基本介紹
- 中文名：水下隧道
- 外文名：subaqueous tunnel
- 時間：1825年
- 地區：英國
- 工程師：布魯內爾
簡史,修建條件,施工方法,防水方法,設計,舉例,
簡史
公元前2180～前2160年巴比倫修建了一條穿越幼發拉底河，從王宮到朱庇特廟的長約 900米的人行隧道。近代水底隧道始建於英國。1807年英國在倫敦動工修建連線泰晤士河兩岸的人行隧道，開挖時因無法克服泥水湧入隧道而被迫停工。直到1825年在法國工程師M.I.布律內爾指導下，初次採用盾構法施工，才於1843年建成第一條泰晤士河水底隧道。此後，英國等國不斷發展盾構工程技術，至20世紀30年代以後，水底隧道建設有了迅速發展。近50年間，世界上修建的水底隧道總數幾乎是在此之前百餘年間修建的總和。至20世紀80年代初，世界上已有100多條水底隧道,其中道路隧道有60餘條，一公里以上的鐵路隧道有10餘條。日本於20世紀70年代至80年代中修建的青函海底隧道，是目前世界上最長的海底鐵路隧道。上海黃浦江打浦路隧道為中國第一條水底道路隧道。台灣省高雄市的過港隧道已於1984年通車。
修建條件
根據水道斷面、水流狀況、水文地質條件、兩岸地形及建築情況、水陸交通要求、城市總體規劃、經濟效益及社會效益等諸因素，對橋隧兩種方案進行綜合比較。通常在下述條件下宜考慮修建水底隧道：①航運繁忙，通過巨型船隻較多,而陸上車輛流量大，又不容間斷；②水道較寬，兩岸地面高出水面不多；③兩岸建築物密集，不宜於建造高橋和長引橋；④城市總體規劃上在該處沒有修建橋樑的特殊要求（如通過易燃易爆危險品車輛），或要求鐵路列車在地下運行以防止噪聲；⑤工程費用和運營管理費用較低。
施工方法
修建水底隧道所採用的主要施工方法有：圍堤明挖法、氣壓沉箱法、盾構法及沉管法。圍堤明挖法比較經濟，有條件時一般應儘先考慮採用。氣壓沉箱法只適用於航運不多的較小河道中。由於需要修建水底隧道處的航運通常比較頻繁，採用圍堤明挖法及氣壓沉箱法對水上交通干擾較大，所以在150多年來的水底隧道建設中大多採用盾構法及沉管法。至20世紀50年代後，沉管法的水下接頭及基礎處理等重大技術關鍵相繼突破，使施工工藝大為簡化，並使隧道防水性大為提高，且能採用容納四車道以上的矩形斷面。在一定條件下，沉管法隧道覆土淺，線路短，照明和通風代價較小，工程和運營費用低，使用效果好，故自1965年以來，世界各國建成的20多條水底道路隧道，大多系採用沉管法。
明挖法：排水，挖深坑，然後施工，最後填埋。這種方法最簡單，但是施工場地大，受周邊建築物的制約大。蘇州獨墅湖隧道、武漢東湖隧道就採取了這種辦法。
礦山法：源於礦山開採，採用爆破，用人工或者機器開挖。這種方法相對簡單，但是受地質條件的影響比較大，在土體軟弱處容易塌方，所以一般只在山體內使用。長沙捷運在河西有一段要穿越嶽麓山山體，據說會採用這種礦山法。
盾構法：隧道施工中最常用、最先進的方法。始於英國，興於日本，已有180多年歷史，最大的優點是適用於軟土地質的隧道開挖。
凍結法：將土體凍住，使其達到一定強度，增加自身的穩定性，滿足開挖條件。工人們會在土體上鑽很多孔，然後放進去冷凍管，利用冷凍機提供製冷液，凍住後把冷凍管拆除，土體也會保持很長時間不融化。不過冷凍管雖然拆除了，但是溫度仍然還在零下十幾度，工人們像是站在開門的冰櫃前，是要穿大衣施工的。不過這個大冰櫃的脾氣不大好，需要小心控溫。
沉管法施工，只要滿足船舶的拋錨要求即可，約1.5m左右。
防水方法
水底隧道的主要部分處於河、海床下的岩土層中。常年在地下水位以下，承受著自水面開始至隧道埋深的全水頭壓力。因此水底隧道自施工到運營均有一個防水問題。防水的主要措施有：
1、採用防水混凝土
防水混凝土的製作，主要靠調整級配、增加水泥量和提高砂率，以便在粗骨料周圍形成一定厚度的包裹層、切斷毛細滲水沿粗骨料表面的通道，達到防水抗水的效果。
2、壁後回填
壁後回填是對隧道與圍岩之間的空隙進行充填灌漿，以使襯砌與圍岩緊密結合，減少圍岩變形，使襯砌均勻受壓，提高襯砌的防水能力。
3、圍岩注漿
為使水底隧道圍岩提高承載力、減少透水性，可以在圍岩中進行預注漿。特別是採用鑽眼爆破作業的隧道，通過注漿可以固結隧道周邊的塊狀岩石，以形成一定厚度的止水帶，並且填塞塊狀岩石的裂縫和裂隙，進而消除和減少水壓力對襯砌的作用。
4、雙層襯砌
水下隧道採用雙層襯砌可以達到兩個目的。其一是防護上的需要，在爆炸載荷作用下，圍岩可能開裂破壞，只要襯砌防水層完好，隧道內就不致大量湧水、影響交通。其二是防範高水壓力，有時雖採用了防水混凝土回填注漿、在高水壓下仍難免發生襯砌滲水。在此情況下，雙層襯砌可作為水底隧道過河段的防水措施。
