、承 载拱理论；二是围岩-结构理论，主要观点是视围岩为工程结构的一部分，具有承担 部分荷载的能力。两种理论体系由于其产生的社会基础不同，各自在特定的历史时期 为我国的经济建设发挥了应有的作用，直到目前，工程界尚未对地下工程的设计理论 有如地面建筑工程设计理论那样高的认同度，呈现出多种设计理论并存的地下工程结 构设计格局，这一事实也从另一个角度说明了地下工程所处的复杂环境，促使设计理 论仍处于培育与生长阶段，远未达到成熟的程度，处于多种理论和方法共存的局面。 随着大量地下工程的兴建，人们对地下工程的认识也在不断深化。涌现出以岩体 力学、工程地质力学、弹性力学等为基础的综合性的现代工程力学的重要分支，具代 表性的有地下结构力学、隧道围岩稳定分析理论、开挖系统控制论等各个方面。
中国隧道及地下工程修建技术
王梦恕 二○一○年七月
目
第一章 总论 开创性地提出中国隧道及地下工程设计施工的 基本原则，形成较完整的中国隧道修建法。 第二章 钻爆法隧道施工技术 系统论述了钻爆法隧道施工的新理念及四条主 要作业线（钻爆开挖、运输、初期支护、二次衬砌 作业线）和三条辅助作业线（施工通风、防水、测 量量测作业线）。 第三章 特殊围岩隧道施工与地质灾害防治要 点 针对各种不良地质条件，提出针对性的施工措 施，同时强调应开展综合超前地质预报。 第四章 浅埋暗挖施工技术 进一步完善拓展了其应用范围，尤其是特殊条 件下的浅埋暗挖隧道施工，包括邻近既有线、桩基 托换、有水条件下等复杂条件。 第五章 明挖法设计与施工 针对近年施工中出现的安全风险，优化了围护 结构、支撑体系设计参数，提出了开挖支护、主体 结构施工的关键控制技术。 第六章 开敞式岩石掘进机与复合衬砌施工 明确了山岭隧道施工应优先采用开敞式掘进机， 不宜采用双护盾掘进机。
烟大海底隧道项目施工技术及安全
烟大海底隧道项目施工技术及安全问题探讨烟大海底隧道的项目最早是在1992年提出来的，时至今日又成为人们舆论的焦点，先来看看庐山真面目：烟大海底隧道基本资料隧道全长：123公里总投资：2600亿元人民币预计收入：每年200亿元修建方式：海底深埋法使用寿命：120年左右动工：预计3年后建成：预计6-10年后运行方式：火车运行时速：220公里。
通行时长：40分钟。
地域优势：工程地质条件较好震级较低区域稳定性好最大海水压力较低设计优势：1.采用全隧道方式成本较低，寿命更长，不破坏原有水道，不破坏周围生态环境，不受天气影响。
2.采用全铁路线路解决了通风难问题，与公路相比运营费用少。
主要争议在于施工难度比较大、安全有风险难保障。
但是作为隧道及地下工程专家，对于外界质疑海下施工难度及可能遇到安全隐患，王梦恕称：“隧道的技术难题、安全性问题现在都得到了解决。
”为了减小海底隧道的施工风险及技术难度，王梦恕建议采用深埋隧道方案，并且尽可能减小隧道断面，海底隧道埋深80米左右，纵断面采用W形，最大坡度可用18‰。
王梦恕认为，即使遇到特殊地质环境，施工时也可以提前排查。
服务隧道可作为超前导洞先施工，查明详细地质情况，如果遇到不良地质，通过服务隧道对主隧道进行各种超前预处理。
隧道过长是目前的一大难题。
对此王梦恕表示，隧道修建会采用开敞式TBM（硬岩称：“这是目前最好的方法。
”尽管困难很多，就目前建设条件来看，可行性没有问题。
工程总造价低于桥梁，并且经久耐用，维修保养费用也相对较低。
他指出，海底隧道的修建将采用深埋的方法，即至少在海面下100米左右，对地面影响不大。
但如果换成海面高架桥，一个桥墩砸下去，怎么可能不对海洋环境产生影响？王梦恕受访时还透露，这条海底大通道一旦建成，东北、环渤海、长三角、珠三角等四大经济区域和俄罗斯东部地区将紧密串联，并与全国及东北亚地区形成一个庞大的市场网同等的两层，中间加一个防水隔离层，以此来增加柔软性，“这个结构抗裂性很好，之前的结构刚度太硬，很容易开裂。
中国铁路_隧道与地下空间发展概况_王梦恕
杂的国家 ;从时速 250 ～ 350 km高速铁路 、时速 200 ～ 250 km既有线提速 、高原冻土铁路 、铁路重载运输 4个方面的建设成就和 4个
技术平台的搭建阐述铁路快速 、高效发展的现实 ;介绍中国中长期 铁路网规划 、国际 铁路通 道提议 及将要实 施的重 大工程 ;扼要 总
结中国隧道及地下工程修建的主要技术 :1)江 、河 、海底隧道修建技 术 ;2)钻爆法施工技术 ;3)浅埋 、超浅埋暗挖法施工技术 ;4)开敞
式 TBM全断面 掘进机施工技术 ;5)盾构法施工技术 ;6)沉管法施工技术 ;7)辅助工法 ;8)明挖法 地下深基坑 围护结构 施工技术 ;9)
