水下隧道
關(guān)注創(chuàng)建者：糖炒栗子313 創(chuàng)建時間：2019-10-22
水下隧道的實(shí)例教程
11月6日上午10時，青島地鐵1號線海底隧道順利貫通。青島地鐵1號線海底隧道是國內(nèi)首條地鐵海底隧道，也是國內(nèi)最深的海底隧道和最長的地鐵海底隧道，是繼膠州灣大橋、膠州灣公路隧道之后又一條連接青島西海岸新區(qū)和主城區(qū)的過海大通道。
今天，超級建筑給大家介紹青島地鐵1號線海底隧道施工的情況。
水下隧道是隧道建設(shè)中難度比較大的一種，施工工藝與山嶺隧道和城市隧道有很大不同。水下隧道又分為江底隧道、湖底隧道和海底隧道，其中海底隧道的難度最大。此次貫通的青島地鐵1號線海底隧道是國內(nèi)首條最深海底隧道和最長地鐵過海隧道，其施工難度極大。
青島地鐵1號線海底隧道是目前國內(nèi)最深的海底隧道，隧道海底區(qū)間線路縱坡呈“V”字形，最深處距離海平面約88米，隧道上方每平方厘米至少承受8.8公斤水壓，相當(dāng)于隧道每延米承受300輛小汽車的壓力。
青島地鐵1號線海底隧道也是國內(nèi)最長的地鐵海底隧道，全長8.1公里，其中過海段長約3.49公里。隧道為單洞雙線隧道，位于既有膠州灣公路隧道東側(cè)約150米處，起自西海岸新區(qū)薛家島瓦屋莊站，下穿膠州灣灣口海域后，經(jīng)團(tuán)島到達(dá)貴州路站，是地鐵1號線最重要的控制工程。
海域段設(shè)置兩條主隧道，雙線中間無服務(wù)隧道，兩條隧道相距150米以上，高距相差不會超過10米， 海底部分最深處達(dá)到88米，其中水深就有40多米，隧道拱頂距離海底為33至39米 。
2015年9月，地鐵1號線海底隧道正式開工，參與建設(shè)的中鐵三局、中鐵十八局、青島第一市政等單位施工人員歷經(jīng)1000多個日夜的艱苦奮戰(zhàn)，終于實(shí)現(xiàn)順利貫通。
青島地鐵1號線海底隧道工程地質(zhì)復(fù)雜，存在海水突涌、圍巖垮塌風(fēng)險，海底隧道主要巖性為花崗巖、安山巖、凝灰?guī)r，共穿越18條斷裂破碎帶，破碎帶和海水直接連通，施工中極易發(fā)生坍塌、滲漏、突水，安全風(fēng)險等級為Ⅰ級。
展開 明天，由中鐵十四局集團(tuán)承建的南京江心洲夾江隧道工程將正式通車，這是目前建成的國內(nèi)最大直徑水下盾構(gòu)公路隧道。
南京擁江發(fā)展的新地標(biāo)
江心洲夾江隧道工程位于南京長江大橋和南京長江三橋之間，根據(jù)地理環(huán)境、長江航道和環(huán)境保護(hù)的要求，隧道北接江心洲夾江大橋，以斜拉橋形式跨越長江，向南以隧道形式下穿長江分叉夾江，順接已建成的青奧軸線隧道，進(jìn)入南京主城區(qū)，是連接南京主城和江北新區(qū)的又一重要交通紐帶。
項目路線全長10.33公里，包括4.4公里的主汊跨江大橋，1.8公里的夾江隧道，4.1公里的兩岸接線，其中夾江隧道明挖段長596米，盾構(gòu)隧道長1159米，管片外徑15米，設(shè)計為雙管6車道，行車時速80公里，于2017年5月開工建設(shè)。
江心洲夾江隧道的通車，使得隧道與南京段長江上的大橋、江北大道一起形成了南京繞城快速“一環(huán)”，“一環(huán)”內(nèi)任意兩點(diǎn)，最多一小時內(nèi)可通達(dá)，從江北到河西主城區(qū)開車縮短至10分鐘，大大縮短了空間距離，讓南京擁江發(fā)展有了新格局，成就了南京擁江發(fā)展的新速度。
展開 記者了解到，前期研究過程中，對該段究竟采用橋梁還是隧道方式過海，業(yè)內(nèi)爭議較大，中鐵第四勘察設(shè)計院通過全方位比選，推薦并評審?fù)ㄟ^了公鐵分建的隧道方案。
金塘水道海底公鐵隧道關(guān)系圖
該方案中，鐵路單洞隧道全長16.2公里，海底盾構(gòu)段長10.87公里，無論從水下盾構(gòu)隧道長度還是盾構(gòu)橫斷面規(guī)模來看，都屬世界鐵路之最，開挖的每一米，都將伴隨著世界級難度的技術(shù)攻關(guān)。
和世界上已建成的部分著名水下隧道橫向?qū)Ρ龋鹛梁５?em>隧道難度可見一斑。羅列一下：
