沉管隧道的發展綜述及瓊州海峽沉管隧道方案
發布時間：2010-01-14 共2頁
摘 要：本文總結了國內外沉管隧道的發展情況，并通過對沉管隧道特點的分析，針對瓊州海峽的水文、地質、氣象條件，提出鐵路穿越瓊州海峽的推薦方案—沉管隧道方案。
關鍵詞：瓊州海峽，沉管隧道，越海通道
1、沉管隧道的發展
1.1國內外越海隧道工程建設和研究現狀世界上由于海峽存在，陸地被分割，在不同條件下形成兩個區域，并造成交通障礙及文化差異。連接海峽兩岸主要有三種方式：輪渡、修建橋梁和修建隧道。輪渡受氣象條件的影響較大，并且不能直接連通，造成人員物資轉運十分麻煩。修建橋梁往往受跨度、水深的影響，且建成運營后也同樣受氣象條件的影響。而修建海峽隧道既可以穿越較大跨度直接連通海峽兩岸，又可以在運營后很少手氣象條件影響，能保持連續通行。
世界上已建成了許多海峽隧道，許多正在研究中。
日本關門海峽在本世紀40年代即用隧道連接，以后又建了橋梁，是世界是上最早的海峽隧道。經過艱苦努力，日本于1988年建成了青函隧道，使本州——北海道之間實現了鐵路運輸。
英法海峽隧道從拿破侖時代（1800年）以來就曾兩次開挖，但都停了下來。1993年隧道全部貫通，投入運營。
1996年，丹麥大海峽隧道竣工，它把丹麥和歐洲本上連接起來，實現把瑞典和德國連成一體的計劃，從而使歐洲范圍內幾乎都能陸路相通。
直布羅陀海峽通道從七十年代開始調查，西班牙及摩洛哥交換了協議，分別設立勘察機構，依靠自身力量和日本、英、法等協作進行勘察設計。最初有橋梁及隧道兩個方案，原定1990年內確立其中一個，由于種種原因而未能如愿。海峽水深300 m（從摩洛哥的丹吉爾向北的海上距離約28km，橋梁方案在技術上十分困難，還有政治因素。現在方案初步確定為橋梁和隧道的組合方案，即在航道下用隧道，其余部分架浮橋通過。這個海峽通道和僅是兩個國家間的英法海峽通道相比，它將連接歐亞及非州兩片大陸，而具有劃時代的意義。
在亞洲，計劃的有日韓對馬海峽隧道、臺灣海峽隧道、馬六甲海峽隧道、爪哇島與蘇門答臘島之間的巽他海峽隧道、宗谷海峽、間宮海峽通道。日韓隧道經過約十年的勘察及方案設計，至今日本側佐賀縣的呼子長400m左右的試驗斜井已經開挖，對地質地形狀況有了很好的了解，但和韓國側的資料在精度上有差別，出現一個界面。該通道被構想作為亞洲高速公路的一部分，現有多個方案正在比選之中，這還和韓國政治形勢有關，但總要逐步集中到某一方案。
臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。鑒于兩岸的政治形勢和技術條件，初步估計最早要到2030年才可能修建。
關于馬六甲海峽，從該地區發展需要來看，是引人注目的通道。
巽他海峽隧道正在日本及法國的幫助下進行調查。海峽原為火山巖屑堆積體，海底深部狀況不明，水深100m左右，中間有島嶼，施工比較方便（將由地質狀況來決定合適的施工方法）。
關于宗谷海峽，間宮海峽通道，因眼下考慮的僅是輸送西伯利亞、薩哈林的石油與天然氣資源的需要，故至今未進行勘察。
至于白令海峽，曾有筑壩發電之說，撇開其長度，由于水深不太大，如果選用合適的方案，作為運輸通道也是可能的，它的實現將把亞歐大陸和美洲連接起來。
