隧道方案比选

隧道施工方法
• 1、暗挖法
• 主要包括以下三种：新奥法（NATM）、掘进机法（TBM）和盾构法 •A、新奥法
• 优点是施工组织简单、工期较短、建设费用较低；施工适用范围广，不受隧道断面尺 寸和形状的限制，对各类围岩均能适用，当地质条件变化时，施工工艺可机动灵活随 之变化；施工设备的组装和工地之间转移简单方便，重复利用率高 •B、掘进机法
• ③占地少，拆迁房屋、管线数量小；
• ④抗震能力与战时抗毁损能力相对较好。
• 但从设计、施工及运营方面综合考虑，江底隧道方案与桥梁方案相比主 要有以下几点明显的劣势：
• ①从工程设计和建造技术要求上来看，修建隧道的技术要求远高于大桥。 目前国内修建成功的大型越江隧道较少，国内修建大型越江隧道的技术 也不够成熟；相反，国内修建桥梁的技术已达国际先进水平，已建通车 的世界级特大跨度的斜拉桥、悬索桥和拱桥众多，设计和施工水平较成 熟；
暗埋段断面设置形式（单位：cm）
桥隧方案比较
• 1、主要优缺点
• 桥梁方案与隧道方案在完成过江功能上，有各自的特点和优势。 与桥梁方案相比较，隧道方案的主要优点有：
• ①不侵占航道净空，不影响港口航运，不干扰岸边航务设施， 不受气候变化的影响，可以全天候越江通车；
• ②它可以做到一洞多用，能将城市供水、供电、通讯等管道安 排在同一洞内过江，并可保证安全稳定；
• 根据桥（隧）址区域工程地质和水文地质条件，结合 地形地貌、水文河道条件、防洪要求和两岸建筑物分 布情况，综合考虑现阶段经济、技术水平，本着安全、 经济、合理的原则对该处隧道方案的施工方法进行分 析和比较。
盾构隧道方案
• 1、新奥法
• 目前我国公路隧道采用新奥法设计和施工的比率已达50%左右，且该方 法较多地应用于山岭公路隧道之中。本桥（隧）址区覆盖层较厚，基岩 风化较深，软硬不均，因此，为防止江水涌入隧道及隧道坍塌，采用该 方法施工时要求水底隧道深埋入弱～微风化岩层中，且隧道洞顶弱～微 风化岩石厚度要求达到15m以上，因此，将会造成隧道规模比较大，隧 道单线长度将超过5Km。该方法在掘进过程中，不可避免地会大量采用 钻爆施工方法，钻爆施工势必对地层扰动很大，施工安全性差，作业环 境较恶劣，工人劳动强度大。并且桥（隧）址区两岸有长江防洪大堤， 大量采用钻爆施工也对以上建筑物均构成了一定威胁，隧道开挖过程中， 控制地表建筑物的沉降和保证地表建筑物的安全将成为一大难题。另外 两岸边有很长一段隧道经过了软弱地层，为有效降低该段内部结构施工 中围护结构的位移和周边地面的沉降，为保证安全、顺利通过该软弱围 岩地段，确保工程质量，必须采取强有力的辅助施工措施与初期支护密 切配合才能保证施工的顺利进行，这样将造成工序繁多，各工序干扰大， 进度慢，增加工期，并且带来较大的工程投资。施工过程中该段隧道还 存在着塌方和涌水的危险性。因此，本项目全部采用新奥法施工存在着 较大的风险性
施工方法选择 • 根据工可地质勘察专题报告，本项目所拟定的两桥 （隧）址距离较近，属同一地貌单元，地层条件差异 不大，上覆地层为第四系全新统冲积层，主要为亚粘 土、亚砂土、粉砂、细砂等地层，河床下伏砾卵石层， 下伏基岩主要为粉细砂岩，软硬不均，多含软弱夹层。 其中第四系覆盖层较厚，最厚处深达84m。
盾构隧道江底联络通道示意图（单位：cm）
• 3、盾构工作井及两岸岸边段隧道 • 岸边段隧道包括暗埋段、光栅段及敞开段。
盾构工作井及暗埋段基坑开挖深，属于超深 基坑，因此根据开挖深度和周围环境的要求， 盾构工作井及暗埋段拟采用地下连续墙作来自百度文库 围护结构，明挖施工（见图）。光栅段及敞 开段基坑开挖可采用钢板桩围护明挖法施工。 盾构进出洞的土体加固采用冻结法。
• 根据以上实例和国内沉管的建设经验及沉管法具有缩 短隧道长度、水密性好、施工条件好、效率高、工期 短、要求的地基承载力不大等优点，本项目亦可采用 沉管方案。
隧道方案建筑限界
• 按照六车道高速公路的设计标准，隧道计算行车速度 为100km/h，采用上下行分离的隧道。根据《公路隧 道设计规范》（JTG D70—2004）的规定，隧道单向 净宽拟采用0.5+0.5+3×3.75+0.5+0.5=13.25m，隧道 建筑限界高5.0m
