沉管隧道技術應用及發展趨勢

陳 越

(港珠澳大橋管理局， 廣東 珠海 519015)

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沉管隧道技術應用及發展趨勢

陳 越

(港珠澳大橋管理局， 廣東 珠海 519015)

隨著我國城市化進程快速推進，很多大城市集中在江河兩岸或江河入海口附近，沉管隧道具有埋深淺、通行能力大、線路短、橫斷面形狀選擇靈活、管節預制質量易于控制和防水效果好等優點，使得沉管隧道技術得到廣泛應用和迅速發展。1)歸納沉管隧道的主要技術，有隧道位置的選擇原則與建設條件調查、幾何設計、結構與防水設計、接頭處理、基礎處理、管節浮運沉放等； 2)從隧道的精細化地質勘察、基礎處理、基礎墊層處理和消防技術等方面，介紹目前世界上建造規模最大的沉管隧道——港珠澳大橋沉管隧道施工關鍵技術，其建設標志著我國沉管隧道技術已達到國際先進水平； 3)結合國內外沉管隧道修建情況，總結沉管隧道工程技術的發展趨勢： 規模不斷增大、環境適應性越來越強、施工裝備水平不斷提升、最終接頭技術不斷進步； 4)隨著沉管隧道理論設計、施工工藝和配套工程的不斷發展，關鍵技術的不斷完善，新工程的不斷建設，以及新技術、新工藝和新設備的不斷涌現，將推進沉管法隧道技術再上新臺階。

沉管隧道； 港珠澳大橋； 管節浮運沉放； 管節接頭； 地質勘查； 基礎處理； 隧道消防技術

0 引言

水下沉管隧道是由若干在預制場內進行預制鋼筋混凝土結構或鋼殼與鋼筋混凝土復合結構或鋼結構與混凝土復合結構的管節，分別浮運到現場，逐節沉放到水下，在水下將其相互連接并正確定位在已經開挖的水下溝槽內，其后輔以相關工程施工，使這些管節組合成為連接水體兩端陸上交通的載體[1]。從1910年在美國底特律河采用沉管法修建第一座用于交通運輸的水下隧道算起，沉管隧道已有100多年的歷史，各國已建成具有交通功能的沉管隧道約150座，而且還廣泛應用于排水(污)工程、電纜專用水下隧道工程等。沉管隧道的橫斷面和結構形式也發生了較大變化，從早期的圓形橫斷面逐步發展到八角形、方形、矩形和多邊形的斷面形式，從鋼殼結構逐步發展到鋼殼與鋼筋混凝土復合結構、雙層鋼殼/鋼結構三明治式復合結構、鋼筋混凝土結構、預應力鋼筋混凝土結構形式等[2]。

在沉管隧道發展歷史中有2項大的技術突破： 管節水力壓接技術和砂流法處理基礎墊層技術。水力壓接是指在管節拉合后，將相鄰端封墻之間的水體排出，利用水壓力壓緊第1道GINA橡膠止水帶的技術[3]； 砂流法也稱壓砂法[4]，通過管節底板預留孔壓注砂或砂、水泥熟料與水的混合料充填管節底板與基槽底之間空隙，形成基礎墊層的方法。隨著沉管隧道建設規模的增大、應用范圍的推廣、技術的進步和施工裝備的提升，國內外各項沉管工程均結合建設條件發展了許多新技術和新裝備。

1 沉管隧道的主要技術

由于城市化進程的快速推進，很多大城市集中在江河兩岸或江河入海口附近。沉管隧道具有埋深淺、通行能力大、能較好地與江河兩岸道路連接、提高隧道周邊土地價值等優勢。隨著經濟活動的急切需要，水下隧道建設的迫切性不斷提高。在近30年里，我國大陸已建成沉管隧道10座，在建的有2座，還有多座沉管隧道工程正在開展前期研究或準備動工。沉管隧道工程建造技術覆蓋范圍很廣，主要可歸納為以下方面。