隨著經濟的發展和技術的進步，特別是許多越水隧道成功的建成運行的事實使得人們的觀念發生了變化，人們已意識到“遇水架橋”不再是唯一的選擇，在許多情況下以水下溝通兩岸比建橋更為優越。到目前為止，我國大陸已建成的水（海）底隧道已超過10座。在上海的黃浦江先后修建 了打浦路、延安東路和延安東路復線三座城市道路隧道；1999年初，又建成了兩條上海地鐵二號線黃浦江區間隧道。計劃中的軌道交通明珠線還采將建成4條黃浦江隧道。已建成的黃浦江隧道均采用盾構施工。黃浦江吳淞口隧道擬采用沉管法。90年代以來，我國大陸除建成了眾所周知的多條黃浦江隧道外，還建成了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道。值得注意的是，這兩座水底隧道都是由國內的技術力量設計和施工的，其運營情況和防水效果都十分良好。京滬高速鐵路穿越長江的南京上元門隧道已由鐵道部第四勘察設計院完成初步設計。該隧道采用沉管隧道方案，沉埋段長1930m，全長5765m.由鐵道部第四勘察設計院承擔編制的武漢長江水底隧道（含地鐵）的預可行性研究報告也已于1999年6月完成，該隧道也擬采用沉管隧道方案，沉埋段長約1300m，全長約3.2km.正在規劃研究的水底隧道工程還有：連接遼東半島和膠東半島的渤海海底隧道，長約57km；連接上海和南通的長江水底隧道，長度約7km；上海至寧波的杭州灣水底隧道，最長的隧道方案長約約52km，隧道建成后滬甬兩地的運輸距離較經杭州錢塘江大橋縮短約250km；另外還有其它穿越長江的水底隧道。臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。
此外，我國香港已建成5座越海隧道，它們全部采用沉管隧道的型式。我國臺灣也修建了高雄港跨港隧道和新店溪河隧道。廣州救撈局參與了香港西區的兩條隧道的沉放工作。
1.2國內外沉管隧道發展現狀自1894年美國在波斯頓修建世界第一座沉管隧道以來，到現在世界上已經修建了一百多座沉管隧道。我國大陸、香港和臺灣高雄已修建了8座沉管隧道。
沉管隧道結構型式的發展：沉管隧道主要有兩種基本類型：一種是鋼殼管段隧道；一種是混凝土管段隧道。
第一座鋼殼管段沉管隧道是在二十世紀初在北美建成的。鋼殼管段沉管隧道是鋼殼與混凝土的組合結構。鋼殼可作為防水層并在結構上有明顯作用?；炷林饕惺軌毫妥鳛殒傒d物，并且也有助于結構上的需要。由于鋼殼具有彈性特點，因此，完工的鋼殼管段沉管隧道成為一個具有柔性的整體結構。全世界修建的鋼殼管段沉管隧道大多在北美，日本也修建了幾座，歐洲采用得不多。
沉管混凝土隧道最早出現在歐洲。半個世紀以前，在荷蘭的鹿特丹建成了第一座歐洲的沉管隧道。此后，這種施工方法得到了極大的簡化和優化?，F今全世界約建成了四十多座混凝土管段沉管隧道?；炷凉芏纬凉芩淼来蠖鄶翟跉W洲，其中約有一半在荷蘭。亞洲的日本、中國也修建了幾座混凝土管段沉管隧道。
混凝土管段沉管隧道的主要特點是隧道的管段由鋼筋混凝土制成，鋼筋混凝土用于結構構造和作為鎮載物。盡管大多數新近建造的混凝土管段沉管隧道沒有防水薄膜，但老的使用了混凝土管段的沉管隧道一般都使用了鋼板或瀝青防水薄膜。大多數完工的混凝土管段由多個節段組成，管節長約20～25m，用柔性接縫將其連在一起。因為每一管節是一個整體結構，更易控制混凝土的灌注和限制管節內的結構力。只有極少數的混凝土管段沉管隧道有剛性的隧道接縫。
