關(guān)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(shí)、也導(dǎo)致了區(qū)域的分割，隨著經(jīng)濟(jì)一體化水平的迅猛提高，各個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)素流動(dòng)和資源整合日益頻繁，改善各水域之間阻隔交通問題已經(jīng)迫在眉睫，公路、鐵路和城市軌道交通面對(duì)江河湖海等水面分割時(shí)，無法適應(yīng)當(dāng)下社會(huì)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(xiàn)代化交通方式。

關(guān)鍵詞：水下隧道；礦山法；盾構(gòu)法；隧道發(fā)展

過去，受水下隧道設(shè)計(jì)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(shè)技術(shù)的革新，水下隧道建設(shè)已成為一種跨越水域障礙的建設(shè)方式，而且隧道具有抵抗異常氣候能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境的影響可忽略不計(jì)、不干擾航道交通等一系列優(yōu)點(diǎn)，水下隧道已受到人們的青睞。據(jù)地理和地質(zhì)的差異，建設(shè)水下隧道采用的方法主要是礦山法、盾構(gòu)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(gòu)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(xiàn)并發(fā)展成為目前國(guó)內(nèi)隧道修建方法之一。自1826年初英國(guó)開始修建維多利亞長(zhǎng)2424m的雙線隧道以來，英、美、法等國(guó)家先后修建了大量的鐵路隧道。但修建水下隧道的技術(shù)使用礦山法相對(duì)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(wù)的管道和電纜通道。1974年，日本采用該法建成了新關(guān)門雙線隧道，該隧道長(zhǎng)18675m，位于日本山陽新干線新下關(guān)站至小倉站之間，貫穿分隔本州島與九州島的關(guān)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(zhǎng)53.85km，日本青函隧道是世界上最長(zhǎng)的海底鐵路隧道。

21世紀(jì)初期，我國(guó)也采用礦山法也修建了數(shù)個(gè)水下隧道工程，典型的有2005年開工建設(shè)的廈門東通道海底隧道和武廣鐵路客運(yùn)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(zhǎng)約5950m，跨越海域總長(zhǎng)4200m，主洞采用雙向六車道斷面的方案，是我國(guó)第一座使用鉆爆法進(jìn)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(zhǎng)7800m，穿越海域段長(zhǎng)約3950m，武廣鐵路客運(yùn)專線瀏陽河隧道全長(zhǎng)10300m，創(chuàng)下了我國(guó)鐵路隧道開工線路最長(zhǎng)、投資最多、技術(shù)要求最高的記錄。

自上世紀(jì)60年代以來，隨著機(jī)械化水平的提升，眾多大型工程機(jī)械相繼投入隧道施工，如全斷面液壓鑿巖臺(tái)車。而應(yīng)用新奧法和噴錨技術(shù)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(duì)于山嶺隧道具有很大的差異，因此，近年用礦山法建設(shè)水下隧道圍繞不同特點(diǎn)進(jìn)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(shù)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(gè)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(yīng)用了液壓連接，修建了迪克西隧道。沉管法在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用得益于液壓連接和沉管隧道等關(guān)鍵技術(shù)的突破。如美國(guó)修建的Fort McHenry隧道、荷蘭修建的Drecht隧道等，目前美國(guó)、日本和荷蘭是世界上建造沉管隧道最多的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全球已擁有150座沉管隧道左右，其中，長(zhǎng)達(dá)5825m的舊金山海灣快速交通隧道是世界上最長(zhǎng)的沉管隧道之一。自20世紀(jì)90年代以來，為滿足日益發(fā)展的城市交通的需要，我國(guó)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(guó)自行設(shè)計(jì)施工的珠江沉管隧道、在1995年又成功建成了全長(zhǎng)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(cè)控技術(shù)，這標(biāo)志著我國(guó)的沉管隧道施工技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

自沉管隧道技術(shù)問世以來，從英國(guó)人最早的試驗(yàn)，到美國(guó)人成功建成沉管隧道，再到荷蘭人進(jìn)行創(chuàng)新，沉管隧道技術(shù)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(jì)60年代，荷蘭發(fā)明了吉林止水帶。之后，日本在荷蘭的基礎(chǔ)上進(jìn)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(jì)40年代沉管隧道地基處理技術(shù)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(jìn)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(guān)重要的作用。此外，日本對(duì)沉管隧道的抗震技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，還編寫了沉管隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.盾構(gòu)法

18世紀(jì)40年代英國(guó)首次采用盾構(gòu)法修建了穿越倫敦泰晤士河的水下人行隧道，標(biāo)志著水下盾構(gòu)隧道的誕生。近年，盾構(gòu)隧道技術(shù)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(gòu)隧道工程是英法海峽隧道，該隧道于1993竣工。我國(guó)水下盾構(gòu)隧道修建技術(shù)起點(diǎn)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(guó)大型水下隧道建設(shè)翻開了新的篇章。20世紀(jì)90年代，上海先后建成了延安東路南隧、大連路隧道、復(fù)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(zhǎng)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(guó)水下隧道的施工規(guī)模和技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。跨江南京長(zhǎng)江公路隧道（全長(zhǎng)338m，外徑145m，雙向六車道），武漢長(zhǎng)江公路隧道（全長(zhǎng)327m，外徑110m，雙向四車道），杭州青春路水下隧道（全長(zhǎng)3060m，雙向四車道），上海崇明穿越隧道（盾構(gòu)長(zhǎng)度6975m，外徑150m），潛江隧道（全長(zhǎng)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(shè)上海磁石軌道（全長(zhǎng)8500m，盾構(gòu)長(zhǎng)度49 70m），上海浦東道（全長(zhǎng)9450m，盾構(gòu)長(zhǎng)度5880m），上海杭州磁懸浮鐵路耀華支線河隧道，廣州地鐵1號(hào)線珠江下沉隧道、上海地鐵4號(hào)線過江隧道、武漢地鐵穿越漢水和長(zhǎng)江的水底隧道。這意味著中國(guó)的大型海底水下盾構(gòu)隧道的快速發(fā)展期已經(jīng)悄然來臨。

自18世紀(jì)40年代以來，大量的水下盾構(gòu)隧道的建成，極大地發(fā)展了水下盾構(gòu)隧道施工技術(shù)。對(duì)于水下盾構(gòu)隧道，其技術(shù)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(gòu)裝備止水的可靠性；一次性長(zhǎng)距離掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)刀具的可維護(hù)性和可更換性；聯(lián)絡(luò)橫通道和豎井等附屬結(jié)構(gòu)的凍結(jié)施工技術(shù)；水下盾構(gòu)隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖明清.水下隧道設(shè)計(jì)技術(shù).中國(guó)鐵道出版社.2016（01）

[2]何川，張志強(qiáng)，肖明清.水下隧道.西南交通大學(xué)出版社.2011（06）

作者簡(jiǎn)介：

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