效的解决了这一难题； • ②在陆地建造隧道时，如隧道的埋深太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，如
覆土太浅，则盾构法不够安全； • ③盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件
差，目前已多用局部气压代替； • ④盾构施工过程中引起的隧道上方一定范围内的地表下沉尚难完全防止，特别在饱和
• 4、沉管法
• 沉管法是修建水底隧道的主要施工方法。沉管法隧道 施工技术在我国还是一项新技术，起步较晚，但经过 近十年的实践，我国已成功掌握了沉管隧道建设技术。 1993年，广州建成了内地第一条水下大型沉管隧道— 珠江隧道。随后，国内采用沉管法建成的隧道有：上 海外环线隧道、宁波甬江隧道、香港跨海隧道等，其 质量和防水性能都达到了较高水平，特别是随着上海 外环线上的8车道越江隧道工程的建成通车，标志着 我国在沉管隧道领域达到了国际先进水平，为我国在 长江、黄河、海峡修建沉管隧道积累了丰富的经验。
单洞隧道建筑限界（单位：cm）
沉管隧道方案 • 1、断面设置形式 • 隧道内轮廓采用单心圆，衬砌拟采用错缝拼 装的单层装配式钢筋混凝土管片结构，管片 基本设计参数为：内径Φ14.0m，外径Φ15.4m， 环宽2.0m。采用高压钠灯照明，机械通风， 隧道两侧设各种监控设备。设计中充分利用 隧道行车道下面空间，设置管线沟、通风道 和紧急救援车道（见图）。
• 主要优点： • ①开挖作业能连续进行，因此，施工速度快，工期得以缩短。特别是在稳定的围岩中
长距离施工时，此特征尤其明显； • ②没有像爆破那样大的冲击，对围岩损伤小，几乎不产生松弛、掉块，崩塌的危险小，
可减轻支护的工作量，此外，超挖小，衬砌也省； • ③开挖表面光滑，在水工隧道的情况下，无衬砌区间阻力小； • ④震动、噪音小，对周围的居民和结构物的影响小； • ⑤采用机械化施工，安全、作业人员少。 • 掘进机法缺点： • ①机械购置费和运输、组装解体等的费用高，机械的设计制造时间长，初期投资高，
• ③因有浮力作用在隧道上，所以视比重小，要求的地基承载力 不大；
• ④断面形状无特殊限制。可按用途自由选择，特别适应较宽的 断面形式；
• ⑤沉管的沉放，虽然需要时间，但基本上可在1～3日内完成， 对航运的限制不大；
• ⑥不需要沉箱法和盾构法的压缩空气作业，在相当水深的条件 小，能够安全施工；
• ⑦因采用预制方式施工，效率高，工期短。
盾构隧道断面设置形式（单位：cm）
• 2、江底联络通道
• 本项目盾构方案掘进的圆形隧道较长，因此 在盾构圆形隧道段长度四分点左右共设三条 连接上下游两条隧道的联络通道，其断面尺 寸拟定为：1.4m×2.1m。以防一旦出现紧急事 故工况，乘行人员、求援人员可通过联络通 道进入相邻隧道（见图）。
• 该联络通道的施工方案为，在隧道内利用水 平孔加固地层，使联络通道外土体冻结，形 成强度高，封闭性好的冻土帷幕，然后根据 “新奥法”的基本原理，在冻土中采用新奥法进 行联络通道的开挖构筑施工。
因此，很难用于短隧道； • ②施工途中不能改变开挖直径； • ③地质的适应性受到一定的限制； • ④开挖断面的大小、形状变更难，在应用上受到一定的制约。
• C、盾构法 • 主要优点有如下几点： • ①除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民
的噪音和震动影响； • ②隧道的费用不受埋深的很大影响； • ③盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少； • ④土方量较少； • ⑤穿越江、河、海道时，不影响航运； • ⑥施工不受风雨等气候条件的影响； • ⑦在地质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。 • 但盾构也存在一定局限性，主要问题有： • ①当隧道曲线半径过小时，施工较为困难，目前已经开发出R=10m的急转弯盾构，有
隧道方案比选
