水底隧道

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修建在江河、湖泊、海港或海峡底下的隧道。它为铁路、城市道路、公路、地下铁道以及各种市政公用或专用管线提供穿越水域的通道,有的水底道路隧道还设有自行车道和人行通道。[1] 
中文名
水底隧道
外文名
subaqueous tunnel

水底隧道简史

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公元前2180~前2160年巴比伦修建了一条穿越幼发拉底河,从王宫到朱庇特庙的长约 900米的人行隧道。近代水底隧道始建于英国。1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道,开挖时因无法克服泥水涌入隧道而被迫停工。直到1825年在法国工程师M.I.布律内尔指导下,初次采用盾构法施工,才于1843年建成第一条泰晤士河水底隧道。此后,英国等国不断发展盾构工程技术,至20世纪30年代以后,水底隧道建设有了迅速发展。近50年间,世界上修建的水底隧道总数几乎是在此之前百余年间修建的总和。至20世纪80年代初,世界上已有100多条水底隧道,其中道路隧道有60余条,一公里以上的铁路隧道有10余条。日本于20世纪70年代至80年代中修建的青函海底隧道,是目前世界上最长的海底铁路隧道。上海黄浦江打浦路隧道为中国第一条水底道路隧道。台湾省高雄市的过港隧道已于1984年通车。

水底隧道修建条件

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根据水道断面、水流状况、水文地质条件、两岸地形及建筑情况、水陆交通要求、城市总体规划、经济效益及社会效益等诸因素,对桥隧两种方案进行综合比较。通常在下述条件下宜考虑修建水底隧道:①航运繁忙,通过巨型船只较多,而陆上车辆流量大,又不容间断;②水道较宽,两岸地面高出水面不多;③两岸建筑物密集,不宜于建造高桥和长引桥;④城市总体规划上在该处没有修建桥梁的特殊要求(如通过易燃易爆危险品车辆),或要求铁路列车在地下运行以防止噪声;⑤工程费用和运营管理费用较低。

水底隧道施工方法

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修建水底隧道所采用的主要施工方法有:围堤明挖法、气压沉箱法、盾构法沉管法。围堤明挖法比较经济,有条件时一般应尽先考虑采用。气压沉箱法只适用于航运不多的较小河道中。由于需要修建水底隧道处的航运通常比较频繁,采用围堤明挖法及气压沉箱法对水上交通干扰较大,所以在150多年来的水底隧道建设中大多采用盾构法沉管法。至20世纪50年代后,沉管法的水下接头及基础处理等重大技术关键相继突破,使施工工艺大为简化,并使隧道防水性大为提高,且能采用容纳四车道以上的矩形断面。在一定条件下,沉管法隧道覆土浅,线路短,照明和通风代价较小,工程和运营费用低,使用效果好,故自1965年以来,世界各国建成的20多条水底道路隧道,大多系采用沉管法。
明挖法:排水,挖深坑,然后施工,最后填埋。这种方法最简单,但是施工场地大,受周边建筑物的制约大。苏州独墅湖隧道就采取了这种办法。
矿山法:源于矿山开采,采用爆破,用人工或者机器开挖。这种方法相对简单,但是受地质条件的影响比较大,在土体软弱处容易塌方,所以一般只在山体内使用。长沙地铁在河西有一段要穿越岳麓山山体,据说会采用这种矿山法。
盾构法:隧道施工中最常用、最先进的方法。始于英国,兴于日本,已有180多年历史,最大的优点是适用于软土地质的隧道开挖。
冻结法:将土体冻住,使其达到一定强度,增加自身的稳定性,满足开挖条件。工人们会在土体上钻很多孔,然后放进去冷冻管,利用冷冻机提供制冷液,冻住后把冷冻管拆除,土体也会保持很长时间不融化。不过冷冻管虽然拆除了,但是温度仍然还在零下十几度,工人们像是站在开门的冰箱前,是要穿大衣施工的。不过这个大冰箱的脾气不大好,需要小心控温。
沉管法施工,只要满足船舶的抛锚要求即可,约1.5m左右。

水底隧道防水方法

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隧道防水
水底隧道的主要部分处于河、海床下的岩土层中。常年在地下水位以下,承受着自水面开始至隧道埋深的全水头压力。因此水底隧道自施工到运营均有一个防水问题。防水的主要措施有:
1、采用防水混凝土
防水混凝土的制作,主要靠调整级配、增加水泥量和提高砂率,以便在粗骨料周围形成一定厚度的包裹层、切断毛细渗水沿粗骨料表面的通道,达到防水抗水的效果。
2、壁后回填
壁后回填是对隧道与围岩之间的空隙进行充填灌浆,以使衬砌与围岩紧密结合,减少围岩变形,使衬砌均匀受压,提高衬砌的防水能力。
3、围岩注浆
为使水底隧道围岩提高承载力、减少透水性,可以在围岩中进行预注浆。特别是采用钻眼爆破作业的隧道,通过注浆可以固结隧道周边的块状岩石,以形成一定厚度的止水带,并且填塞块状岩石的裂缝和裂隙,进而消除和减少水压力对衬砌的作用。
4、双层衬砌
水下隧道采用双层衬砌可以达到两个目的。其一是防护上的需要,在爆炸载荷作用下,围岩可能开裂破坏,只要衬砌防水层完好,隧道内就不致大量涌水、影响交通。其二是防范高水压力,有时虽采用了防水混凝土回填注浆、在高水压下仍难免发生衬砌渗水。在此情况下,双层衬砌可作为水底隧道过河段的防水措施。