1.1 沉管隧道位置的選擇原則與建設條件調查

沉管隧道位置選擇應符合城市總體規劃和路網規劃要求，以交通流量作為基本依據，在廣泛收集氣象和水文條件、河勢(海床)的歷史資料、工程地質和水文地質條件、航道條件、水利防洪現狀和規劃等必要條件的基礎上，通過技術和經濟比較確定設計方案。

1.2 沉管隧道的幾何設計

沉管隧道幾何設計也即是總圖設計，包含道路隧道的平面、縱斷面和橫斷面設計，其一般順序為： 橫斷面—縱斷面—平面[2]。對道路隧道的橫斷面設計時需確定其建筑限界，建筑限界即是橫斷面內的結構不能侵入的限界(包括施工誤差)。汽車通行限界與建筑限界之間的空間供安裝設備用； 為保證排水的功能，縱斷面設計時最小縱坡為0.3%，最大縱坡應符合使用功能和相應的規范標準。沉管隧道的最低點通常設置在規劃航道范圍內，采用“V”或“W”縱坡設計[5]； 在隧道的平面設計方面，平面曲線原則上不侵入沉管段，可避免因曲線加寬造成的管節制造和水壓對接困難問題。

1.3 沉管隧道的結構與防水設計

矩形箱式鋼筋混凝土結構的管節長度一般為100～160 m，其長度的確定需結合隧道的縱坡、管節浮運沉放方案、沉管段長度、地基基礎條件等因素綜合考慮，以技術和經濟合理為原則。管節結構按形式可分為整體式管節和節段式管節。整體式管節是縱向鋼筋貫通整個管節，作為一個剛體結構進行設計； 而節段式管節是節段之間采用變形縫，每個節段結構作為一個剛體結構進行設計，在管節浮運沉放期間采用縱向預應力索將各節段拉結成一個整體[6]，節段式管節結構見圖1。

圖1 節段式管節結構(單位： m)

沉管隧道結構設計包括橫向結構設計、縱向結構設計、抗震設計和結構耐久性設計。在管節的縱向設計中應考慮結構形式、地基剛度變化、地基基礎沉降變形等影響。由于沉管法隧道與其他工法隧道顯著不同的特點，必須進行浮力設計，浮力設計的主要內容有確定干舷高度和抗浮安全系數驗算，通過浮力設計，結合結構設計，最終確定管節結構的高度和外廓尺寸。

防水設計通常遵循“混凝土結構自防水為根本，輔以結構外防水層，以接頭、接縫防水為重點，多道設防，綜合治理”的設計原則。應根據沉管隧道的使用功能要求、構造特點、內外水壓和施工條件等進行綜合防水設計。

1.4 接頭處理

沉管隧道的接頭按剛度可劃分為剛性接頭和柔性接頭； 按結構形式可劃分為管節接頭、節段接頭、最終接頭和特殊接頭。在20世紀40年代發明GINA橡膠止水帶之前，管節接頭均采用剛性接頭，之后普遍采用柔性接頭。柔性接頭的變形和變位隨柔性程度和位置的不同而不同，受力計算應結合各組合工況進行分析，地震工況參數宜采用地震反應分析或模型試驗確定。節段接頭主要是剪力鍵和止水帶的設計，重點解決剪力鍵與止水帶之間的相互設置關系，以及接頭部位的混凝土澆筑密實度。

1.5 基礎處理

基礎處理是指沉管段的基礎處理和基礎墊層處理。通常水下沉管段對基礎的要求不高，認為沉管段主要是抗浮問題，設計的重點不是基礎的承載力，而是要重點控制管節之間以及管節與暗埋段之間的差異沉降，避免出現超過設計允許的豎向差異沉降； 墊層的處理方式分為先鋪法和后填法，采用刮碎石的先鋪法已在港珠澳大橋沉管隧道工程中獲得成功應用。后填法中的灌砂法、壓漿法也在國內多座沉管隧道工程中獲得應用，如臺灣高雄沉管隧道基礎墊層采用灌砂法，為提高地震時的抗液化能力，在灌砂過程中，首次將適量水泥熟料摻入砂水混合料中，該抗震措施已得到廣泛的認同。

