關于水下隧道的發(fā)展歷程

摘 要：湖海河川在給人類帶來豐富水資源的同時、也導致了區(qū)域的分割，隨著經濟一體化水平的迅猛提高，各個區(qū)域經濟素流動和資源整合日益頻繁，改善各水域之間阻隔交通問題已經迫在眉睫，公路、鐵路和城市軌道交通面對江河湖海等水面分割時，無法適應當下社會快節(jié)奏的模式，因此，水下隧道方案成為跨越湖海河川的現代化交通方式。

關鍵詞：水下隧道；礦山法；盾構法；隧道發(fā)展

過去，受水下隧道設計施工水平的限制，架橋是跨越江湖河海的唯一方式，如今，隨著建設技術的革新，水下隧道建設已成為一種跨越水域障礙的建設方式，而且隧道具有抵抗異常氣候能力強、對環(huán)境的影響可忽略不計、不干擾航道交通等一系列優(yōu)點，水下隧道已受到人們的青睞。據地理和地質的差異，建設水下隧道采用的方法主要是礦山法、盾構法和沉管法，一般而言，整體性較好的中硬性巖層如花崗巖、石英巖用礦山法；盾構法用于軟土地層或基巖硬度較低的巖層，；沉管法的使用主要受制于水流條件。

1.礦山法

礦山法是古老的修建隧道方法，伴隨著炸藥的出現并發(fā)展成為目前國內隧道修建方法之一。自1826年初英國開始修建維多利亞長2424m的雙線隧道以來，英、美、法等國家先后修建了大量的鐵路隧道。但修建水下隧道的技術使用礦山法相對比較落后。在過去35年里，挪威利用礦山法修建了40多條海下隧道，其中24條是公路隧道，其他的主要是為近海石油工業(yè)服務的管道和電纜通道。1974年，日本采用該法建成了新關門雙線隧道，該隧道長18675m，位于日本山陽新干線新下關站至小倉站之間，貫穿分隔本州島與九州島的關門海峽。日本青函隧道連接本州和北海道，由主隧道和2條輔助隧道組成。該隧道1971年開建，1985年貫通，主隧道全長53.85km，日本青函隧道是世界上最長的海底鐵路隧道。

21世紀初期，我國也采用礦山法也修建了數個水下隧道工程，典型的有2005年開工建設的廈門東通道海底隧道和武廣鐵路客運專線瀏陽河隧道，2007年青島膠州灣隧道施工，廈門東通道海底隧道采用三孔形式修建，隧道全長約5950m，跨越海域總長4200m，主洞采用雙向六車道斷面的方案，是我國第一座使用鉆爆法進行修建的大斷面水下隧道。青島膠州灣海底隧道橫穿膠州灣口，連接青島和黃島開發(fā)區(qū)，線路總長7800m，穿越海域段長約3950m，武廣鐵路客運專線瀏陽河隧道全長10300m，創(chuàng)下了我國鐵路隧道開工線路最長、投資最多、技術要求最高的記錄。

自上世紀60年代以來，隨著機械化水平的提升，眾多大型工程機械相繼投入隧道施工，如全斷面液壓鑿巖臺車。而應用新奧法和噴錨技術的發(fā)展也為礦山法隧道工程開辟了新的捷徑。然而，水下隧道相對于山嶺隧道具有很大的差異，因此，近年用礦山法建設水下隧道圍繞不同特點進行更新。

2.沉管隧道

1910年，底特律水下隧道是第一例使用沉管隧道技術的隧道。而后，在1942年，鹿特丹的馬薩斯河隧道在荷蘭建造，馬薩斯河隧道是世界上第一個采用矩形鋼筋混凝土管建造的沉管隧道。1959年，加拿大成功地應用了液壓連接，修建了迪克西隧道。沉管法在世界范圍內得到廣泛應用得益于液壓連接和沉管隧道等關鍵技術的突破。如美國修建的Fort McHenry隧道、荷蘭修建的Drecht隧道等，目前美國、日本和荷蘭是世界上建造沉管隧道最多的國家。據統(tǒng)計，現在全球已擁有150座沉管隧道左右，其中，長達5825m的舊金山海灣快速交通隧道是世界上最長的沉管隧道之一。自20世紀90年代以來，為滿足日益發(fā)展的城市交通的需要，我國也前前后后修建了多條沉管隧道，如1993年建成了第一條完全由我國自行設計施工的珠江沉管隧道、在1995年又成功建成了全長1019m的浙江寧波甬江沉管隧道，2003年建成了規(guī)模亞洲最大的上海外環(huán)越江沉管隧道，并在施工中采用了GPS系統(tǒng)和三維測控技術，這標志著我國的沉管隧道施工技術已達到世界先進水平。