除了管段制造中使用各種不同技術外，鋼殼管段沉管隧道和混凝土管段沉管隧道的水上施工技術也不同，這些與不同管段不同材料的本來性能有關，也與承包人的技術有關，這種技術是在不同的環境下各自開發出來的。每一種實施方法都對工程進度、引道斜坡的施工、澆注場地等有不同影響。例如，對私人投資的工程來講，時間很重要，可能導致有更高的直接投資。至于成本，不能簡單說成是混凝土管段沉管隧道比鋼殼管段沉管隧道要昂貴些。例如，由于環境要求，建造一個專門制造混凝土隧道管段的灌注場地的費用增高，這就很可能改而選擇鋼殼管段沉管隧道方案。鋼殼管段沉管隧道的沉埋深度可能會比混凝土管段沉管隧道的沉埋深度深一些，這樣就增長了現場引道斜坡的長度。
美國和歐洲的方法不同，有其科學和政治發展的根源。但是，總的來講，歷史已證明最終結果——即在質量、防水性能、壽命、可靠性及維修等方面的最終結果并不存在不同之處。
基槽開挖方法： 對開挖來說，人們所熟悉的技術例如戽斗式挖泥機、帶切泥頭或吸泥頭的吸泥機或挖泥機和帶抓斗的起重機都是可以選擇的。切泥頭挖泥機是對要浚挖的泥土進行混攪成漿后吸走。如使用浮放管路排泥時，這種挖泥機的垂直運輸是封閉的，而且最后的水平運輸也是封閉的。這樣對環境的影響就比較小。戽斗式挖泥機在垂直運輸泥土時，以及當泥土卸進駁船中供水平運走時產生的溢出都會對環境造成污染。與戽斗式挖泥機一樣，帶抓斗的起重機對環境也有同樣不利的影響。
基礎施工方法：現有三種不同的基礎，歐洲普遍使用噴砂和注砂基礎，美國普遍使用樣板刮平的礫石基礎。
（1）樣板刮平的礫石基礎一般用于北美的鋼殼管段隧道。地槽浚瓦好后，接著便在地槽底上鋪一層粗砂或礫石。礫石和砂的粒度級配必須與水力條件相適應：即水流越大級配越高。這層厚度約0.7mm.必須注意礫石基礎的刮平度。要求的平順精度為±3cm，這取決于當地條件、砂或礫石的級配以及使用的設備。刮平是用一塊樣板來進行的，樣板從滑架上的絞盤車上懸掛下來，滑架沿支承在兩個浮筒上的軌道滾動。這套設備錨定在要刮平處的水面上，樣板的的懸掛高度可以調節以補償潮汐水位的變化。為了盡可能排除來自水面的影響，可以采用按半潛水的原則制成的特殊設備。這種方法允許樣板直接連到錨墩上。
?。?）噴砂基礎建造砂基礎的第一個系統用的是C&N法（Christiani & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滾動的鋼門架，與門架相連的為三根毗鄰的管子，這三根管子被引入到隧道管段底部與地槽之間的空間。最大的管子在中間，通過這根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子兩側的兩根管子又將水吸回去，從而形成一種流動作用，使砂在隧道管段下面以一種良好限定和良好控制的型樣沉淀下來。門架位于隧道管段上面并可使管子繞一垂直軸轉動，這樣就可以做到隧道管段下面的整個空間都可以達到。隧道管段下面需有約1m的空間以便移動管子。砂必須是干凈的，砂的平均粒徑約為0.5mm.砂水混合物的濃度和排除口速度與噴出形成的砂餅的直徑有直接關系，必須很好地控制。
?。?）注砂基礎為了避免使用門架（因門架可能妨礙航運交通），以及為了在更深的隧道下面鋪設基礎，開發出砂流注砂法。這種方法像噴砂法一樣把砂水混合物泵送到管段下面的空間里。只不過不是使用可移動的系統，而是在隧道管段底板上開許多孔口，這些孔口與放在管段里面相連。當管道從岸上經過隧道通到這些孔口處進行充填砂基時，不會影響航運。砂水混合物通過在隧道管段內的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空間直到砂堆接觸到隧道管段的底部為止。這樣就在隧道管段下面形成一個擴大的砂餅。直到砂餅內部的水壓超過了預先指定的最大值，然后才打開下一個孔口，同時將前一個孔口關閉。這種方法速度快，能在24小時內填滿一個隧道管段下面的整個空間，這樣就能避免管段放置后產生淤積的危險。