1.6 管節浮運沉放安裝

管節浮運方式有絞拖、浮船塢(或半潛駁)浮運和拖輪拖運等，須結合工程的建設條件以及承包人的設備情況，通過技術和經濟比選確定管節浮運方案。在沉管隧道工法應用的100多年歷史中，管節沉放曾用過的方法以及機具設備的種類、形式很多。管節沉放方案的選擇涉及到承包人擁有的設備或擬開發的設備以及建設的邊界條件，管節的安裝精度涉及到作業窗口的合理選取、設備性能、承包人對沉放設備的操控能力和管節沉放過程中的動態監測水平，還需結合工程的具體情況進行風險評估，實現系統最優的目的。總之，管節的沉放安裝是一項綜合實力的體現。

沉管隧道的主要技術還包括管節預制干塢的選擇、管節結構的預制技術和水下基槽開挖技術等。隨著經濟發展的需求，隧道的建設規模不斷加大，需要在不同環境條件下修建沉管隧道，一些原本非關鍵的技術也將上升為關鍵技術。

2 港珠澳大橋沉管隧道關鍵技術介紹

港珠澳大橋沉管隧道是在結合我國經濟發展需要，汲取國內外沉管隧道建設經驗和教訓的基礎上，建造的目前世界上規模最大的沉管隧道[7-8]。該工程設計使用壽命為120年，公路等級為雙向6車道高速公路，設計速度為100 km/h。隧道全長6 704 m，在兩端設置海中人工島。沉管段總長5 664 m，共33個管節，包括28個直線管節和5個曲線管節，其中標準管節長180 m，由8個節段(節段長22.5 m)組成，橫斷面尺寸為37.95 m×11.4 m，質量約7.8萬t。隧道的最大埋深距常水位約47 m，隧道頂至原始海床的回淤厚度達23 m 的縱向長度約3 000 m。

該工程規模巨大，技術難題多，試驗研究、技術研發、新技術應用貫穿全過程，是我國經濟、技術水平高速發展的結晶，也是國家綜合實力的體現。到目前為止，該工程的關鍵技術可歸納如下： 隧道的精細化地質勘察；海中人工島快速成島；隧道基礎(基礎墊層)處理與沉降控制；隧道管節沉放施工與施工窗口選擇；大規模工廠化制造；水下結構止水技術；沉管隧道大型專用裝備研制；海上施工測量技術；120年耐久性保障技術和沉管隧道消防技術等。本文選擇幾項有一定影響力的關鍵技術進行介紹。

2.1 隧道的精細化地質勘察

由于隧道段位于砂層和軟弱地層中，已有的地質資料不能滿足超長沉管隧道的設計要求，因此需要通過補充地質勘察獲得更多的地質信息，以滿足設計所需的各種參數。

該工程采用以CPTU為主、傳統鉆探為輔的勘察技術。根據隧道區勘察技術要求，現場勘察、室內試驗和地質報告編寫按照英國標準(BS)及我國香港Geoguide 的要求進行； 對于沒有包括在BS 和Geoguide 內的勘察工作，參考國際土力學及巖土工程協會(ISSMGE)標準或者其他適用的國家標準(如ASTM 和中國標準等)。

隧道按設計要求補充地質勘察，共完成80 個鉆孔。其中，一般原位測試孔39 個，技術孔41 個。374 個孔壓靜力觸探孔(CPTUs)，22 個孔壓靜力觸探消散試驗孔(CPTUDs)[9]。

CPTU設備以20 mm/s 的速率進行貫入試驗，同時記錄錐尖阻力、側摩阻力、孔隙水壓力和探頭傾角，記錄頻率為2 Hz。該設備能實時顯示，達到快速、準確地進行地質分層。通過地質評估確定地質分層，形成三維地質數據庫，為軟基處理提供可靠依據。由于缺乏珠江口區域采用靜力觸探方式進行地質勘查的經驗，組織3家顧問咨詢單位進行平行地質評估，獲取精細化的地質信息。在已沉放安裝的29個管節中，隧道的最大沉降量和管節之間的差異沉降量均控制在設計允許范圍內。