第一，地質(zhì)條件差。國內(nèi)已建的廣深港獅子洋隧道（中國第一條海底高鐵隧道）、廈門翔安海底隧道（中國大陸第一條海底隧道）、青島膠州灣海底隧道（中國大陸第二條海底隧道），海中段均位于巖層，而甬舟鐵路隧道海中段位于巖土復(fù)合地層，國內(nèi)尚無超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工經(jīng)驗。
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第二，水壓超高。港珠澳大橋隧道沉管埋入40多米海底，相當(dāng)于要頂住近10層樓深的海水壓力，甬舟鐵路金塘盾構(gòu)隧道最大埋深達(dá)到78米，承受的海水壓力更高。曾因高水壓創(chuàng)造當(dāng)時大直徑盾構(gòu)隧道紀(jì)錄的南京長江隧道，一個指甲蓋面積大小的隧道就要承受6.5公斤水壓力，而金塘隧道同等面積要承受7.8公斤壓力。
第三，防災(zāi)救援難度大。英吉利海峽隧道、廣深港獅子洋隧道等隧道，采用一條線路、兩個隧洞設(shè)計，一旦出現(xiàn)災(zāi)情事故，可利用兩個隧洞互相疏散。金塘隧道則采用單洞設(shè)計，且海中段長約9公里，無法設(shè)置直通地面的出入口，對隧道內(nèi)的防災(zāi)救援設(shè)計難度極大，要求極高。
第四，海中對接難度大。金塘隧道采用兩頭盾構(gòu)掘進(jìn)，中途對接貫通的模式建設(shè)，寧波側(cè)的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)長度約4920米，金塘側(cè)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)長度約5950米，總掘進(jìn)長度比廣深港獅子洋隧道多出了近2000米，盾構(gòu)長距離相向掘進(jìn)、海中對接、洞內(nèi)解體，對接精度要求更高，技術(shù)更復(fù)雜，拆機(jī)與運(yùn)輸更困難。
展開 該項目地鐵車站、區(qū)間隧道均位于南寧市最繁華的商業(yè)圈，區(qū)間隧道空間關(guān)系異常復(fù)雜風(fēng)險極高，被業(yè)界稱為咽喉工程，在國內(nèi)類似工程實(shí)屬罕見。在李海洋帶領(lǐng)下，設(shè)計團(tuán)隊克服項目設(shè)計難度大、設(shè)計任務(wù)繁重、人員數(shù)量嚴(yán)重不足等困難，出色圓滿完成了南寧地鐵1號線設(shè)計任務(wù)，并創(chuàng)造了當(dāng)時南寧市歷史上多個第一：最深明挖深基坑、第一次下穿邕江的水下隧道、第一次穿越南寧火車站及“扭麻花”重疊斜交隧道等。這打響了企業(yè)品牌，為企業(yè)在華南市場做大做強(qiáng)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。從2011年伊始，公司連續(xù)中標(biāo)南寧地鐵1、2、3、4、5號線、2號線東延線、市郊鐵路機(jī)場線及武鳴線，并于2019年成功中標(biāo)集團(tuán)公司第一個大型勘察設(shè)計施工總承包項目——防城港市東灣海底供熱管道工程。
為讓設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)發(fā)展壯大的重要基石，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)態(tài)度成為做好項目的根本保障，李海洋在參與主持諸多大型勘察設(shè)計項目中，力爭技術(shù)創(chuàng)新，且成果屢獲大獎。結(jié)合一線地鐵設(shè)計工作特點(diǎn)，他創(chuàng)造性提出國內(nèi)首個相鄰兩座地鐵車站連續(xù)同臺換乘與小間距四線區(qū)間隧道“扭麻花”組合方案，解決了舊城區(qū)地鐵換乘線的建造難題，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。參加工作以來，他先后獲得中國中鐵科學(xué)技術(shù)一等獎1項、中國中鐵優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎3項、天津市“海河杯”優(yōu)秀勘察設(shè)計二等獎4項等獎項。其中，《深基坑附屬結(jié)構(gòu)的快速施工方法》等技術(shù)創(chuàng)新為工程施工提速增效，獲得多項國家發(fā)明專利及實(shí)用新型專利。
