海底隧道是怎样建成的?为你详细介绍4种海底隧道施工技术!

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洋建筑物。

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械自动化方法，适用于在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深的隧道。它的主要设备是盾构机。它是将盾构机械在海底推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构法施工时,还须配合进行垂直运输和水平运输,以及配备通风、供电、给水和排水等辅助设施,以保证工程质量和施工进度,同时还须准备安全设施与相应的设备。

东京湾水隧道(Tokyo Bay Aqua Tunnel)全长为15.1公里。其海上部分由三大段组成：船舶航行较多的川崎侧海底盾构隧道、水深较浅的木更津侧海上桥梁，以及川崎侧岸边浮岛的引道部分。为了缩短盾构的掘进距离，于9.9公里隧道段的海上部分中间处筑造了川崎人工岛。

值得一提的是，隧道工程的掘进是在长距离、高水压的软弱粘土层中进行的，条件之苛刻也是世界隧道掘进史上所少有的，亦是盾构掘进史上的奇迹。有专家说，日本20年前的技术，仍然不逊于港珠澳大桥。

盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。

盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构是1874年发明，首先用的是气压盾构。开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。

盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。

在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法。

优点：

★安全开挖和衬砌，掘进速度快;

★盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。

★不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施;

★穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动;

★在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

缺点：

★断面尺寸多变的区段适应能力差;

★新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。

沉管法，就是将若干个预制段分别浮运到海面现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。

适合于沉管法施工的主要条件是：水道河床稳定和水流并不过急。前者不仅便于顺利开挖沟槽，并能减少土方量;后者便于管段浮运、定位和沉放。

沉管法施工顺序是：先在船台上或干坞中制作隧道管段(用钢板和混凝土或钢筋混凝土)，管段两端用临时封墙密封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。

19世纪末已用于排水管道工程。第一条用沉管法施工成功的是美国波士顿的雪莉排水管隧洞，于1894年建成，直径2.6米，长96米，由6节钢壳加砖砌的管段连接而成。20世纪初叶，开始用于交通隧道，1910年美国建成了第一条底特律河铁路隧道，水下段由10节长80米的钢壳管段组成。至1927年，德国于柏林建成了一条总长为120米的水底人行隧道。

采用沉管法修建的第一条水底道路隧道为美国加利福尼亚州的奥克兰与阿拉梅达之间的波西隧道，建成于1928年，水下段长744米，使用12节62米长的管段。它是钢筋混凝土圆形结构，其外径为11.3米。该隧道采用圆形的双车道断面等许多重要特点，成了美国后来用沉管法的楷模。但从1930年建造的底特律—温莎隧道起又采用了钢壳制作的管段，而将其横断面的外形改为八角形。

沉管法修建水底隧道一个明显的进步，是1941年在荷兰建成的马斯河道路隧道。管段用钢筋混凝土制成矩形结构，内设4车道并附设自行车和人行的专用通道。管段断面为24.8×8.4米，外面用钢板防水，并用混凝土作防锈保护层。因管段宽度大而创造了喷砂作垫层的基础处理方法。在欧洲由于向多车道断面发展，都采用这种矩形的钢筋混凝土管段，为第二代沉管隧道奠定了基础。

50年代以后，由于水下连接技术的突破──采用水力压接法，并应用橡胶垫圈作止水接头，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。60年代后期，又出现了不设通风道，又无通风机房的第三代沉管隧道。由于管段断面相应缩小，有利于提高沉管法的施工效益。丹麦于1969年建成的利姆水道隧道，即为这一型式应用的第一例。

采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有：

★容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施;管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。

★工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低;管段的整体制作，浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低;再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。

★在隧道现场的施工期短。因预制管段(包括修筑临时干坞)等大量工作均不在现场进行。

★操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业。

★适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。

★断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。

钻爆法是山岭隧道中最常见的一种施工方法，顾名思义，钻爆开挖即在岩石中钻孔爆破开挖，优点是施工灵活。大陆目前已建成的海底隧道，厦门翔安隧道，青岛胶州湾海底隧道，均是采用钻爆法施工。