2.2 隧道基礎處理

在海上設置面積均約10萬m2的東人工島和西人工島，其功能是實現橋隧轉換的連接。在人工島之間采用沉管隧道進行連通，隧道的縱向呈“W”形狀。港珠澳大橋沉管隧道縱剖面見圖2。

圖2 港珠澳大橋沉管隧道縱剖面(單位： m)

由于隧道穿越人工回填砂層、全新世海相沉積層、晚更新世陸相沉積層、晚更新世海陸交互相沉積層和晚更新世陸相沉積層，為實現沉管基礎剛度的平順過渡，保證施工質量，降低施工風險，基礎縱向分區如下：1)隧道敞開段，降水聯合超載預壓； 2)減光段和暗埋段，降水聯合超載預壓+PHC樁； 3)島上沉管段首2節段，降水聯合超載預壓+高壓旋噴樁； 4)沉管斜坡段， 擠密砂樁(部分超載預壓)； 5)沉管中間段，天然地基(局部換填)。沉管段的基礎墊層采用夯平塊石+先鋪碎石形成的組合結構。

沉管斜坡段采用擠密砂樁[10]，形成由一定間距的擠密砂樁與黏土共同構成的復合地基，達到增加地基強度、改善地基整體穩定性的目的。黏土地基加固主要表現為： 1)由于在黏土中按一定間距做成直徑大且密實的砂樁，從而形成復合地基，增加地基整體的抗剪能力，提高地基承載力并防止地基產生滑動破壞； 2)由于密實砂樁的排水作用，加快了原土體的固結，減少工后剩余沉降； 3)由于復合地基的作用，可以減小差異沉降。擠密砂樁加固地基的施工步驟見圖3。

圖3 擠密砂樁加固地基的施工步驟

Fig. 3 Sketch diagram of construction process of sand compaction pile (SCP)

擠密砂樁的加固作用因地基性質的不同而不同。對于松散砂土地基，砂樁的主要作用是成樁時對周圍砂層產生振密作用以及擠密作用； 對于軟弱黏土地基，主要是置換作用和排水作用。

2.3 沉管段基礎墊層處理

在隧道沉管段(島頭擠密砂樁的堆載區外)整平碎石層下設置2.0 m厚水下塊石夯平層，以此來保證整平碎石層的均勻性。整平船施工帶壟溝碎石墊層，墊層設置V形槽，縱向鋸齒型鋪設[11]。墊層頂橫向寬度41.95 m(結構寬37.95 m，結構外緣線兩側各預留2 m)，單壟頂縱向寬度1.8 m，V形槽頂縱向寬度1.05 m。碎石壟邊坡坡率按1∶1.5設計，實際按自然休止角形成。

丹麥—瑞典的厄勒海峽沉管隧道(Oresund Strait)長4.05 km，沉管寬度為38.8 m，施工最大水深22 m，使用了碎石墊層的浮式鋪設平臺，在波浪最大高度0.75 m、最大水流速度1 m/s的條件下實現了±25 mm的墊層整平精度。在韓國釜山—巨濟沉管隧道施工中，考慮深水拋石整平高程測量及整平墊層質量檢測所采用的儀器設備精度和結構機械誤差產生的累計誤差，采用日本三清建設株式會社與韓國殷圣建設株式會社聯合研制的“KUS-ISLAND”號自升平臺式深水整平船，在最大水深48 m、最大水流速度1 m/s的條件下，墊層整平測量精度達到±40 mm。港珠澳大橋沉管隧道自主制造的抬升式碎石整平平臺[7]見圖4，最大水深在50 m以上，在最大水流速度小于1.5 m/s條件下的墊層整平精度為±35 mm。

2.4 沉管隧道消防技術

初步設計階段確定了該沉管隧道應確保接頭防水材料在50 MW火災條件下的安全性能； 隧道通風采用縱向通風加重點排煙通道的通風方案。在與接頭止水帶廠家溝通后，確定了OMEGA橡膠止水帶的耐溫標準，即溫度≤70 ℃時不超過3 h、溫度≤100 ℃時不超過2 h、溫度≤150 ℃時不超過1 h。通過分析研究，相關的設備系統已有相應的技術和產品，隧道消防設計的關鍵是接頭的防火、排煙道的排煙口設置以及逃生門間距確定等。

