关于水下隧道的发展历程

摘 要：湖海河川在给人类带来丰富水资源的同时、也导致了区域的分割，随着经济一体化水平的迅猛提高，各个区域经济素流动和资源整合日益频繁，改善各水域之间阻隔交通问题已经迫在眉睫，公路、铁路和城市轨道交通面对江河湖海等水面分割时，无法适应当下社会快节奏的模式，因此，水下隧道方案成为跨越湖海河川的现代化交通方式。

关键词：水下隧道；矿山法；盾构法；隧道发展

过去，受水下隧道设计施工水平的限制，架桥是跨越江湖河海的唯一方式，如今，随着建设技术的革新，水下隧道建设已成为一种跨越水域障碍的建设方式，而且隧道具有抵抗异常气候能力强、对环境的影响可忽略不计、不干扰航道交通等一系列优点，水下隧道已受到人们的青睐。据地理和地质的差异，建设水下隧道采用的方法主要是矿山法、盾构法和沉管法，一般而言，整体性较好的中硬性岩层如花岗岩、石英岩用矿山法；盾构法用于软土地层或基岩硬度较低的岩层，；沉管法的使用主要受制于水流条件。

1.矿山法

矿山法是古老的修建隧道方法，伴随着炸药的出现并发展成为目前国内隧道修建方法之一。自1826年初英国开始修建维多利亚长2424m的双线隧道以来，英、美、法等国家先后修建了大量的铁路隧道。但修建水下隧道的技术使用矿山法相对比较落后。在过去35年里，挪威利用矿山法修建了40多条海下隧道，其中24条是公路隧道，其他的主要是为近海石油工业服务的管道和电缆通道。1974年，日本采用该法建成了新关门双线隧道，该隧道长18675m，位于日本山阳新干线新下关站至小仓站之间，贯穿分隔本州岛与九州岛的关门海峡。日本青函隧道连接本州和北海道，由主隧道和2条辅助隧道组成。该隧道1971年开建，1985年贯通，主隧道全长53.85km，日本青函隧道是世界上最长的海底铁路隧道。

21世纪初期，我国也采用矿山法也修建了数个水下隧道工程，典型的有2005年开工建设的厦门东通道海底隧道和武广铁路客运专线浏阳河隧道，2007年青岛胶州湾隧道施工，厦门东通道海底隧道采用三孔形式修建，隧道全长约5950m，跨越海域总长4200m，主洞采用双向六车道断面的方案，是我国第一座使用钻爆法进行修建的大断面水下隧道。青岛胶州湾海底隧道横穿胶州湾口，连接青岛和黄岛开发区，线路总长7800m，穿越海域段长约3950m，武广铁路客运专线浏阳河隧道全长10300m，创下了我国铁路隧道开工线路最长、投资最多、技术要求最高的记录。

自上世纪60年代以来，随着机械化水平的提升，众多大型工程机械相继投入隧道施工，如全断面液压凿岩台车。而应用新奥法和喷锚技术的发展也为矿山法隧道工程开辟了新的捷径。然而，水下隧道相对于山岭隧道具有很大的差异，因此，近年用矿山法建设水下隧道围绕不同特点进行更新。

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术的隧道。而后，在1942年，鹿特丹的马萨斯河隧道在荷兰建造，马萨斯河隧道是世界上第一个采用矩形钢筋混凝土管建造的沉管隧道。1959年，加拿大成功地应用了液压连接，修建了迪克西隧道。沉管法在世界范围内得到广泛应用得益于液压连接和沉管隧道等关键技术的突破。如美国修建的Fort McHenry隧道、荷兰修建的Drecht隧道等，目前美国、日本和荷兰是世界上建造沉管隧道最多的国家。据统计，现在全球已拥有150座沉管隧道左右，其中，长达5825m的旧金山海湾快速交通隧道是世界上最长的沉管隧道之一。自20世纪90年代以来，为满足日益发展的城市交通的需要，我国也前前后后修建了多条沉管隧道，如1993年建成了第一条完全由我国自行设计施工的珠江沉管隧道、在1995年又成功建成了全长1019m的浙江宁波甬江沉管隧道，2003年建成了规模亚洲最大的上海外环越江沉管隧道，并在施工中采用了GPS系统和三维测控技术，这标志着我国的沉管隧道施工技术已达到世界先进水平。

