海底隧道施工方法可行性研究

调研报告

1.课题的来源及意义

海底隧道，是为了解决横跨海峡、海湾之间的交通，而又不妨碍船舶航运的条件下，建造在海底之下供人员及车辆通行的海底下的海洋建筑物。我国海域辽阔，其中物产丰富、风光秀丽具有开发价值的岛屿众多。随着我国国民经济的飞速发展，为改善国内投资环境、增强沿海城市与海岛的联系，很多沿海城市开始修建或拟建海底隧道,如已建成的厦门翔安海底隧道和青岛胶州湾湾口海底隧道，拟建或正在论证规划的大连湾海底隧道、渤海湾海底隧道、伶仃洋海底隧道、琼州海峡海底隧道以及台湾海峡海底隧道等。海底隧道具有便捷、快速、受环境影响小、流通量大等特点，与其它跨海交通方式相比具有其独特的优势，但是海底隧道的建设技术难度大、地质条件复杂、风险性高，在设计、施工过程中依然有许多工程安全问题需要探索。因此，对海底隧道的施工发生的事故风险进行研究和分析是有必要的，这样能够促进海底隧道修建技术的完善，并减小事故造成的损失，为未来建设的海底隧道的选址、设计、施工等提供依据。

1.1国内外海底隧道概述

1.1.1国外海底隧道概况

日本是最早修建海底隧道的国家。20世纪40年代修建的关门海峡隧道是世界上最早的海底隧道。青函隧道主要通过第三纪火山堆积岩，部分火山岩透水性较高。海峡宽约23km，水深达140m，隧道又在海床下100m，故总长达53．85km。该项目施工时间前后长达24年，于1988年竣工。此外东京湾海底隧道工程全长为15．1Km，海底段为9．1km。其意义和作用非常大，以此为契机，日本及韩国又提出了日韩海底隧道工程等构想。日韩海底隧道从日本壹岐海峡(最短距离22km，最大水深60m)，经东对马海峡(49km，水深120m)，最后到西对马海峡(49km，水深200m)。经过十几年的勘察及方案设计，在日本侧已开挖试验斜井，了解地质地形状况。

英法海峡隧道[1]是连接英格兰和法国，即英国和欧洲大陆之间的固定陆岛通道。1984年两国协议修建固定式跨海工程，1987年7月29正式动工，1993年12月完工移交，1994年5月正式运营。该项目采用成熟的先进技术，通过充分的地质工作找到理想的岩层，设计安全，较好地解决了某些特殊的工程技术问题。这一工程建成有力地推动了欧盟特别是英法之间的经济发展。大大方便了欧洲各大城市之间的来往。

在亚洲，跨越爪畦岛和苏门答腊岛之闻宽40km，深200m的巽他海峡通道，以及跨越马六甲海峡的通道、宗谷海峡、间宫海峡通道等也都是引入注目的设想。随着各国国力增长，这些海峡将来都可能修建跨海工程[2][3]。

1.1.2国内海底隧道概况

我国现已在香港、厦门、青岛建成海底隧道。在香港特别行政区的是三条间断的海

底隧道，它们越过维多利亚海峡，把港岛与九龙半岛连接起来。1972年，港九中线海底隧道最早建成，全长1．9km。 1997年4晨，香港回归前夕建成的西线隧道，拥有最多的六条车道，日车流量可达18万次，并直接贯通香港与内地[4]。

厦门翔安海底隧道是一项规模宏大的跨海工程，跨越海域总长约4.2km，设双向六车道，采用钻爆暗挖法(矿山法)修建。该隧道是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道，兼具高速公路和城市道路双重功能。本工程对我国隧道建设技术的进步和发展，缩小与世界先进水平的差距，起到了里程碑式的作用[5]。2005年月正式开工建设，于2009年年底竣工现已交付使用。

青岛胶州湾湾口海底隧道是连接青岛市主城与辅城的重要通道，南接薛家岛，北连团岛，下穿胶州湾湾口海域。该隧道的建设从根本上解决“青黄不接”，大大改善西部投资环境，加速发展新区经济，实现新、老港区的优势互补和整体效益的提高，是实现青岛市发展成为现代化国际大城市的有力支撑和重大工程措施[6]。2006年12月27日正式开工建设，这是继厦门翔安海底隧道后，我国内地开工建设的第二条海底隧道，已于2011年完工。胶州湾隧道是国内在建的第二条大型海底隧道，也是目前我国最长、世界第三长的海底隧道。