圖4 港珠澳大橋沉管隧道抬升式碎石整平平臺

Fig. 4 Elevating gravel bedding equipment used in Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tunnel

為了解決特長沉管隧道的消防技術，先后開展6個專題進行深入研究。其中，“離岸特長沉管隧道防災減災關鍵技術”課題通過足尺沉管試驗隧道防火災綜合試驗和按RABT溫升曲線開展了高溫耐火試驗，對隧道防災7大系統(結構防火、通風和排煙、消防救援、火災報警、安全疏散、應急標識、中央監控系統設備)進行了全面、系統的綜合性試驗。研究內容主要為： 1)火災規模標定； 2)確定火災規模與火災場景之間的關系； 3)測試沉管隧道預定規模火災下的臨界風速； 4)測試不同斷面處沉管管節頂板、邊墻、底板的高溫煙流流動特性、升溫速度、持溫時間與溫度場分布。

試驗隧道(見圖5)按照港珠澳大橋海底沉管隧道斷面尺寸1∶1等比例建造，由隧道主體與輔助風道組成，隧道主體長約150 m，內凈空14.55 m×7.1 m，為鋼筋混凝土結構，隧道側壁上部設置排煙風道。煙道側面開設6組排煙口和3處逃生門。本試驗隧道為目前世界上斷面最大的沉管試驗隧道，配置有隧道通風系統、排煙系統、照明系統、消防系統、監控系統等機電設施，可開展隧道通風排煙、消防、火災場景、人員疏散等研究性和工程應用性試驗[12-13]。

圖5 足尺沉管試驗隧道

在大量試驗研究的基礎上，結合國內外類似工程經驗，通過數值計算確定排煙道的每組排煙口間距為67.5 m。沉管隧道可較密布置逃生門，但考慮到隧道的使用功能和效果，設置逃生門的縱向間距為135 m。隧道行車孔結構防火采用外敷防火板(板厚為25 mm)形式，防火板直接安裝在混凝土結構表面，采用膨脹螺栓固定； 接頭位置的防火設計見圖6，采用允許縱向變形的防火板構造形式，內側再設置陶瓷纖維毯組成防火隔斷。

B為接頭處于正常狀態時的寬度；b為受溫度變化等因素影響在接頭位置產生的變形量。

圖6 隧道接頭防火設計(單位: mm)

Fig. 6 Fireproofing design of immersed tunnel joints (mm)

3 沉管隧道工程技術的發展趨勢

沉管隧道具有埋深小、線路總長明顯短于礦山法和盾構法隧道、橫斷面形狀選擇靈活(可圓可方)、管節預制質量易于控制、防水效果好等優點[14]，使得沉管隧道技術得到廣泛的應用和發展，其發展趨勢主要有以下幾方面。

3.1 建設規模不斷增大

采用沉管法在美國底特律河修建的世界上第一座沉管隧道的沉管段只有782 m長; 1970年在美國舊金山建成的海灣地區快速交通運輸系統(BART)沉管隧道長5 825 m，由58個管節組成; 1980年通車的比利時亞伯爾沉管隧道橫斷面尺寸為53 m×9.35 m，標準管節長138 m，沉管段只有336 m長，是世界上最寬的沉管隧道; 2000年竣工的厄勒海峽沉管隧道沉管段長3 560 m，橫斷面尺寸為38.8 m×8.6 m，是由20個管節組成的公鐵兩用隧道，也是第一例采用工廠法預制管節的沉管隧道; 擬建丹麥—德國的費馬恩(Fehmarnbelt)海灣沉管隧道沉管段長17.6 km，最大水深40 m，公鐵兩用，公路為雙向4車道，設計速度120 km/h，鐵路設計速度為160 km/h。該隧道橫斷面尺寸為42.2 m×8.9 m，業主招標推薦沉管隧道設計為89個管節，其中79個標準管節和10個特殊管節，每個管節長217 m，將成為世界上規模最大的沉管隧道。

