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水底隧道

修建在江河、湖泊、海港或海峡底下的隧道。它为铁路、城市道路、公路、地下铁道以及各种市政公用或专用管线提供穿越水域的通道,有的水底道路隧道还设有自行车道和人行通道。

简史

公元前2180~前2160年巴比伦修建了一条穿越幼发拉底河,从王宫到朱庇特庙的长约 900米的人行隧道。近代水底隧道始建于英国。1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道,开挖时因无法克服泥水涌入隧道而被迫停工。直到1825年在法国工程师M.I.布律内尔指导下,初次采用盾构法施工,才于1843年建成第一条泰晤士河水底隧道。此后,英国等国不断发展盾构工程技术,至20世纪30年代以后,水底隧道建设有了迅速发展。近50年间,世界上修建的水底隧道总数几乎是在此之前百余年间修建的总和。至20世纪80年代初,世界上已有100多条水底隧道,其中道路隧道有60余条,一公里以上的铁路隧道有10余条。日本于20世纪70年代至80年代中修建的青函海底隧道,是目前世界上最长的海底铁路隧道。上海黄浦江打浦路隧道为中国第一条水底道路隧道。台湾省高雄市的过港隧道已于1984年通车。

修建条件

根据水道断面、水流状况、水文地质条件、两岸地形及建筑情况、水陆交通要求、城市总体规划、经济效益及社会效益等诸因素,对桥隧两种方案进行综合比较。通常在下述条件下宜考虑修建水底隧道:

(1)航运繁忙,通过巨型船只较多,而陆上车辆流量大,又不容间断;

(2)水道较宽,两岸地面高出水面不多;

(3)两岸建筑物密集,不宜于建造高桥和长引桥;

(4)城市总体规划上在该处没有修建桥梁的特殊要求(如通过易燃易爆危险品车辆),或要求铁路列车在地下运行以防止噪声;

(5)工程费用和运营管理费用较低。

施工方法

修建水底隧道所采用的主要施工方法有:围堤明挖法、气压沉箱法、盾构法及沉管法。围堤明挖法比较经济,有条件时一般应尽先考虑采用。气压沉箱法只适用于航运不多的较小河道中。由于需要修建水底隧道处的航运通常比较频繁,采用围堤明挖法及气压沉箱法对水上交通干扰较大,所以在150多年来的水底隧道建设中大多采用盾构法及沉管法。至20世纪50年代后,沉管法的水下接头及基础处理等重大技术关键相继突破,使施工工艺大为简化,并使隧道防水性大为提高,且能采用容纳四车道以上的矩形断面。在一定条件下,沉管法隧道覆土浅,线路短,照明和通风代价较小,工程和运营费用低,使用效果好,故自1965年以来,世界各国建成的20多条水底道路隧道,大多系采用沉管法。

设计

水底隧道一般分水底段和河岸段,后者又有暗埋、敞开及出口部分。水底隧道的纵向坡度、纵向曲线和平面曲线半径、通道布置、车辆限界以及照明、通风、消防、交通监控等设备,按通过隧道的车辆类型和运量进行设计。

用盾构法建造的水底道路隧道,自两端至洞口,一般是槽形敞开式引道段。穿越水底的暗埋段,断面大多为圆形。修建的隧道除个别为单车道外,均为双车道(图1)。有些在车道一侧或两侧设高出路面的人行巡逻道。对交通繁忙的水底道路隧道,大多采用两条平行的隧道,每条隧道中有同向行驶的双车道;也有的在初期为一条双向行驶的双车道隧道,后期发展成两条同向行驶的双车道隧道。在圆形隧道中,一般在路面以下是送风道;在吊顶以上是排风道。送排风道与隧道两岸的通风机房连通,多采用横向通风。隧道的照明系统,应有适当亮度和均匀的照明装置,在进出口附近设光过渡设施,以便司机在通过隧道时能较好地适应亮度变化而使行车安全。为取得良好照明及防火效果,要合理选择隧道吊顶、侧墙饰面和道路路面的材料和颜色。在现代化的水底道路隧道中,设置自动或半自动控制的防火、灭火、排水、通风、照明、交通监控等运营设备,由中心控制室集中管理。

图

用沉管法建造的水底道路隧道,自两端至洞口大多是较长的槽形敞开式引道段。穿越水底的沉管大多是由几个通道组成的矩形管段,包括车行道、自行车道、人行或巡逻通道以及管线通道等,每个行车通道中有两个以上同向行驶的车道。由于沉管隧道的长度较短,且每个行车通道中的车辆为同向行驶,故大多采用纵向通风,无需设专用通风道及通风机房,其他设备和盾构法修建的道路隧道相同。

水底铁路隧道、地铁隧道及公用管线隧道,在构造及设备方面均较水底道路隧道简单,较典型的横断面布置见图2。

图