摘要：现如今，人们活动的范围越来越大，并且，在经济发展的促进下，人类开始将发展目光转向江河、海峡等天然的水道环境，开辟跨越水道实现联系陆地区域的通道，包括轮渡通航和桥梁、隧道固定交通通道。水下隧道主要就是穿越江河、海峡等的地下水层，属于跨越江河、海峡等的具有安全可靠性的固定通道。现代化的盾构工法和是现代水下隧道建设的主要工程方法。
关键词：水下隧道工程；盾构技术；发展
引言：随着活动范围的扩大和经济发展的驱动，人类不断地征服江河和海峡等天然水道屏障，开辟跨越水道实现联系陆地区域的通道，包括轮渡通航和桥梁、隧道固定交通通道。水下隧道穿越江河或海峡的水下地层，是跨越江河、海湾、海峡的安全可靠固定通道。具有诸多优点：1）不侵占航道的净空和不影响海湾、港口的航运；2）稳定畅通无阻的通行能力，保证全天候越江河、海峡通行；3）具有很强的抵御自然灾害和战争破坏的能力；4）受到四周岩土介质的约束，具有较大的超载能力和较好的结构耐久性。
自从18世纪40年代首次采用盾构工法人工开挖建成穿越伦敦泰晤士河的第一条水下人行隧道以来，世界各国已经修建了数百座的水下交通隧道，成为交通工程基础设施网络的重要组成部分。根据水文地质条件，水底隧道的主要施工方法包括围堤明挖法、钻爆法、气压沉箱法、盾构法和沉管法等。现代化的机械盾构工法和沉管隧道工法，是现代水下隧道建设的主要工程方法，其发展趋势主要集中在如下3个方面：
1）大断面，适应不断增长的交通流量；2）高水头，穿越更深的江河和海峡地层；3）长距离，实现更宽阔河口和海峡的隧道通道。
以上3方面的工程发展要求，给盾构工法和沉管隧道工法带来了多方面的技术挑战。
对盾构工法，技术发展集中在1）大断面在高水头下开挖工作面的稳定性；2）高水头压力下盾构机装备止水的可靠性；3）一次性长距离钻挖，刀具的可维护性和可更换性。近几十年来建成的多座大型海峡通道盾构隧道工程，极大地丰富和发展了水下隧道工程的技术。结合多项标志性的隧道工程，阐述水下盾构隧道工程技术的发展水平和面临的挑战。
1、盾构法水下隧道的特点
盾构法水下隧道是一项高风险系统性工程，施工中面临着高水压、复杂地质、地层多变、机械故障等种种风险挑战，具体有以下特点：
（1）水文地质条件复杂。我国国土面积辽阔，江河湖泊众多，水文地质条件复杂多变。目前国内水下隧道大多位于东部沿海地区，降水量大，水源丰富，水压力大。受陆相与海相交替影响，纵向地层地质变化较大，时常需要穿越“上软下硬”等不良地质地层，施工风险极大。
（2）工程施工组织难度高。地勘资料是水下隧道设计施工的重要依据。受勘探条件限制，地勘报告与施工精度要求存在较大差距。同时，多数水下隧道覆土较浅，施工过程地质坶层、水土压力情况千变万化，施工过程中需要根据工程地质的变化及时调整施工方法，施工条件困难，施工组织难度高。
2、盾构法水下隧道工程技术的发展
几大标志性水下盾构法隧道工程，包括英法海峡盾构隧道工程、日本东京湾公路盾构隧道工程、荷兰西斯凯尔特河盾构隧道工程、德国易北河第四通道盾构隧道工程、上海崇明长江通道盾构隧道工程等，展现和代表了水下隧道盾构工法的技术发展方向。如表1所示。
3、安全风险控制措施
3.1 隧道涌水风险控制措施
（1）严保同步注浆，加强超前地质预报与监控量测，提前判断地层损失和变化情况。根据需要，做好二次加强注浆，确保隧道管片壁后空隙得到及时填充。决不能为提高进度减少甚至停止注浆，为地下水提供通道。
（2）科学制定盾构掘进参数，控制好盾构姿态，严防管片错台和盾尾间隙过大，确保成形隧道质量合格。