美國的FortMcHenry隧道、荷蘭的Drecht隧道和我國上海外環隧道均為雙向8車道，是最多車道的道路沉管隧道。目前處于初步設計階段的廣東省深圳—中山跨江通道，沉管隧道全長6 845 m，其中沉管段長5 035 m，高速公路標準，雙向8車道，設計速度為100 km/h。

3.2 環境適應性越來越強

沉管隧道從江河下游或出海口建造發展到江河中游，能夠在江河較大水流速度條件下進行管節的浮運沉放安裝，如廣東省佛山市的汾江路南延線的東平河沉管隧道工程和江西省南昌市的紅谷隧道工程，目前均完成了管節的沉放安裝。

從淺水區向深水區發展，土耳其2008年建成的博士普魯斯海峽隧道為目前最深的鐵路沉管隧道，最大水深達61 m。

荷蘭阿姆斯特丹中央火車站的沉管隧道又是另一項典型案例。為了在擁有100多年歷史的阿姆斯特丹中央火車站下建造地鐵車站(該火車站依河道建成，且房屋的基礎形式均為木樁，要求修建地鐵車站期間必須保持火車站的正常運營)，荷蘭的工程師構想出采用沉管隧道的工法在火車站下修建地鐵車站。管節浮運進入中央火車站的過程見圖7，該工程面臨建設周期長、施工條件復雜、不可預見性因素多等挑戰，經過10多年的建設，完成保護歷史建筑物的地鐵車站建造。

圖7 管節浮運進入中央火車站的鳥瞰詳圖

Fig. 7 Airscape of segment floating into Amsterdam Central Railway Station

隨著海港(海灣)周邊地區經濟的迅速發展，對大容量交通通道的需求日益增長，采用沉管法建造水底交通隧道更具優勢，而跨海通道采用多種工法組合，如橋島隧組合方案，已經在丹麥—瑞典厄勒海峽通道、韓國釜山—巨濟通道、港珠澳大橋等工程中得到應用和發展。擬建的深圳—中山通道、大連灣通道、卡塔爾通道也將采用橋島隧組合方案。

3.3 施工裝備水平不斷提升

沉管隧道是一種對綜合技術水平要求很高的工程，自從20世紀發明GINA橡膠止水帶，管節的對接可以采用水力壓接技術，實現管節柔性接頭，使隧道的縱向設計技術獲得較大突破。其次是后填法基礎墊層技術的發明，解決了沉管隧道基礎墊層平整度的問題。但隨著沉管法技術應用范圍的推廣、建設規模的增大，為適應分部分項工程技術的組合應用，各國均進行了專用施工設備的研發，韓國釜山—巨濟沉管隧道的基礎處理采用水下深層水泥攪拌樁，研發了在基礎墊層上調整管節平面精確位置的體外定位微調裝置(EPS)； 厄勒海峽沉管隧道在滿足環保要求的條件下，為開挖約200萬m3哥本哈根石灰巖，將“雙子星”絞吸船的鉸刀功率提高到3 680 kW，并增設橫移絞車； 水下高精度聲吶測量技術的應用，大大提高了管節沉放姿態的控制精確度。

隨著我國沉管隧道工程的增多，施工裝備技術也不斷創新。在廣州侖頭—生物島沉管隧道工程中，雙向4車道的矩形鋼筋混凝土管節采用半潛駁進行預制和運輸。在港珠澳大橋沉管隧道工程中，研發了隧道基礎處理的擠密砂樁船、基礎墊層施工專用碎石整平船和管節沉放安裝專用沉放駁等大型專用施工裝備。

3.4 最終接頭技術不斷進步

早期沉管隧道均采用圓形鋼殼結構，隧道的最終接頭是通過澆筑水下混凝土實現臨時止水，然后連接隧道的結構，將最終接頭做成一個剛度大于或等于隧道結構的結構段。在矩形結構的沉管隧道中，通常采用封板式的方法，即： 在管節安放后約2 m縱向長度的最終接頭空間設置若干鋼支撐，來防止管節水壓消失后GINA橡膠止水帶回彈，在結構外側設置鋼封板形成施工期間的水密封系統，抽排鋼封板內空腔的水體，連接隧道的結構，形成與隧道等剛度的結構段。

