研发沿江沿海和跨江越海深水复杂环境水下隧道建造技术
研发沿江沿海和跨江越海深水复杂环境水下隧道建造技术
第一章 绪论
1.1 本课题的意义及目的
  在当今运输系统越来越发达的情况下，铁路运输是运输系统不可缺少的一环，铁路的建设是铁路运输系统最重要的部分，以我国的地质情况来看铁路在建设过程中对于桥梁和隧道的建造是必不可少的，桥梁和隧道在不良的地质条件下可以保证铁路的安全运行。
而本课题要研究的就是在复杂的水下环境如何建造水下的铁路隧道。修建水下铁路隧道的优势在于相对于水上的桥梁不会影响船舶的通航，同时机车也不需要考虑水面的复杂环境可以安全通行。
1.2 国内外著名海底隧道
英吉利海峡海底隧道
1.21 英法海底隧道：又称英吉利海底隧道是世界水下部分最长的隧道，该隧道横跨英吉利海峡，西起英国的福克斯通，东到法国的加来全场50.5km，水下部分37.9km，为世界海底段最
长海底隧道，据英国铁路当局估算，每年通过隧道的旅客人数可达1800万人，货运可达800万吨。
1.22 青函海底隧道：青函海底隧道是总长度最长的海底隧道，该隧道因连接日本本州青森地区和北海道函馆地区而得名，全长53.85千米，海底部分23.3千米，深度为240米，为记载的世界最低的铁路线。
1.23 狮子洋隧道：中国广深港高铁狮子洋隧道，是广深港高铁穿越狮子洋海域的关键工程，也是国内首座水下铁路隧道，被誉为“中国世纪铁路隧道”。隧道位于广东珠江口狮子洋，西接广州东涌站，东连东莞虎门站，设计行车速度目标值350km/h，全长10.8千米，是世界上行车速度最高的水下铁路隧道，也是世界上长度仅次于英吉利海峡隧道的水下盾构隧道。这座隧道多项世界性技术难题全部破解，填补了中国泥水加压平衡盾构机施工多项技术空白。
1.3 研究内容
本课题研究内容主要为海底铁路隧道的建设技术，目前国内外知名的海底铁路隧道施工方法为钻爆法参考工程案例为青函海底隧道，盾构法参考案例为英法海底隧道和狮子洋隧道笔者还会在本课题内讨论沉管法对于海底铁路施工的可能性。
第二章 各施工方案的优缺点
2.1 泥水加压盾构法
使用盾构法在水底进行隧道施工就应该考虑到当前隧道的开挖跨度：
小跨度    5m以上至8.5m
中跨度    8.5m以上至12m
大跨度    12m以上至14m
特大跨度    14m以上。
越大的隧道跨度就需要越大的泥水加压盾构机。随着盾构直径的增 大，刀盘开挖切削范围与对地层的扰动程度成倍增 加，地层自稳能力降低，刀盘顶部与底部的泥水压力 差进一步增大，其与地层水土压力的匹配性降低，从 而降低了对开挖面的有效支护。同时，随着盾构直径 的增大，盾构穿越复合地层的概率也大幅提高，从而 对盾构适应性配置和相应施工技术提出了更高要求。 再者，超大直径盾构泥水送泥口与排泥口距离大幅增 加，刀盘和泥水仓
结构更为复杂，泥水环流和作用机 理更为复杂，从而对开挖面稳定控制和排渣带来影 响。且大盾构隧道直径增大，衬砌接近于柔性结构， 其性能退化与周边环境变化带来的安全风险增大。时速200公里的隧道净空在80多平方，半径6m，时速250公里的隧道净空在92以上，半径在6.4m左右，救援通道通常为1.6m宽，结合当今列车运行时速隧道直径会在16m左右，这就属于特大跨度的隧道，需要相匹配的超大直径盾构，需要根据工程需求选择盾构机的主轴承，常压刀盘，刀具要考虑到耐磨性及换刀安全性的问题。
在 泥水加压平衡盾构机推进施工过程中，有以下几 项风险。抛石对盾构机掘进造成影响抛石随刀盘一起滚动，导致掘进困难且易频繁卡住刀盘。刀盘磨损导致刀盘强度和刚度降低无法掘进。刀盘受力不均致使主轴承受损或密封破坏。刀具磨损严重，刀座和刀盘变形。抛石的掉落会导致地面及建（构）筑物的不均匀沉降，破坏现有道路及管线。且排水板容易造成泥水吸口堵塞，管路堵塞，阻碍阀门。盾构机在上软下硬的地层推进时不同的地层阻力容易造成软弱土层排土过多引起上方地层塌陷，导致产生涌水通道。在水下进行盾构掘进需要对前方的地质情况进行精确预报，采用横波反射法进行抛石探测， 采用跨孔回声法进行孤石探测有效性试验，采用 海上 SSP 地震波散射法进行江中孤石探测；同时， 为验证探测结果，也进行了地质钻孔。
2.2 钻爆法   
青函海底隧道在开挖之前，需要对海床段的隧道预测渗透水量，国内外学者对隧道覆岩厚度基本达成了以下共识 ：更小 的覆岩厚度意味着更小的静水压力，隧道覆岩厚度过小，更 容易造成突水突泥等情况，可能会增加工程的间接支护，辅 助施工投入增大，增加防渗排水等的费用。隧道覆岩厚度过 大，一方面，隧道的坡度变大导致开挖隧道变长，增加了修 建隧道的直接费用，另一方面，在衬砌结构上的水头压力也 会变大，意味着隧道的埋深会变大。由此可见，隧道覆岩 厚度既是经济问题，更是安全问题。水下隧道使用钻爆法就要对爆点和装药更精确的控制，覆岩上的水压力不完全是静载荷，当当前水域被扰动时水压力会产生任意方向的变化，且当前水域的水温变化也会影响水压力大小，特别是在可能发生台风飓风等的沿海水域的隧道的支护需要考虑到这些因且有冗余安全设计。
水下隧道使用钻爆法也要对前方及周围地质情况详细勘探，应结合多种勘探方法综合勘探，笔者认为陆地声呐法和红外线探测技术可以在水下隧道的地质勘探有很好的表现。
2.3 沉管法
目前还没有使用沉管法建设的水下铁路隧道，沉管法在水面平静的海域可以快速建设沉管法建设水下铁路隧道也要考虑到机车需要的隧道空间往往比常规公路更大，沉管的尺寸需要做的更大，笔者认为可以将两条铁路隧道分成两块沉管来建设，两段沉管之间用人员和安全通道连接，再在沉管上铺设碎石平衡压力。将两条铁轨分开使用沉管可以减少沉管的体积更容易拼装，密封。和其他工程区别较大的工艺流程主要包括管段的浮运、 沉放、对接及最终接头施工，这些施工过程也是沉管隧道 施工中的关键技术。管段的浮运、检漏以及试浮工艺的要求和操作极为复杂。管段在定位和沉放施工过程中，要求管段位置精准， 投放稳定，操作起来控制难度较大，具有一定的施工风险。沉管隧道最关键施工环节是最终接头施工，该施工过程环节较多，对技术含量的要求相对较高。
且沉管法适用水深范围大，因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。沉管法对于水下铁路隧道建设还是在于理论阶。
第三章 结论
沿江沿海和跨江越海深水复杂环境水下隧道建造技术要结合现有的公路水下隧道建设经验，对铁路水下隧道的建设起到借鉴作用。
综上所述水下隧道建设工程要考虑到不同的地质情况，水域的风浪情况，建设的经济性，等各种情况。

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