• 在选择本项目采用桥梁跨越长江的同时，项目研究组考虑过采用水底隧道穿 越长江的隧道方案，并收集了国内外相关资料和信息，对隧道方案进行了较 详细的研究和比较，对隧道方案的工程可行性进行了论证。
• 我国过江隧道最早修建首推20世纪60年代的黄浦江隧道，近十几年来，随着 黄浦江、珠江和甬江等一些大型水底隧道的建成，标志着我国的修建越江隧 道技术水平总体上有了大幅度的提高，使我国在跨越海、江、河的方案上有 多种选择的可能，使隧道成为解决过江通道的基本手段之一。
含水松软的地层中，要求采取严密的技术措施才能把下沉控制在很小的限度内； • ⑤在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要
求较高。
• 2、沉管法
• 主要特点：
• ①隧道埋深与其他隧道相比，因仅需设置在不妨碍通航的深度 下，故隧道的全长可以缩短，并且与两岸道路衔接容易；
• ②隧道管段是预制的，质量好，水密性高；
• 3、盾构法。 • 盾构技术是目前国际上发达国家较为广泛采用的地下隧道全机械化开挖
的施工技术。盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集 机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖、支护、推进、衬砌等 作业功能。盾构技术以其较高的机械化程度和施工安全性已广泛用于地 铁、铁路、公路、市政、水工隧道工程之中。我国已成功采用盾构法建 成许多大型公路隧道，其中包括上海黄浦江3条过江隧道，施工技术较 为成熟。 • 已经建成的武汉长江隧道为“万里长江第一隧”，2003年10月国内专家曾 对其设计和施工方法进行了评审，评审结果认为：该隧道是我国在长江 上兴建的第一条过江隧道，不能冒太大风险，首先要确保安全；盾构法 技术成熟，对防汛没有影响，拆迁量较小，施工期短，施工时长江航运 不受影响，因此，宜采用盾构法施工。 • 举世瞩目的上海崇明越江通道工程确立南隧北桥为工程推荐方案，其中 过江隧道拟采用盾构隧道施工，按双向6车道布置，全长8.95公里，隧 道外径长达15.20m，是目前世界上最大直径的盾构隧道。 • 盾构是一种价格昂贵，针对性很强的专用施工机械，对每一条用盾构法 修建的隧道，都需要根据地质水文条件、结构断面尺寸专门制造，一般 不能简单地套用到其他隧道工程中重复使用，使得必须有一定投资规模 和施工难度的隧道工程才考虑实际应用该项施工技术。 • 本项目位于武汉长江隧道下游190多公里，两岸第四系覆盖层厚，基岩 深埋，隧道区围岩属软弱围岩，适合运用盾构法修建隧道。并且该水底 隧道规模较大，采用盾构隧道有经济可比性。根据以上情况分析，本项 目可以采用盾构方案。
• 2、掘进机法
• 掘进机技术自50年代中期进行工业化生产以来，由于采用掘进机施工具 有快速、连续作业、机械化程度高、安全、劳动强度小，对地层的扰动 小、衬砌支护质量好、通风条件好、减少辅助工程等优点，日益受到人 们的重视，已经在国外的地下工程建设中得到广泛应用。在一些发达国 家，不少单位都明确规定，对于较长的隧道，必须用掘进机施工。在相 同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4—10倍。我国引进TBM技 术已有二十多年的历史，但至今仍没有形成一套实用的施工组织设计和 关于掘进机方面的技术、经济法规，且TBM法一般仅在我国铁路隧道和 水工隧道施工中采用，只是近年来，才在公路长大山岭隧道中开始使用， 大断面隧道施工经验不足。TBM法施工对水底隧道出现的各种突发事件 的应变能力有限，对地质条件的依赖性大。国内机械及技术力量相对薄 弱，大型掘进机需从欧、美、日进口，进口成本较高，初期投资较大， 很难用于较短隧道，否则选择TBM法的经济效益差，据测算，当利用国 内已有设备，隧洞长度不宜小于4～5Km；若由外国承包商带机施工， 长度不宜小于10km。而本项目隧道方案穿过硬质岩层的长度才2Km左 右，穿过软弱地层时仍需采用其它方法施工，采用掘进机法总体经济效 益差。因此根据以上分析，本项目放弃了采用掘进机法