不像山岭隧道遇到水的时候可以疏，水下隧道遇到水的时候只能堵，施工中全断面帷幕注浆就是很好的处理方法，在开挖区域周围加压注浆形成止水帷幕墙，充填岩石裂隙，阻断水侵入的路径。

★全断面掘进法，整个开挖断面一次钻孔爆破，开挖成型，全面推进。在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。在地质条件和施工条件许可时，优先采用全断面掘进法。

★导洞法，先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大，由于地质条件或施工条件，采用全断面开挖有困难时，以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。

★分部开挖法，在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。20世纪80年代，一些国家采用钻爆法在中硬岩中开挖断面面积为100㎡左右的隧洞，掘进速度平均每月约为200m。中国鲁布革水电站工程，开挖直径8.8m的引水隧洞，单工作面平均月进尺达231m,最高月进尺达373.7m。

根据信息论的观点，根据以往类似工程经验和投入工程水下钻爆机械设备力量综合考虑，对水下爆破选用钻孔爆破法施工。其施工工艺流程如下：爆破设计→锚定钻孔作业平台→移机就位→确定孔深→套管护孔→钻孔→成孔冲洗→测量验孔→装药→连线→平台撤离→起爆信号→起爆、震动监测→爆破效果检查→解除警戒。

水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应、水中冲击波效应、空气冲击波效应和水面波浪效应。爆破后，岩石破碎块度理想，水下清渣顺利，经检验，对闸门及周围建筑物无影响。

翔安隧道是中国大陆地第一座海底隧道道，全长8.695公里，其中海底隧道长6.05公里，跨越海域宽约4.2公里，。设计采用三孔隧道方案，两侧为行车主洞各设置3车道，中孔为服务隧道。

采用钻爆法暗挖方案修建该工程，是中国大陆第一座大断面的海底隧道，是由我国完全自主设计、施工，对我国隧道建设技术的进步和发展，缩小与世界先进水平的差距，将起到里程碑式的作用。

工程建设须穿越陆地、浅滩和海域三种地貌，地质条件极为复杂，重特大级危险源极多。翔安隧道拥有三大世界罕见难题——世界上覆盖层最浅的海底隧道，最薄处5.7米;行车主洞开挖断面面积达170.7平方米，在世界海底隧道建设史上尚属首例，当时全世界已建、在建的跨海隧道有20多条，都是小断面;软弱围岩(俗称烂泥巴)、富水砂层、风化槽(囊)这些不良地质段规模之大也为世界罕见。

回忆起开挖隧道时的攻坚克险，厦门路桥工程投资发展有限公司总经理张建斌如今还感慨万千：

掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。简称TBM(tunnelboringmanchine)法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。连接英国及法国的英法海峡隧道就是采用掘进机法开挖。

掘进机法分为：全断面掘进机的开挖施工，独臂钻的开挖施工，天井钻的开挖施工，带盾构的TBM掘进法。

掘进机是全断面开挖隧洞的专用设备。它利用大直径转动刀盘上的刀具对岩石的挤压、滚切作用来破碎岩石。

美国罗宾斯公司在1952年开始生产第一台掘进机。70年代以后，掘进机有了较快的发展。开挖直径范围为1.8～11.5m。在中硬岩中，用掘进机开挖80～100m3大断面隧洞，平均掘进速度为每月350～400m。

隧洞掘进机开挖比钻爆法掘进速度快，用工少，施工安全，开挖面平整，造价低，但机体庞大，运输不便，只能适用于长洞的开挖，并且本机直径不能调整，对地质条件及岩性变化的适应性差，使用有局限性。

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著名海底隧道工程施工技术总结260页（钻爆法 超前预注浆）_secret

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