在沉管隧道施工環境的影響下，如隧道的埋深、結構形式、航道的通航要求以及環保的需求，沉管隧道水下最終接頭的形式得到不斷的發展。伸縮式的最終接頭已獲成功應用，在隧道暗埋段內設置一個可縱向移動的短管節，當最后一個管節完成水下安裝后，將該短管節推出，與已沉放的管節對接，完成接頭水密封后進行結構處理。日本在20世紀90年代研發了預制安裝式的最終接頭方案，大阪南港隧道采用V型楔塊最終接頭，可發揮鋼結構精確制造技術和管節的準確安裝，當V型楔塊最終接頭安放到水下的設計位置，利用其自身的質量壓緊止水帶，達到止水的效果，然后進行管節內的構造處理，可大幅減少潛水作業，在隧道埋深較大的情況下提高了安全性。港珠澳大橋沉管隧道工程目前在研發新型的V型最終接頭，并期待該新技術成功應用。

4 結語

隨著一系列沉管隧道關鍵技術的不斷完善，以及在世界范圍的工程實踐與交流，沉管隧道正得到越來越多的重視和應用，已在設計理論、施工工藝和配套工程等方面取得了較大發展，并逐漸成為修建水下大型隧道的主要工程方案。沉管隧道在我國已顯示出蓬勃的生命力，但需要結合工程的建設條件，通過技術和經濟比較確定合理的方案，更需要根據工程特點開發新技術、新工藝和新設備，通過技術進步提高沉管法隧道的適用性。準備開工建設的丹麥—德國費馬恩海灣沉管隧道、深圳—中山通道沉管隧道以及大連灣通道沉管隧道工程具有更大的挑戰性，可以預見，新技術、新工藝、新設備將不斷涌現，也將推進沉管法隧道技術再上新臺階。

[1] 陳韶章, 陳越. 沉管隧道施工手冊[M]. 北京： 中國建筑工業出版社, 2014. CHEN Shaozhang, CHEN Yue. Construction manual for immersed tunnel [M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014.

[2] 陳韶章， 陳越. 沉管隧道設計與施工[M]. 北京: 科學出版社， 2002. CHEN Shaozhang，CHEN Yue. Design and construction of immersed tunnel[M]. Beijing: Science Press, 2002.

[3] 王艷寧, 熊剛. 沉管隧道技術的應用與現狀分析[J]. 現代隧道技術, 2007, 44(4): 1-4. WANG Yanning, XIONG Gang. Application and state of the art of immersed tube tunnels [J]. Modern Tunnelling Technology, 2007, 44 (4): 1-4.

[4] 楊文武. 沉管隧道工程技術的發展[J]. 隧道建設, 2009, 29(4): 397-404. YANG Wenwu. Development of immersed tube tunneling technology [J]. Tunnel Construction, 2009, 29 (4): 397-404.

[5] 陳越. 港珠澳大橋島隧工程建造技術綜述[J]. 施工技術, 2013, 42(9): 1-5. CHEN Yue.Review on construction technology of tunnel and artificial islands for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. Construction Technology, 2013, 42 (9): 1-5.

[6] 劉洪洲, 張志剛, 柴瑞, 等. 沉管隧道節段接頭作用機理及構造形式探討[J]. 公路, 2015(4): 27-32. LIU Hongzhou, ZHANG Zhigang, CHAI Rui, et al. Action mechanism and structure types of segmental joint for immersed tube tunnel [J]. Highway, 2015 (4): 27-32.

[7] 徐國平, 蘇權科, 李貞新, 等. 外海超長沉管隧道設計關鍵技術研究[J]. 公路, 2015(4): 1-7. XU Guoping, SU Quanke, LI Zhenxin, et al. Research on key design technology of extra-long immersed tunnel in open sea[J]. Highway, 2015 (4): 1-7.