每天穿梭在工程現(xiàn)場雖然忙碌，生產(chǎn)生活條件枯燥艱苦，但李海洋總是精神振奮：“我一定要用技術(shù)創(chuàng)新‘爭第一’！”原來在集團(tuán)重組初期，企業(yè)涉及EPC總承包項目領(lǐng)域尚處于空白階段，為拓展企業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，他研精勤思，密切關(guān)注潛在勘察設(shè)計總承包工程項目信息。
展開 獨(dú)特的建筑設(shè)計
港珠澳大橋東起香港國際機(jī)場附近的香港口岸人工島，向西橫跨伶仃洋海域后連接珠海和澳門人工島，止于珠海洪灣；全長55千米，分別由三座通航橋、一條海底隧道、四座人工島及連接橋隧、深淺水區(qū)非通航孔連續(xù)梁式橋和港珠澳三地陸路聯(lián)絡(luò)線組成。
大橋設(shè)計使用壽命120年，可抵御8級地震、16級臺風(fēng)、30萬噸撞擊以及珠江口300年一遇的洪潮。
6km長隧道和兩個隧道人工島是水上橋梁與水下隧道的銜接部分，為全線路段的重點(diǎn)配套工程，同時也是是當(dāng)今世界同類工程中綜合技術(shù)難度最大的工程。
人工島工程具有4個重要特點(diǎn)：
（1）工程所在水域為珠江口航運(yùn)咽喉區(qū)段，是世界上水上交通最繁忙，通航環(huán)境最復(fù)雜的海域，且工程區(qū)穿越中華白海豚保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求很高。
（2）外海軟土厚達(dá)40m，隧道人工島岸壁要提供4-5年施工期內(nèi)高保障度止水環(huán)境，外海筑島止水深基坑建設(shè)難度極高。
（3）需要滿足120年的耐久性要求和高標(biāo)準(zhǔn)越浪要求（極端工況<0.015m3/m.s）。
（4）東、西人工島是隧道工期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其西小島必須盡早為隧道沉管提供對接條件，工期緊。
受800萬噸海床淤泥的影響，施工團(tuán)隊采用了“鋼筒圍島”方案：在陸地上預(yù)先制造120個直徑22.5米、高度55米、重量達(dá)550噸的巨型圓形鋼筒，通過船只將其直接固定在海床上，然后在鋼筒合圍的中間填土造島。
大圓筒結(jié)構(gòu)通常是指直徑在6～7米以上的無底、無內(nèi)隔墻的薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)，多由鋼筋混凝土材料或鋼質(zhì)材料制成。
鋼圓筒的有限元分析
鋼圓筒穩(wěn)定分析采用日本的OCDI和插入式圓筒的施工工法。
同時使用了仿真巖土有限元軟件分析東、西人工島六種工況組合。
以下對鋼圓筒吊裝環(huán)境進(jìn)行仿真分析。
工程師根據(jù)鋼圓筒設(shè)計方案建立實(shí)際等比例模型，然后進(jìn)行有限元網(wǎng)格化分。
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水下隧道的最新內(nèi)容
江蘇提出做大做強(qiáng)在役長大橋梁安全與健康、新型道路材料兩個國家級創(chuàng)新平臺，高水平建設(shè)水下隧道智能建造、自動化作業(yè)技術(shù)與裝備等交通運(yùn)輸部行業(yè)研發(fā)中心。青海明確推動智慧高速聯(lián)合實(shí)驗室建設(shè)，加強(qiáng)國家級野外科學(xué)觀測站建設(shè)運(yùn)行相關(guān)工作。遼寧繼續(xù)支持公路橋梁診治、智慧交通等省部級科研平臺建設(shè)，力爭在交通運(yùn)輸相關(guān)前沿、新興、交叉學(xué)科方面有所突破。
⒊海底管線路由調(diào)查