自沉管隧道技術問世以來，從英國人最早的試驗，到美國人成功建成沉管隧道，再到荷蘭人進行創(chuàng)新，沉管隧道技術不斷發(fā)展。1959年，加拿大成功地發(fā)明了沉管隧道的液壓連接方法。20世紀60年代，荷蘭發(fā)明了吉林止水帶。之后，日本在荷蘭的基礎上進行了新的研究和創(chuàng)造，大大地提高了沉管隧道的防水性能。在20世紀40年代沉管隧道地基處理技術中，丹麥發(fā)明了噴砂法。瑞典在60年代首次采用填塞法，70年代荷蘭發(fā)明了砂壓法，70年代在日本引進了壓漿混凝土法和注漿法，這些方法在限制其縱向非均勻變形方面和保證沉管隧道的穩(wěn)定性起著至關重要的作用。此外，日本對沉管隧道的抗震技術進行了大量的研究，還編寫了沉管隧道抗震設計規(guī)范。

3.盾構法

18世紀40年代英國首次采用盾構法修建了穿越倫敦泰晤士河的水下人行隧道，標志著水下盾構隧道的誕生。近年，盾構隧道技術在水下隧道建造工程中獲得了迅猛的發(fā)展，例如，最具代表性的水下盾構隧道工程是英法海峽隧道，該隧道于1993竣工。我國水下盾構隧道修建技術起點低，但發(fā)展情況好。1966年和1984年，上海市分別修建了外徑10.22m的打浦路越江隧道和外徑11.30m的延安東路越江隧道，由此我國大型水下隧道建設翻開了新的篇章。20世紀90年代，上海先后建成了延安東路南隧、大連路隧道、復興東路隧道，其中延安東路直徑110m，近幾年來湘陰路兩跨隧道外徑145m。在長江上游，重慶也于2005年完成。直徑為632m的河流隧道。近年來，大量的跨江水下隧道的建成將我國水下隧道的施工規(guī)模和技術推向了一個新的高度。跨江南京長江公路隧道（全長338m，外徑145m，雙向六車道），武漢長江公路隧道（全長327m，外徑110m，雙向四車道），杭州青春路水下隧道（全長3060m，雙向四車道），上海崇明穿越隧道（盾構長度6975m，外徑150m），潛江隧道（全長4250m，外徑15m，雙向六車道）。上述跨江隧道多為公路隧道，為鐵路交通提供了越來越多的跨江隧道，如卓獅高速鐵路隧道（9340m、108m、雙孔），黃浦江鐵路道路建設上海磁石軌道（全長8500m，盾構長度49 70m），上海浦東道（全長9450m，盾構長度5880m），上海杭州磁懸浮鐵路耀華支線河隧道，廣州地鐵1號線珠江下沉隧道、上海地鐵4號線過江隧道、武漢地鐵穿越漢水和長江的水底隧道。這意味著中國的大型海底水下盾構隧道的快速發(fā)展期已經悄然來臨。

自18世紀40年代以來，大量的水下盾構隧道的建成，極大地發(fā)展了水下盾構隧道施工技術。對于水下盾構隧道，其技術發(fā)展主要集中在：在高水頭高水壓下大斷面開挖的穩(wěn)定性；高水頭下盾構裝備止水的可靠性；一次性長距離掘進，盾構機刀具的可維護性和可更換性；聯(lián)絡橫通道和豎井等附屬結構的凍結施工技術；水下盾構隧道的施工風險評估技術等。

參考文獻：

[1]肖明清.水下隧道設計技術.中國鐵道出版社.2016（01）

[2]何川，張志強，肖明清.水下隧道.西南交通大學出版社.2011（06）

作者簡介：

賴政（1995.11.02-）男，漢族，重慶市潼南區(qū)，身體證號：500223199511025619，本科生，研究方向：水利水電工程