大连湾海底隧道（在建）设计为双向6车道，其南侧将通过4条单行路分别与民生街及疏港路等相连，北侧与光明路、中华路、东方路等相连[7]。海底隧道投入使用后，将在大连新老市区间形成第二条通道，中心城区车辆可通过海底隧道经光明路、东方路直接至开发区，从而有效缓解二者间交通。

琼州海峡跨海通道是国家高速公路网的重要组成部分，是国家能源、交通保障和服务通道，是泛珠三角地区和中国——东盟地区的重要经济通道，是我国南海地区的重要旅游通道和军事通道。琼州海峡具有水深、风大、浪高、流急、地质构造复杂、地震烈度较高、通航要求较高、环境影响敏感点较多等特点，建设条件十分复杂。虽然目前尚未发现足以否定本项目建设可行性的颠覆性因素，但仍存在地震、台风、环境影响等敏感因素有待进一步研究，因此需要对建设条件开展深入的调查、勘探和研究工作[8]。

台湾海峡通道[2][3],宝岛台湾孤悬海外，国内外敌对势力企图分裂台湾之心不死。而且隔海相望也严重制约了两岸经济的发展。所以台湾海峡通道对两岸同胞意义非凡，虽然还有很多政治、资金、技术问题没有解决但是两岸专家学者已经在积极探讨。相信不久的将来这一伟大构想定能实现从而为两岸的团结与发展书写新的篇章。

中日韩海底隧道构想“通过海底隧道的高速铁路，从韩国首都首尔出发，两个小时就可以到中国，4个小时就可以到北京”。这样的说法中国人听起来很新奇，但在韩国，这一构想并非痴人说梦，而且正在受到国家的鼓舞，在韩国总统李明博的主持下，讨论级别由地方政府上升到中央政府层面。显而易见，韩国对待这一构想越来越认真。除了中国，韩国还想用海底隧道将日本也连接起来。形成中日韩经济圈，不过该项工程

修建耗资巨大目前只是停留在纸面构想阶段。

1.2海底隧道施工方法介绍

根据对目前国内外现有海底隧道的调查情况，海底隧道施工方法有隧道掘进机施工法(TBM法)、盾构法、沉管法[8]、矿山法，现将这四种方法阐述如下：

1.2.1 隧道掘进机施工法

隧道掘进机(TBM)有两种基本类型:部分断面掘进机和全断面掘进机。全断面掘进机用于断面一次开挖，通常用于圆形隧道断面，这类掘进机有各种不同的类型。全断面隧道掘进机[9]己经成功地用于很多海底隧道，如最著名的英法海峡隧道。TBM隧道施工的进度快、机械化程度高及其安全性是世界公认的。TBM施工目前仍存在以下问题，有待进一步研究解决。

1)隧道施工造价高。TBM机械电气构造复杂，制造技术难度大，造价高。TBM施工耗

电、耗水，能源消耗大。

2)TBM多为圆形长大隧道施工，不适用于方形、椭圆形断面隧道的施工。

3)TBM对岩石特性依赖性大。

4)TBM施工管理技术要求严格，对操作人员技术素质要求高。

1.2.2盾构法

盾构法[9]一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带，在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用.采用盾构法修建了很多海底隧道，其中典型的工程有:日本德山港海底隧道、东京湾渡海公路隧道、丹麦大海峡隧道等。盾构施工是不可后退的。盾构施工一旦开始，盾构机就无法后退。由于管片外径小于盾构外径，如要后退必须拆除已拼装的管片，这是非常危险的。所以，盾构施工的前期工作非常重要，一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后，打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理。

1.2.3沉管法

所谓沉管法修建隧道，就是将若干个预制管段分别浮运到海面(河面)现场，并一个接一个地沉放安装在己疏浚好的地槽内。至今世界上己修建了100多座沉管隧道。沉管隧道有如下特点：

1)隧道顶部覆土浅，甚至可以为零或露出地面，故而隧道长度相对较短

总工程量较小，工期较短，工程造价较低。

2)沉管比重小，对基底地质条件适应性强。

3)沉管施工水上工期短，大部分作业可交叉进行，有利于缩短工期。

4)沉管断面形状选择自由度大，断面利用率高，可以做到一管多用。

1.2.4矿山法

采用传统矿山法或悬臂式和门架式多臂凿岩台车钻眼施暴，使用人工或装渣机出