[8] 陳韶章, 蘇宗賢, 陳越. 港珠澳大橋沉管隧道新技術[J]. 隧道建設, 2015, 35(5): 396-403. CHEN Shaozhang,SU Zongxian, CHEN Yue. New technologies used for immersed tunnel of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Project [J]. Tunnel Construction, 2015, 35(5): 396-403.

[9] 廖建航. 港珠澳大橋島隧工程精細化地質勘察管理[J]. 水運工程, 2013(7): 15-18. LIAO Jianhang. Management of fine soil investigation for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge island-tunnel project[J]. Port & Waterway Engineering, 2013 (7): 15-18.

[10] 林鳴, 梁桁, 劉曉東, 等. 海上擠密砂樁工法及其在港珠澳大橋島隧工程的應用[J]. 中國港灣建設, 2012(4): 72-77. LIN Ming, LIANG Heng, LIU Xiaodong, et al. Method for construction of offshore sand compaction piles and its application for island and tunnel project for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge [J]. China Harbour Engineering, 2012 (4): 72-77.

[11] 張志剛, 劉洪洲. 公路沉管隧道的發展及其關鍵技術[J]. 隧道建設, 2013, 33(5): 343-347. ZHANG Zhigang，LIU Hongzhou. Development and key technologies of immersed highway tunnels[J].Tunnel Construction, 2013, 33(5): 343-347.

[12] 蘇權科, 陳越, 柴瑞, 等. 港珠澳大橋1∶1足尺沉管隧道防災減災綜合試驗研究[J]. 公路交通技術, 2015(5): 97-101. SU Quanke, CHEN Yue, CHAI Rui, et al. Comprehensive experimental study of fire prevention and disaster reduction in 1∶1 full-scale immersed tube tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge [J]. Technology of Highway and Transport, 2015 (5): 97-101.

[13] 蔣樹屏, 張恩情, 郭軍, 等. 沉管隧道接頭構件耐火試驗研究[J]. 地下空間與工程學報, 2016, 12(3): 607-612. JIANG Shuping, ZHANG Enqing, GUO Jun, et al. Experimental research on fire protection for immersed tunnel joint[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2016, 12 (3): 607-612.

[14] 孫鈞. 論跨江越海建設隧道的技術優勢與問題[J]. 隧道建設, 2013, 33(5): 337-342. SUN Jun. Study of technological advantages and problems in construction of tunnels crossing rivers and seas[J]. Tunnel Construction, 2013, 33 (5): 337-342.

Application and Developing Trends of Immersed Tunnel

CHEN Yue

(HongKong-Zhuhai-MacaoBridgeAuthority,Zhuhai519015,Guangdong,China)

With the rapid development of urbanization, there are more and more big cities around river shores and mouth of rivers. The immersed tunnel technology has been widely applied and rapidly developed due to its advantages of shallow buried depth, large traffic capacity, short traffic line, flexible choice of cross-section types, easy control of segment quality and good waterproof effect. In this paper: 1) Major technologies of immersed tunnel, i.e. site selection principle and construction condition investigation, geometric design, structure and waterproof design, joints design, foundation treatment and segment floating and sinking, are summarized. 2) The key construction technologies of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tunnel, the largest scale immersed tunnel in the world at present, are introduced in terms of fine geological survey, foundation and foundation layer treatment and tunnel firefighting technology; the project indicates that the China’s immersed tunnel technology has reached the international advanced level. 3) The development tends of immersed tunnel technology, larger scale, better adaptability to environment and improvement of construction equipments and final joint construction technology, are summarized by studying the construction situation of immersed tunnels in China and abroad. 4) Thanks to the progress of theoretical design, construction technologies and their auxiliary projects and key technologies and new engineering construction, the immersed tunnel technology will reach a higher level.

immersed tunnel; Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge; segment floating and sinking; segment joint; geological survey; foundation treatment; tunnel firefighting technology

2016-11-12；

2017-02-23

陳越(1965—)，男，廣東廣州人，2003年畢業于華南理工大學，管理科學與工程專業，碩士，教授級高級工程師，現主要從事地下工程、沉管隧道的技術管理工作。E-mail： cy@hzmbo.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.001

U 455.46

A

1672-741X(2017)04-0387-07