（3）盾尾是防水的重点部位，要根据盾尾间隙偏差情况适时调整管片拼装点位，尽量保证盾尾间隙均匀，防止盾尾间隙过小损坏管片及止水条。
（4）加强泥水系统测试与泥浆调制，提高制浆质量，确保泥浆比重、含砂率、析水率、胶体率、黏度等合格，保证施工安全。
（5）做好盾构姿态控制，如盾构姿态发生偏离，要及时调整盾构姿态，并做好纠偏工作。纠偏时要严格控制每环纠偏量，包括从水平和垂直方向两个方面进行纠偏，每次纠偏量不得超过4mm，防止因纠偏过度，导致盾尾间隙过小，造成管片错台和管片破损等质量问题。
3.2 带压进仓风险控制措施
（1）开仓作业前，对选定的开仓位置应提前进行地质和环境风险辨识。选择合适的开仓作业方式，编制开仓作业专项方案，并对地层条件是否满足气体保压要求进行确认。
（2）开仓作业时，应做好地面沉降、工作面稳定性、地下水量的监测和信息反馈，同时对开挖仓内加强通风，确保仓内气体条件符合规范要求。
（3）盾构机刀盘转动、出渣、泥浆循环等危险性较大的操作必须处于锁定状态，严禁操作室人员作业。
（4）开仓作业时，仓内应设上下临时通道，并保证进出开挖仓的通道畅通。
3.3 盾尾击穿风险控制措施
（1）确保盾尾水密封压力大于1MPa。
（2）盾尾设四排密封刷，并加一道紧急止水装置和一排密封刷。
（3）加强施工过程管理。如盾尾发生漏浆，则在距离盾尾最近的管片（已脱离盾尾密封刷）通过底部注浆孔注入油性聚氨酯，快速填充空隙，切断地下水的通道；由于开挖仓压力会通过盾体与地层间的间隙传递到盾尾，导致盾尾处水压增高，可以适量降低切口水压，减小盾尾水压；使用涂满密封油脂的海绵条（漏浆严重或者间隙较大时可使用橡胶条）填充管片与盾构机壳之间空隙，塞满整个盾尾间隙。
3.4 隧道坍塌风险预防措施
（1）盾构掘进过程中控制好隧道轴线。一旦发生轴线偏离，现场人员要及时与测量技术人员做好沟通，逐步纠偏，减少盾体猛烈偏移对土体造成的扰动。
（2）及时、足量地完成同步注浆，尽可能创造条件确保水泥作为胶凝材料。
（3）超挖后要有信息报送机制和处理方案，确保土体损失得到补偿。
（4）连续进行成形隧道位移监测。如果发生区段隧道整体上浮现象，则要进行二次补浆，填充管片外空隙。
3.5 河床击穿风险控制措施
盾构在水域底部掘进时要遵循“匀速、连续”的原则，切忌在穿越水域时停机。因此，做好穿越前的准备工作和穿越过程中的应急工作是河床击穿风险控制的重点。
当发现河面冒泡甚至是冒浆时，要及时判断问题严重程度。若是轻微冒泡或者冒浆，范围小且只有一两处时，在确保泥浆能连续供应的情况下，保持开挖面压力，适当加快推进速度，并提高施工关键工序效率，尽早穿过水域。
当河面大面积冒浆，且不能向前推进时，要适当降低开挖面泥水压力以减轻冒浆现象，防止河床裂缝进一步扩大；提高泥浆比重和黏度，减缓泥浆流速并修补裂缝；在冒浆现象减小后，将开挖面压力调整至正常值，恢复掘进。
4、结束语
随着我国经济水平的快速发展，会有更多的过江隧道、跨海隧道需要建设。盾构法以其独特的优势，必将在这些大型水下隧道工程中发挥重要的作用，但如何规避施工风险，提高水下盾构隧道安全建造的能力，需要进一步加强技术研究。
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论文作者:王坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：盾构论文; 隧道论文; 水下论文; 管片论文; 工程论文; 通道论文; 海峡论文; 《基层建设》2019年第14期论文;