海底隧道的建造原理（海底隧道是怎样建成的）

今天跟你聊天聊到这个问题，本人不是专业！希望通过对海底隧道建造的简要介绍，能够让大家对这个问题有一个粗浅理解。

你以为海底隧道是这样的

海底隧道并不是一般认为的隧道结构（可以理解为一根长管子）泡在海水里，当然目前也有人提出这种形式的隧道，称为悬浮隧道，还在研究论证可行性阶段。海底隧道根据施工方法的不同，有安置在海床上面，也有埋在海床下面的土里的，为了施工安全，有时候会埋的比较深。

目前普遍采用的海底隧道施工方法主要有：矿山法（通俗可以理解为用炸药炸出段距离，然后出渣，再用炸药炸，循环往复，直到隧道贯通）、沉管法（即港珠澳大桥隧道段所用的施工方法）和盾构或TBM施工方法（国内和欧洲对这两个命名有些区别，但主要原理相似，可以简单的认为用机器挖掘，同时周围的土暂时由盾构的盾壳支撑，自动化程度较高，施工相对安全）。貌似跟陆地上的情况也差不多，哈哈。以上三种施工方法在建设海底隧道时，都有一定的适用范围，没法用一种方法打遍天下。下面分别进行介绍。

矿山法：一般适用于围岩较好的地层，这种施工方法对围岩的扰动较大（都用上炸药了 ），如遇到软弱围岩，且如海底这样的有无限补水能力的地层，虽然也有一些防堵水措施，但是成本会比较高，还不太安全。厦门的翔安隧道就是用的该方法，在建设过程中，出现了多次突涌水，出现了严重的伤亡情况。该方法最早从挖矿挖煤等工程中借鉴而来的，从名字上也能看出来。如前面所介绍，该方法首先需要在开挖面上钻一些炮眼，然后将炸药放进炮眼里，关于炮眼位置布置，各炮眼内放置的炸药量，都由爆破相关的专业人员事先设计过的，以保证炸完后的隧道断面轮廓大致跟设计的吻合；随后爆破，在爆破结束后，炸碎的围岩立即用渣土车运走，同时对新炸出来的隧道壁进行混凝土初喷，在隧道周围形成一层柔性的混凝土支护（专业上叫做初支），并进行锚杆支护（粗陋点说就是将钢管插入隧道周围的岩土中，必要时从钢管中向围岩注浆，使隧道周围的岩土更好的成为一个整体，提高强度，也有一定的防水作用）。随后进行下一次的爆破，与此同时，在已经完成的初支上铺设排水管、防水板等防排水设施，然后采用模板台车进行二次衬砌的施工。也就是说，在一次衬砌和二次衬砌之间，存在着排水和防水设施，理论上能够很好的解决地层中的水渗入隧道。当然，事实并没有这么完美啦，相关科研人员还在努力研究中！

沉管法：顾名思义，就是将一根一根管子沉入海中，在沉管之前，需要对沉管位置的海床进行正平、加固处理。然后采用拖船将管子从海边的工厂托运至沉管位置的海面，此时，管子两段是密封的，管子内充满空气，需要用一定的力将其沉入海底，在管子连接好后，才将密封结构去除，并在隧道上方和侧面用碎石等进行覆盖，在一定程度上防止隧道上浮。另外，管节和管节之间设置了橡胶密封圈和其他的防水措施，同样在理论上也是能够起到较好防水作用的。由于需要在海水中运、沉、拼管节，因此在水流较急的海域是不适用的。此外，沉管法对海床条件也是有一定要求的。

盾构和TBM：国内一般管软土掘进机叫盾构，硬岩掘进机叫TBM。目前，海底隧道用得比较多的还是盾构中的泥水平衡式盾构机，其主要采用带压力的泥浆对开挖面进行支护，期望在开挖面形成透水性弱的泥膜，来平衡开挖面前方的水土压力，防止开挖面的水土涌入。在盾构机的尾部，随着盾壳脱出拼装好的管片环，在盾尾同时向管片和围岩之间的间隙（专业上称为盾尾间隙或建筑间隙）注入浆液，这层注浆层在一定程度上也起到盾构隧道防水的第一道屏障作用了。另外，混凝土管片具有自防水性能，管片之间设置了防水密封垫，一般采用两道，国内普遍采用三元乙丙橡胶和复合式密封垫（三元乙丙和遇水膨胀橡胶组合材料）作为两道防水垫。以上是主要的防水措施，细节就不赘述了。当前，海底长大盾构隧道的建设施工依然存在很多难题需要解决，如防水密封垫在海底高水压下的防水性能及百年使用期限内的耐久性；泥水在海水环境下成膜效果；长距离泥水输运问题；盾构长距离掘进刀具磨损及更换难题；海底断裂带可能对盾构隧道的影响等等，一系列难题都有待科研人员的攻关！