設計
水下隧道一般分水底段和河岸段，後者又有暗埋、敞開及出口部分。水底隧道的縱向坡度、縱向曲線和平面曲線半徑、通道布置、車輛限界以及照明、通風、消防、交通監控等設備，按通過隧道的車輛類型和運量進行設計。
用盾構法建造的水底道路隧道，自兩端至洞口，一般是槽形敞開式引道段。穿越水底的暗埋段，斷面大多為圓形。修建的隧道除個別為腳踏車道外，均為雙車道(圖1)。有些在車道一側或兩側設高出路面的人行巡邏道。對交通繁忙的水底道路隧道，大多採用兩條平行的隧道，每條隧道中有同向行駛的雙車道；也有的在初期為一條雙向行駛的雙車道隧道，後期發展成兩條同向行駛的雙車道隧道。在圓形隧道中，一般在路面以下是送風道；在吊頂以上是排風道。送排風道與隧道兩岸的通風機房連通，多採用橫向通風。隧道的照明系統，應有適當亮度和均勻的照明裝置,在進出口附近設光過渡設施，以便司機在通過隧道時能較好地適應亮度變化而使行車安全。為取得良好照明及防火效果，要合理選擇隧道吊頂、側牆飾面和道路路面的材料和顏色。在現代化的水底道路隧道中，設定自動或半自動控制的防火、滅火、排水、通風、照明、交通監控等運營設備，由中心控制室集中管理。
用沉管法建造的水底道路隧道，自兩端至洞口大多是較長的槽形敞開式引道段。穿越水底的沉管大多是由幾個通道組成的矩形管段，包括車行道、腳踏車道、人行或巡邏通道以及管線通道等，每個行車通道中有兩個以上同向行駛的車道。由於沉管隧道的長度較短，且每個行車通道中的車輛為同向行駛，故大多採用縱向通風，無需設專用通風道及通風機房，其他設備和盾構法修建的道路隧道相同。
水底鐵路隧道、捷運隧道及公用管線隧道，在構造及設備方面均較水底道路隧道簡單，較典型的橫斷面布置。
舉例
蘇州獨墅湖隧道：國內最長湖底隧道，獨墅湖隧橋工程全長為7.37公里，其中隧道部分長3.46公里，整個工程既要穿越湖底，又要翻越高架橋，是目前國內城市中最長的一條湖底隧道。
杭州西湖隧道：杭州市西湖隧道已建成，2003年10月5日，首輛小汽車穿越湖底。西湖湖底隧道全長約1269米，其中在西湖底下約800米，總投資約2億多元。隧道內部還將安裝無線網路設備，保證在隧道內仍能暢通無阻地使用手機。
玄武湖隧道：國內首條湖底隧道
2003年4月29日，全長2.66公里的南京玄武湖隧道通車，其中陸地隧道約0.8公里，湖底隧道長約1.66公里，隧道設計寬約32米，雙向六車道，設計車速為60公里/小時，這是國內第一條城市湖底隧道。
東湖隧道：國內最長城中湖隧道
東湖隧道是湖北武漢東湖通道的重要組成部分，全長超過7公里，於2012年10月29日正式開工建設，2015年0月28日通車。工程施工採用“圍堰明挖”的方法，是國內最長城中湖隧道。
無錫蠡湖隧道：國內最環保的隧道
江蘇無錫雙向六車道環保型隧道——蠡湖隧道通車。該隧道牆面採用環保材料，並可隨時拆換，此舉為國內首次。
香港海底隧道：先後建成三條
我國香港特別行政區有三條海底隧道，越過維多利亞海峽，把港島與九龍半島連線起來。
港九中線海底隧道1972年建成，全長1.9公里；
港九東線隧道，1989年建成，全長1.8公里；
1997年4月建成的西線隧道，六車道，日車流量可達18萬次。
英法海底隧道：世界最長海底隧道
英吉利海峽隧道又稱英法海底隧道，是一條把英國英倫三島連線往歐洲法國的鐵路隧道，於1994年5月6日開通。它由三條長51公里的平行隧洞組成，是目前世界上最長的海底隧道，歷時8年多，耗資約100億英鎊（約150億美元）。隧道啟用後，把倫敦至巴黎的陸上旅行時間縮短了一半，3小時即可到達，與乘坐飛機抵達時間一致。
日本青函海底隧道：1987年建成了青函海底隧道，它穿越津輕海峽，將日本的本州和北海道連線起來，全長為53.85km，其中海底部分23.3km，其餘為陸地部分。
我國最大水底公路隧道———上海外環線越江隧道建設已全面展開。整個隧道建設將用3年時間全面建成並投入使用。 上海外環線越江隧道東起浦東三岔港，西至浦西吳淞公園附近，全長2880米，水下沉管長度為736米。到目前為止，黃浦江邊已建成兩個規模宏大鋼筋混凝土的乾塢，並完成土方量110萬方。管段生產已全面啟動，江中航道開始疏浚，整個外環線隧道工程進入了主體施工階段。其它的還有武漢越江隧道，上海長江隧道、南京長江隧道，武漢長江隧道，廣深獅子洋隧道，年嘉湖隧道，瀏陽河隧道，營盤路隧道，水果湖隧道，遂寧觀音湖隧道等。