海底管線路由調(diào)查一般是指對石油天然氣管道的鋪設(shè)、通信光（電）纜的鋪設(shè)、近海岸排污管道、水下隧道的建設(shè)等各類工程的設(shè)計、施工，以及針對竣工后安全防護(hù)所進(jìn)行的調(diào)查與評價。目前，國內(nèi)外通常采用的物探設(shè)備有回聲探測儀、水聲設(shè)備有旁側(cè)聲吶掃描儀、水下聲波探測系統(tǒng)、淺層地表剖面儀以及海洋磁力儀等。調(diào)查內(nèi)容有施工前調(diào)查及施工后檢測。
在李海洋帶領(lǐng)下，設(shè)計團(tuán)隊克服項目設(shè)計難度大、設(shè)計任務(wù)繁重、人員數(shù)量嚴(yán)重不足等困難，出色圓滿完成了南寧地鐵1號線設(shè)計任務(wù)，并創(chuàng)造了當(dāng)時南寧市歷史上多個第一：最深明挖深基坑、第一次下穿邕江的水下隧道、第一次穿越南寧火車站及“扭麻花”重疊斜交隧道等。這打響了企業(yè)品牌，為企業(yè)在華南市場做大做強(qiáng)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
地下工程包括地下建筑、水下、巖土、隧道、地下管道等工程技術(shù)。綜合工程包括給排水、燃?xì)狻⒐こ滩牧稀⒐こ坦芾怼⒂嬎銠C(jī)應(yīng)用等技術(shù)。
3. 申報單位條件：
申報單位必須是該工程項目在技術(shù)創(chuàng)新與先進(jìn)科技成果應(yīng)用方面的主要完成單位，同時必須是我會團(tuán)體會員。
第一申報單位負(fù)責(zé)組織并協(xié)調(diào)各參與單位，申報書須經(jīng)各參與單位簽字蓋章后方能生效，并由第一申報單位負(fù)責(zé)報送上海市土木工程學(xué)會。
4.
明天，由中鐵十四局集團(tuán)承建的南京江心洲夾江隧道工程將正式通車，這是目前建成的國內(nèi)最大直徑水下盾構(gòu)公路隧道。
金塘水道海底公鐵隧道關(guān)系圖
該方案中，鐵路單洞隧道全長16.2公里，海底盾構(gòu)段長10.87公里，無論從水下盾構(gòu)隧道長度還是盾構(gòu)橫斷面規(guī)模來看，都屬世界鐵路之最，開挖的每一米，都將伴隨著世界級難度的技術(shù)攻關(guān)。
和世界上已建成的部分著名水下隧道橫向?qū)Ρ龋鹛梁５姿淼离y度可見一斑。羅列一下：
第一，地質(zhì)條件差。
6km長隧道和兩個隧道人工島是水上橋梁與水下隧道的銜接部分，為全線路段的重點(diǎn)配套工程，同時也是是當(dāng)今世界同類工程中綜合技術(shù)難度最大的工程。
人工島工程具有4個重要特點(diǎn)：
（1）工程所在水域為珠江口航運(yùn)咽喉區(qū)段，是世界上水上交通最繁忙，通航環(huán)境最復(fù)雜的海域，且工程區(qū)穿越中華白海豚保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求很高。
水下隧道是隧道建設(shè)中難度比較大的一種，施工工藝與山嶺隧道和城市隧道有很大不同。水下隧道又分為江底隧道、湖底隧道和海底隧道，其中海底隧道的難度最大。此次貫通的青島地鐵1號線海底隧道是國內(nèi)首條最深海底隧道和最長地鐵過海隧道，其施工難度極大。
此外，王夢恕還主持過國內(nèi)多條海底、江河水下隧道的設(shè)計、施工研究，多次獲得國家、省部級科技進(jìn)步特等獎、一、二等獎；詹天佑成就獎、大獎，國家人事部一等功。
王夢恕1995年當(dāng)選為中國工程院院士，系第九、十、十一、十二屆全國人大代表，第九、十屆全國政協(xié)委員，培養(yǎng)博士、博士后近60余名。
隨后孫院士以若干已建、待建水下隧道示例，進(jìn)行了技術(shù)方面的詳細(xì)闡述。包括正在建設(shè)中的港珠澳大橋島隧工程：孫院士從沉管隧道方案擬定、 筑島圍護(hù)、 軟基處理——擠密砂樁復(fù)合地基、水道大回淤條件下，管節(jié)預(yù)應(yīng)力索筋不再切斷的處治等方面進(jìn)行介紹。并對待建的臺海通道、已建成通車的廈門翔安、青島膠州灣海底隧道、崇明長江南港隧道、已建成尚未通水南水北調(diào)中線一期穿黃隧洞等大型項目發(fā)表了見解。