關鍵詞：瓊州海峽，沉管隧道，越海通道
1、沉管隧道的發展
1.1國內外越海隧道工程建設和研究現狀世界上由于海峽存在，陸地被分割，在不同條件下形成兩個區域，并造成交通障礙及文化差異。連接海峽兩岸主要有三種方式：輪渡、修建橋梁和修建隧道。輪渡受氣象條件的影響較大，并且不能直接連通，造成人員物資轉運十分麻煩。修建橋梁往往受跨度、水深的影響，且建成運營后也同樣受氣象條件的影響。而修建海峽隧道既可以穿越較大跨度直接連通海峽兩岸，又可以在運營后很少手氣象條件影響，能保持連續通行。
世界上已建成了許多海峽隧道，許多正在研究中。
日本關門海峽在本世紀40年代即用隧道連接，以后又建了橋梁，是世界是上最早的海峽隧道。經過艱苦努力，日本于1988年建成了青函隧道，使本州——北海道之間實現了鐵路運輸。
英法海峽隧道從拿破侖時代（1800年）以來就曾兩次開挖，但都停了下來。1993年隧道全部貫通，投入運營。
1996年，丹麥大海峽隧道竣工，它把丹麥和歐洲本上連接起來，實現把瑞典和德國連成一體的計劃，從而使歐洲范圍內幾乎都能陸路相通。
直布羅陀海峽通道從七十年代開始調查，西班牙及摩洛哥交換了協議，分別設立勘察機構，依靠自身力量和日本、英、法等協作進行勘察設計。最初有橋梁及隧道兩個方案，原定1990年內確立其中一個，由于種種原因而未能如愿。海峽水深300 m（從摩洛哥的丹吉爾向北的海上距離約28km，橋梁方案在技術上十分困難，還有政治因素。現在方案初步確定為橋梁和隧道的組合方案，即在航道下用隧道，其余部分架浮橋通過。這個海峽通道和僅是兩個國家間的英法海峽通道相比，它將連接歐亞及非州兩片大陸，而具有劃時代的意義。
在亞洲，計劃的有日韓對馬海峽隧道、臺灣海峽隧道、馬六甲海峽隧道、爪哇島與蘇門答臘島之間的巽他海峽隧道、宗谷海峽、間宮海峽通道。日韓隧道經過約十年的勘察及方案設計，至今日本側佐賀縣的呼子長400m左右的試驗斜井已經開挖，對地質地形狀況有了很好的了解，但和韓國側的資料在精度上有差別，出現一個界面。該通道被構想作為亞洲高速公路的一部分，現有多個方案正在比選之中，這還和韓國政治形勢有關，但總要逐步集中到某一方案。
臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。鑒于兩岸的政治形勢和技術條件，初步估計最早要到2030年才可能修建。
關于馬六甲海峽，從該地區發展需要來看，是引人注目的通道。
巽他海峽隧道正在日本及法國的幫助下進行調查。海峽原為火山巖屑堆積體，海底深部狀況不明，水深100m左右，中間有島嶼，施工比較方便（將由地質狀況來決定合適的施工方法）。
關于宗谷海峽，間宮海峽通道，因眼下考慮的僅是輸送西伯利亞、薩哈林的石油與天然氣資源的需要，故至今未進行勘察。
至于白令海峽，曾有筑壩發電之說，撇開其長度，由于水深不太大，如果選用合適的方案，作為運輸通道也是可能的，它的實現將把亞歐大陸和美洲連接起來。