自沉管隧道技术问世以来，从英国人最早的试验，到美国人成功建成沉管隧道，再到荷兰人进行创新，沉管隧道技术不断发展。1959年，加拿大成功地发明了沉管隧道的液压连接方法。20世纪60年代，荷兰发明了吉林止水带。之后，日本在荷兰的基础上进行了新的研究和创造，大大地提高了沉管隧道的防水性能。在20世纪40年代沉管隧道地基处理技术中，丹麦发明了喷砂法。瑞典在60年代首次采用填塞法，70年代荷兰发明了砂压法，70年代在日本引进了压浆混凝土法和注浆法，这些方法在限制其纵向非均匀变形方面和保证沉管隧道的稳定性起着至关重要的作用。此外，日本对沉管隧道的抗震技术进行了大量的研究，还编写了沉管隧道抗震设计规范。

3.盾构法

18世纪40年代英国首次采用盾构法修建了穿越伦敦泰晤士河的水下人行隧道，标志着水下盾构隧道的诞生。近年，盾构隧道技术在水下隧道建造工程中获得了迅猛的发展，例如，最具代表性的水下盾構隧道工程是英法海峡隧道，该隧道于1993竣工。我国水下盾构隧道修建技术起点低，但发展情况好。1966年和1984年，上海市分别修建了外径10.22m的打浦路越江隧道和外径11.30m的延安东路越江隧道，由此我国大型水下隧道建设翻开了新的篇章。20世纪90年代，上海先后建成了延安东路南隧、大连路隧道、复兴东路隧道，其中延安东路直径110m，近几年来湘阴路两跨隧道外径145m。在长江上游，重庆也于2005年完成。直径为632m的河流隧道。近年来，大量的跨江水下隧道的建成将我国水下隧道的施工规模和技术推向了一个新的高度。跨江南京长江公路隧道（全长338m，外径145m，双向六车道），武汉长江公路隧道（全长327m，外径110m，双向四车道），杭州青春路水下隧道（全长3060m，双向四车道），上海崇明穿越隧道（盾构长度6975m，外径150m），潜江隧道（全长4250m，外径15m，双向六车道）。上述跨江隧道多为公路隧道，为铁路交通提供了越来越多的跨江隧道，如卓狮高速铁路隧道（9340m、108m、双孔），黄浦江铁路道路建设上海磁石轨道（全长8500m，盾构长度49 70m），上海浦东道（全长9450m，盾构长度5880m），上海杭州磁悬浮铁路耀华支线河隧道，广州地铁1号线珠江下沉隧道、上海地铁4号线过江隧道、武汉地铁穿越汉水和长江的水底隧道。这意味着中国的大型海底水下盾构隧道的快速发展期已经悄然来临。

自18世纪40年代以来，大量的水下盾构隧道的建成，极大地发展了水下盾构隧道施工技术。对于水下盾构隧道，其技术发展主要集中在：在高水头高水压下大断面开挖的稳定性；高水头下盾构装备止水的可靠性；一次性长距离掘进，盾构机刀具的可维护性和可更换性；联络横通道和竖井等附属结构的冻结施工技术；水下盾构隧道的施工风险评估技术等。

参考文献：

[1]肖明清.水下隧道设计技术.中国铁道出版社.2016（01）

[2]何川，张志强，肖明清.水下隧道.西南交通大学出版社.2011（06）

作者简介：

赖政（1995.11.02-）男，汉族，重庆市潼南区，身体证号：500223199511025619，本科生，研究方向：水利水电工程