地铁车站施工技术 ;10)环境保护施工技术 ;11)高新技术改造 、提高隧道施工质量技术 。
关键词 :中国铁路 ;铁路发展规划 ;隧道 ;地下工程 ;钻爆法 ;浅埋暗挖法 ;TBM
图 1为世界闻名的巴黎共同沟 。天津首条穿越海 河 “共同沟 ”隧道 (穿越海河的管线将由隧道通过 , 隧 道将分为 4个功能区间 , 分别供电力 、通信 、热力自来 水 、中水 和煤气 管线通 过 )。 图 2 为某 地下停 车场 。 图 3为某地下商业街 。
图 2 地下停车场 Fig.2 Undergroundparking
介于大铁路与城市地铁之间的快速交通网络 , 如 珠江三角洲 、长江三角洲 、京津唐地区以及省内主要城 市之间快速轨道交通 , 是节省土地 、节省能源 、经济 、减 少污染 、绿色环保的快速交通工具 。 1.4 山区公路
公路隧道 , 多跨 、非连拱隧道 、多个单跨结构为宜 。 最长的终南山隧道长 18.4 km, 公路隧道以 300 km/年 隧道里程增加 。 1.5 水电工程
1 中国是世界上隧道和地下工程最多 、发展速 度最快 、地质及结构形式最复杂的国家
跨海隧道风化槽围岩力学特性研究
荷 载顺 序为 ：． ａ偏 差 应 力 ）０ ２ ０ ３０ ４０ ５ ０１ （ 、． 、． 、． 、． ＭＰ …… 。试验 过程 中ｘｉ ａ ｔ ，￣样变形进 行检测 。
（ ）围 压 ５ ０ ａ ｂ ． ＭＰ
６ 试 验 结果
６ １ 微 风 化花 岗岩 ．
（． 】 ０ｌ ２ ０． ） ９ （０ （ （０ Ｊ Ｊ６ ０． ００ ３ （ 】 ０ （ ｛ Ｊ ０： ０． ０６ ０ Ｉ ０ ） ０９
径 应 变
轴 ｛ 变 成
应力一 变 曲线呈 上 凹形 ； 弹性 变形 至 微破 裂 稳定 应 ②
发展 阶段 （ ） 应 力一 变 曲线 近似 直 线 型 ； 非 稳 ＡＢ ： 应 ③
图 ３ 双 联 动软 岩 渗 流一 力 耦 合 三 轴 流 变 仪 应
４ 试 样 制备
试 验所 用 试 样 取 自厦 门海 底 隧 道风 化 槽 地 段 ， 微 风 化花 岗岩 由于 强度 较 高 ， 可将 现 场 取 得 的岩 芯
直接 加工 成 ｅ５ ×１ ０ ｐ ０ ０ ｍｍ 试 样 。强 风 化 花 岗岩 风 化 破碎 严 重 ， 取 岩芯极 易 发生 破坏 ， 所 浸水 即成散 砂
３ 试 验 设 备
微 风 化花 岗岩 三 轴 试 验 在 ＭＴＳ １ ． ３型 压 力 ８５０
试 验机 ＿］图 ２上 进行 。该 仪 器 是美 国 ＭＴ 】（ ） 。 Ｓ公 司 生产 的专 门用 于岩 石 、 凝 土材 料 试 验 的多 功 能 电 混
液伺服控制 的刚性压力装置 。仪器配有伺服控制 的
的 。对不 同 围压下 的强 风化 花 岗岩 重塑试 样 进行 分 析， 利用 Ｍｏｒ ｏｌｍｂ准 则 （ ７ 我们 得 到 强风 化 ｈ－ ｕｏ Ｃ 图 ） 花 岗岩 的摩 擦角 约为 ３。粘 聚力 约为 ０１ ａ １， ．ＭＰ 。
生命之源
• 临沂滨河路依托沂、祊河两岸，是堤路合一的
堤防道路工程，全长106公里，总投资12亿元，按 50年一遇的防洪标准设计，集防洪、交通、观光 于一体，沿途而上，滨河景区众多景色尽收眼底。 滨河路景观绿化工程在充分保护和利用原有林草 植被的基础上，大量引种优良树种，银杏、金丝 垂柳、金枝国槐、雪松、栾树、紫薇、樱花、榆 叶梅、珍珠梅等树种纷纷落户沂河两岸，让滨河 景区成为“一河青水、两岸绿色、三季花香，四 季常青”的植物王国。滨河路的绿化景观，就像 一条绿色的飘带，沿沂河河岸穿城而过，无论是 游人如织的白天还是华灯绽放的夜晚，都以她迷 人的风采吸引着人们的脚步和目光。
水利专业的最高学府
——河海大学
拥有百年历史，以水利 科学为特色，工科为主， 理、工、经、管、文多学 科协调发展的教育部直属 全国重点大学，其水利及 支撑学科人才梯队的综合 实力处于国内一流地位， 为中国水利科学的最高 学府。 学校前身可追溯到 1915年由中国著名实业家、 教育家江苏南通张謇先生 创办的河海工程专门学校； 1985年更名“河海大学”， 邓小平同志亲笔题写校名。
全球13个人均水资源最贫乏的国家 之一。
• 我国水资源现状：
扣除难以利用的洪水泾流和散布在 偏远地区的地下水资源后，我国现实可 利用的淡水资源量则更少，仅为11000 亿立方米左右，人均可利用水资源量约 为900立方米，并且其分布极不均衡。 到20世纪末，全国600多座城市中，已 有400多个城市存在供水不足问题，其 中比较严重的缺水城市达110个，全国 城市缺水总量为60亿立方米。