隨著經濟的發展和技術的進步，特別是許多越水隧道成功的建成運行的事實使得人們的觀念發生了變化，人們已意識到“遇水架橋”不再是唯一的選擇，在許多情況下以水下溝通兩岸比建橋更為優越。到目前為止，我國大陸已建成的水（海）底隧道已超過10座。在上海的黃浦江先后修建 了打浦路、延安東路和延安東路復線三座城市道路隧道；1999年初，又建成了兩條上海地鐵二號線黃浦江區間隧道。計劃中的軌道交通明珠線還采將建成4條黃浦江隧道。已建成的黃浦江隧道均采用盾構施工。黃浦江吳淞口隧道擬采用沉管法。90年代以來，我國大陸除建成了眾所周知的多條黃浦江隧道外，還建成了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道。值得注意的是，這兩座水底隧道都是由國內的技術力量設計和施工的，其運營情況和防水效果都十分良好。京滬高速鐵路穿越長江的南京上元門隧道已由鐵道部第四勘察設計院完成初步設計。該隧道采用沉管隧道方案，沉埋段長1930m，全長5765m.由鐵道部第四勘察設計院承擔編制的武漢長江水底隧道（含地鐵）的預可行性研究報告也已于1999年6月完成，該隧道也擬采用沉管隧道方案，沉埋段長約1300m，全長約3.2km.正在規劃研究的水底隧道工程還有：連接遼東半島和膠東半島的渤海海底隧道，長約57km；連接上海和南通的長江水底隧道，長度約7km；上海至寧波的杭州灣水底隧道，最長的隧道方案長約約52km，隧道建成后滬甬兩地的運輸距離較經杭州錢塘江大橋縮短約250km；另外還有其它穿越長江的水底隧道。臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。
此外，我國香港已建成5座越海隧道，它們全部采用沉管隧道的型式。我國臺灣也修建了高雄港跨港隧道和新店溪河隧道。廣州救撈局參與了香港西區的兩條隧道的沉放工作。
1.2國內外沉管隧道發展現狀自1894年美國在波斯頓修建世界第一座沉管隧道以來，到現在世界上已經修建了一百多座沉管隧道。我國大陸、香港和臺灣高雄已修建了8座沉管隧道。
沉管隧道結構型式的發展：沉管隧道主要有兩種基本類型：一種是鋼殼管段隧道；一種是混凝土管段隧道。
第一座鋼殼管段沉管隧道是在二十世紀初在北美建成的。鋼殼管段沉管隧道是鋼殼與混凝土的組合結構。鋼殼可作為防水層并在結構上有明顯作用?；炷林饕惺軌毫妥鳛殒傒d物，并且也有助于結構上的需要。由于鋼殼具有彈性特點，因此，完工的鋼殼管段沉管隧道成為一個具有柔性的整體結構。全世界修建的鋼殼管段沉管隧道大多在北美，日本也修建了幾座，歐洲采用得不多。
沉管混凝土隧道最早出現在歐洲。半個世紀以前，在荷蘭的鹿特丹建成了第一座歐洲的沉管隧道。此后，這種施工方法得到了極大的簡化和優化?，F今全世界約建成了四十多座混凝土管段沉管隧道?；炷凉芏纬凉芩淼来蠖鄶翟跉W洲，其中約有一半在荷蘭。亞洲的日本、中國也修建了幾座混凝土管段沉管隧道。
混凝土管段沉管隧道的主要特點是隧道的管段由鋼筋混凝土制成，鋼筋混凝土用于結構構造和作為鎮載物。盡管大多數新近建造的混凝土管段沉管隧道沒有防水薄膜，但老的使用了混凝土管段的沉管隧道一般都使用了鋼板或瀝青防水薄膜。大多數完工的混凝土管段由多個節段組成，管節長約20～25m，用柔性接縫將其連在一起。因為每一管節是一個整體結構，更易控制混凝土的灌注和限制管節內的結構力。只有極少數的混凝土管段沉管隧道有剛性的隧道接縫。
除了管段制造中使用各種不同技術外，鋼殼管段沉管隧道和混凝土管段沉管隧道的水上施工技術也不同，這些與不同管段不同材料的本來性能有關，也與承包人的技術有關，這種技術是在不同的環境下各自開發出來的。每一種實施方法都對工程進度、引道斜坡的施工、澆注場地等有不同影響。例如，對私人投資的工程來講，時間很重要，可能導致有更高的直接投資。至于成本，不能簡單說成是混凝土管段沉管隧道比鋼殼管段沉管隧道要昂貴些。例如，由于環境要求，建造一個專門制造混凝土隧道管段的灌注場地的費用增高，這就很可能改而選擇鋼殼管段沉管隧道方案。鋼殼管段沉管隧道的沉埋深度可能會比混凝土管段沉管隧道的沉埋深度深一些，這樣就增長了現場引道斜坡的長度。