水底隧道设计

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水底隧道一般分水底段和河岸段,后者又有暗埋、敞开及
水底隧道 水底隧道
出口部分。水底隧道的纵向坡度、纵向曲线和平面曲线半径、通道布置、车辆限界以及照明、通风、消防、交通监控等设备,按通过隧道的车辆类型和运量进行设计。
盾构法建造的水底道路隧道,自两端至洞口,一般是槽形敞开式引道段。穿越水底的暗埋段,断面大多为圆形。修建的隧道除个别为单车道外,均为双车道(图1)。有些在车道一侧或两侧设高出路面的人行巡逻道。对交通繁忙的水底道路隧道,大多采用两条平行的隧道,每条隧道中有同向行驶的双车道;也有的在初期为一条双向行驶的双车道隧道,后期发展成两条同向行驶的双车道隧道。在圆形隧道中,一般在路面以下是送风道;在吊顶以上是排风道。送排风道与隧道两岸的通风机房连通,多采用横向通风。隧道的照明系统,应有适当亮度和均匀的照明装置,在进出口附近设光过渡设施,以便司机在通过隧道时能较好地适应亮度变化而使行车安全。为取
水底隧道 水底隧道
得良好照明及防火效果,要合理选择隧道吊顶、侧墙饰面和道路路面的材料和颜色。在现代化的水底道路隧道中,设置自动或半自动控制的防火、灭火、排水、通风、照明、交通监控等运营设备,由中心控制室集中管理。
沉管法建造的水底道路隧道,自两端至洞口大多是较长的槽形敞开式引道段。穿越水底的沉管大多是由几个通道组成的矩形管段,包括车行道、自行车道、人行或巡逻通道以及管线通道等,每个行车通道中有两个以上同向行驶的车道。由于沉管隧道的长度较短,且每个行车通道中的车辆为同向行驶,故大多采用纵向通风,无需设专用通风道及通风机房,其他设备和盾构法修建的道路隧道相同。
水底铁路隧道、地铁隧道及公用管线隧道,在构造及设备方面均较水底道路隧道简单,较典型的横断面布置。

水底隧道国内外已建成水底隧道

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苏州独墅湖隧道:国内最长湖底隧道,独墅湖隧桥工程全长为7.37公里,其中隧道部分长3.46公里,整个工程既要穿越湖底,又要翻越高架桥,是目前国内城市中最长的一条湖底隧道。
杭州西湖隧道:杭州市西湖隧道已建成,2003年10月5日,首辆小汽车穿越湖底。西湖湖底隧道全长约1269米,其中在西湖底下约800米,总投资约2亿多元。隧道内部还将安装无线网络设备,保证在隧道内仍能畅通无阻地使用手机。
玄武湖隧道:国内首条湖底隧道
2003年4月29日,全长2.66公里的南京玄武湖隧道通车,其中陆地隧道约0.8公里,湖底隧道长约1.66公里,隧道设计宽约32米,双向六车道,设计车速为60公里/小时,这是国内第一条城市湖底隧道。
无锡蠡湖隧道:国内最环保的隧道
江苏无锡双向六车道环保型隧道——蠡湖隧道通车。该隧道墙面采用环保材料,并可随时拆换,此举为国内首次。
香港海底隧道:先后建成三条
我国香港特别行政区有三条海底隧道,越过维多利亚海峡,把港岛与九龙半岛连接起来。
港九中线海底隧道1972年建成,全长1.9公里;
港九东线隧道,1989年建成,全长1.8公里;
1997年4月建成的西线隧道,六车道,日车流量可达18万次。
英法海底隧道:世界最长海底隧道
英吉利海峡隧道又称英法海底隧道,是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道,于1994年5月6日开通。它由三条长51公里的平行隧洞组成,是目前世界上最长的海底隧道,历时8年多,耗资约100亿英镑(约150亿美元)。
隧道启用后,把伦敦至巴黎的陆上旅行时间缩短了一半,3小时即可到达,与乘坐飞机抵达时间一致。
1987年建成了青函海底隧道,它穿越津轻海峡,将日本的本州和北海道连接起来,全长为53.85km,其中海底部分23.3km,其余为陆地部分。
我国最大水底公路隧道———上海外环线越江隧道建设已全面展开。整个隧道建设将用3年时间全面建成并投入使用。   上海外环线越江隧道东起浦东三岔港,西至浦西吴淞公园附近,全长2880米,水下沉管长度为736米。到目前为止,黄浦江边已建成两个规模宏大钢筋混凝土的干坞,并完成土方量110万方。管段生产已全面启
长沙年嘉湖隧道 长沙年嘉湖隧道
动,江中航道开始疏浚,整个外环线隧道工程进入了主体施工阶段。
其它的还有武汉越江隧道,上海长江隧道、南京长江隧道,武汉长江隧道,广深狮子洋隧道,年嘉湖隧道,浏阳河隧道,营盘路隧道等
参考资料
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