受灾，伤亡惨重，1700万亩农田被淹，其 中1100万亩农田受到毁灭性的灾害，倒塌 房屋596万间，冲走耕畜30.23万头，猪72万头，
纵贯中国南北的京广线被冲毁102公里，中断行车 18天，影响运输48天，直接经济损失近百亿元， 超过23万人死亡。是位列20世纪十大科技灾 难之首的溃坝事件，史称“75· 8”大洪水！
特种基础工程 琼州海峡跨海工程概述11
特种基础工程--琼州海峡跨海工程浅析2014年9月琼州海峡跨海工程浅析摘要琼州海峡属于我国的南海，位于广东省雷州半岛和海南岛之间。
目前琼州海峡的跨海方式为轮渡，而轮渡存在其固有缺点，其运载能力也将逐渐达到饱和状态，必须修建永久性固定式跨海通道。
琼州海峡跨海工程目前处于前期工作阶段，路线与通道方式是主要论证焦点之一。
公铁合建桥梁最符合工程使用需求，但路线位置难以确定，施工难度也较大；铁路隧道优势较大，但不能形成畅通的公路通道。
各方案有待进一部论证。
关键字：琼州海峡跨海通道桥梁隧道一、介绍琼州海峡属于我国的南海，位于广东省雷州半岛和海南岛之间，长约80公里，宽20～40公里，最窄处18公里，面积0.24万平方公里，平均水深44米，最大深度114米。
海峡为西浅东深，中部是水深大于50m、宽10km、长70m的深水盆地，盆地中轴为水深80~114m 的深水槽。
海峡南北两侧多为陡坎，陡坎最大高差可达70m，坡度最大可达22b~24b。
海峡东部峡口为一系列浅滩和冲槽相间，有些地方水深仅20~30m，西峡口为一巨大的水下三角洲，水深也较浅，只有40~50m。
目前琼州海峡的跨海方式为轮渡，轮渡存在其固有缺点，不能全天候运行，受天气因素影响大。
根据对海南未来对外交通需求预测，至2020年，海南过海运输总需求将达5600万人次，货运量达9370万吨。
跨海工程建成后，琼州海峡铁路通过能力将由8—10对/日提高到400对/日，公路过海能力由滚装的不足6000辆/日提高到10万辆/日（2010年3月），海口至湛江的铁路旅行时间由原来的4．5小时缩短至1．5小时以内，公路出行时间由7—8小时缩短至2小时以内。
而轮渡能力将达到饱和状态，必须修建永久性，全天候的固定式跨海通道。
琼州海峡跨海工程对于完善全国综合交通运输体系，加强“泛珠江三角洲”地区的交流与合作，促进中国—东盟自由贸易区的发展，完善国家的战略部署都具有重要而深远的意义。
二十一世纪是隧道及地下空间大发展的年代
费占第二位，1吨石油的产值是发达国家1/2～1/4，是日
本的4.5倍，美国的2.5倍，比印度还高，中国是石油消耗 的无底洞。
7
8
9
（3）天然气：储存在西北部能满足65年的 用量，
资源与供应量是有很大差距的。
（4）铀235：贫铀国储量不足20年～30年。原 子能发电不是方向。
10
4、水资源，50%水量在南方，水资源集中在大西南，
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
货物发送量
货运周转量
36
1.1.2 技术创新实现重大突破
成功搭建了： 时速250～350公里高速铁路技术平台；
时速200～250公里既有线提速技术平台；
高原冻土铁路技术平台； 铁路重载运输技术平台。
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1.2 重大工程成就辉煌
采用集成创新的机车无线同步操控技术、国产
9600kw、10000kw和谐号大功率机车和大吨位货车技
术，大量开行1万吨和2万吨重载组合列车，运能由
2002年的1亿吨增长到4亿吨，创下世界铁路重载技术
领先水平。
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2.1
到2020年全国铁
路营业里程达到12万
公里以上，其中高速
铁路和客运专线达到 1.6万公里以上，复线 率和电化率分别达到 50%和60%以上。
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3、城际铁路：介于大铁路与城市地铁之间的快
速交通网络。如珠江三角洲、长江三角洲、京津
唐地区以及省内主要城市之间快速轨道交通。是
节省土地，节省能源，经济，减少污染，绿色环
保的快速交通工具。
4、山区公路：公路隧道、多跨、两个单跨，最
长终南山隧道18.4km。以300Km/每年隧道里程修
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。