美國和歐洲的方法不同，有其科學和政治發展的根源。但是，總的來講，歷史已證明最終結果——即在質量、防水性能、壽命、可靠性及維修等方面的最終結果并不存在不同之處。
基槽開挖方法： 對開挖來說，人們所熟悉的技術例如戽斗式挖泥機、帶切泥頭或吸泥頭的吸泥機或挖泥機和帶抓斗的起重機都是可以選擇的。切泥頭挖泥機是對要浚挖的泥土進行混攪成漿后吸走。如使用浮放管路排泥時，這種挖泥機的垂直運輸是封閉的，而且最后的水平運輸也是封閉的。這樣對環境的影響就比較小。戽斗式挖泥機在垂直運輸泥土時，以及當泥土卸進駁船中供水平運走時產生的溢出都會對環境造成污染。與戽斗式挖泥機一樣，帶抓斗的起重機對環境也有同樣不利的影響。
基礎施工方法：現有三種不同的基礎，歐洲普遍使用噴砂和注砂基礎，美國普遍使用樣板刮平的礫石基礎。
（1）樣板刮平的礫石基礎一般用于北美的鋼殼管段隧道。地槽浚瓦好后，接著便在地槽底上鋪一層粗砂或礫石。礫石和砂的粒度級配必須與水力條件相適應：即水流越大級配越高。這層厚度約0.7mm.必須注意礫石基礎的刮平度。要求的平順精度為±3cm，這取決于當地條件、砂或礫石的級配以及使用的設備。刮平是用一塊樣板來進行的，樣板從滑架上的絞盤車上懸掛下來，滑架沿支承在兩個浮筒上的軌道滾動。這套設備錨定在要刮平處的水面上，樣板的的懸掛高度可以調節以補償潮汐水位的變化。為了盡可能排除來自水面的影響，可以采用按半潛水的原則制成的特殊設備。這種方法允許樣板直接連到錨墩上。
?。?）噴砂基礎建造砂基礎的第一個系統用的是C&N法（Christiani & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滾動的鋼門架，與門架相連的為三根毗鄰的管子，這三根管子被引入到隧道管段底部與地槽之間的空間。最大的管子在中間，通過這根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子兩側的兩根管子又將水吸回去，從而形成一種流動作用，使砂在隧道管段下面以一種良好限定和良好控制的型樣沉淀下來。門架位于隧道管段上面并可使管子繞一垂直軸轉動，這樣就可以做到隧道管段下面的整個空間都可以達到。隧道管段下面需有約1m的空間以便移動管子。砂必須是干凈的，砂的平均粒徑約為0.5mm.砂水混合物的濃度和排除口速度與噴出形成的砂餅的直徑有直接關系，必須很好地控制。
?。?）注砂基礎為了避免使用門架（因門架可能妨礙航運交通），以及為了在更深的隧道下面鋪設基礎，開發出砂流注砂法。這種方法像噴砂法一樣把砂水混合物泵送到管段下面的空間里。只不過不是使用可移動的系統，而是在隧道管段底板上開許多孔口，這些孔口與放在管段里面相連。當管道從岸上經過隧道通到這些孔口處進行充填砂基時，不會影響航運。砂水混合物通過在隧道管段內的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空間直到砂堆接觸到隧道管段的底部為止。這樣就在隧道管段下面形成一個擴大的砂餅。直到砂餅內部的水壓超過了預先指定的最大值，然后才打開下一個孔口，同時將前一個孔口關閉。這種方法速度快，能在24小時內填滿一個隧道管段下面的整個空間，這樣就能避免管段放置后產生淤積的危險。
