【52监测网讯】第210期 高速铁路海底隧道技术难题及应对策略
 52监测网专家报告分享-第210期 《高速铁路海底隧道技术难题及应对策略》 中国铁路设计集团有限公司 目录 一、高速铁路海底隧道建设概况及特点 二、高速铁路海底隧道技术难题及应对策略 三、高速铁路海底隧道智能建造技术展望 内容介绍 一、高速铁路海底隧道建设概况及特点 （一）国内外铁路海底隧道统计数据 随着现代化勘察设计手段、装备制造、建筑材料及施工技术的发展，海底隧道因抵抗恶劣气候能力强、对环境影响小、战备功能高等优点，逐渐成为穿江越海的重要选择，已建及在建的铁路海底隧道典型工程如下：
（二）典型高速铁路海底隧道工程建设的重难点 中国铁设勇担“交通强国、铁路先行”使命，以EPC总承包方式负责汕头湾、湛江湾两座海底隧道的建设工作，并开展了渤海海峡跨海通道等海底项目的前期研究工作。
（三）高速铁路海底隧道面临的挑战 “建设环境复杂，运营标准严苛”，目前穿江越海的水下隧道仍有众多设计难题亟需解决，跨海隧道尤甚。
二、高速铁路海底隧道技术难题及应对策略 技术难题之行车速度高——优化隧道断面 基于空气动力学效应，在满足高速行车要求的前提下尽量减小隧道开挖直径，降低工程风险、优化工程投资。
技术难题之行车速度高——确定隧道合理埋深 开展仿真计算及模型实验确定冲刷包络线；建立全尺度地层结构模型，冲刷深槽多尺度计算模型，获取海床冲刷下的隧道变形规律。确定隧道合理埋深，保证隧道结构横断面形变、纵向不均匀沉降满足高速行车要求。
海底隧道合理埋深还需考虑“环境影响”，若埋深过浅，开挖扰动可能造成海底环境变化，如海水翻涌等，且容易形成水流通道，影响工程安全。
技术难题之行车速度高——结构针对性设计 通过“提升结构纵向刚度，超前加固软弱地基，合理选择隧道断面，复杂段落特殊处理”，有效规避运营期轨道差异沉降风险，实现“差异沉降不超限、满足轨道不平顺”的目标，确保高速列车平稳运行。
技术难题之行车速度高——应用健康监测技术 健康监测技术应用于高速铁路海底隧道内，动态获取隧道结构的应力、变形、裂缝发展、钢筋锈蚀程度，轨道平顺度等服役参数，建立多指标量化分级综合评估体系，科学评价结构服役状态，为高铁安全运营保驾护航。
技术难题之掘进距离长——盾构选型及适应性设计 针对掘进困难段落，如：单一硬岩地层、复合地层、极软极硬等特殊地层，需合理确定盾构选型及配置方案，并对盾构主驱、密封、刀盘刀具等关键部件进行针对性设计，满足长距离掘进要求。
技术难题之掘进距离长——优化施工组织 相较于长距离独头掘进，可采用“双向掘进、海底对接”的方式，降低掘进长度，提高掘进可靠性，缩短工程工期。
渤海海峡通道跨老铁山水域海底隧道 (42km) 是控制工期的关键工程，结合海底地质条件，考虑隧道掘进机技术、施工技术发展等因素，创新提出了“服务隧道超前正洞接力方案”。
技术难题之工法需求多——因“地”制宜，组合施工 长大海底隧道隧址区地质复杂多变，单一工法难以满足掘进需求，应从地质条件、施工难易、掘进安全、工程造价等方面综合比选，多种施工方法组合配套，因“地” 制宜，形成最适宜工程需求的掘进施工方案。
技术难题之地质条件复杂——多维度精细化勘测 通过海面钻探、海面物探，超前地质预报等手段对隧址区潜在的断层破碎带、淤泥软土、富水地层等风险源进行“摸排”，依据地质详情对“症” 下药，确保隧道安全穿越不良地质区域。
技术难题之防水要求高——海域矿山防水 海域矿山段可根据水文地质情况，按照“结构防水、阈值泄压”的全包防水或“注浆堵水、限量限排”的半包防水理念进行设计，通过防排结合，多道设防的方式保证防水效果安全可靠。
技术难题之防水要求高——盾构段防水 盾构段采用“合理确定密封垫道数、位置、截面形状以及加强螺栓孔防水”等措施，并通过实验检验”正常拼装、张开、错台”工况下的“静态、振动”极限防水能力，确保盾构段隧道在高压海水的作用下不渗漏。
技术难题之侵蚀作用强——提升结构耐久性能 为规避海底隧道在水土荷载、高水压和离子侵蚀的耦合作用下出现钢筋锈蚀、螺栓锈蚀、衬砌开裂剥落、渗漏水等病害，可通过提高现浇混凝土等级，预防混凝土开裂，涂膜保护钢筋等方式提高结构耐久性能。
技术难题之地震烈度高——抗震抗断设计 地震作用极易导致活动断层、软弱地层及破碎带处的隧道结构裂损错位，危机行车安全，甚至引发海水倒灌等严重灾难。为此，提出综合运用节段设计、减震消能、加固地层、预留空间、优化断面等手段，规避或降低地震危害。
新技术应用——接触网基础预埋槽道技术 湛江湾海底隧道率先实现在大直径铁路盾构隧道中应用“预埋接触网槽道技术”，可有效消除后植锚栓引起的运营安全隐患，大幅提高接触网基础的使用寿命。拓展形成“预埋槽道管片制作及质量控制”与“预埋槽道管片拼装定位控制”两大核心技术，并制定相关标准体系。
新技术应用——超大直径盾构机海底无损拆解 海底隧道采用“一头钻爆一头盾构掘进”组合工法施工时，常面临盾构机拆解及吊出难题。传统“暴力拆机”会导致设备残值严重损耗。汕头湾设置海底大跨度拆解洞室实现盾构机的整体无损拆解及吊运，最大程度保留设备残值，降低工程投资。
三、高速铁路海底隧道智能建造技术展望 • 精细化勘察。海底隧道勘察手段与方法仍以钻探和海面物探为主，直接从海床面物探的手段不足，盾构洞内超前地质预报技术也亟需完善，应进一步推动勘察技术转型升级，适应海底隧道技术发展的需要。 • 智能化施工。关注盾构施工无人化技术的研发和推广，加速构建海底隧道施工数智化的技术框架，进一步提高海底隧道智能施工技术。
• 信息化管理。制定统一的海底隧道管理平台管理办法和标准要求，形成智能勘察、设计、施工及运营管理，实现隧道全过程管理的信息化、数字化、智能化、规范化 • 全生命周期管理。加快海底隧道长期监测技术及系统的发展，以数据采集和评价为核心，注重海底隧道运营风险及运营状况的动态反馈，实现全生命周期管理。
近年来，国家不断推进交通基础设施联通建设，琼州海峡隧道、渤海海峡隧道以及台湾海峡隧道等世界级跨海隧道工程已开始论证规划。作为海峡交通运输网络中的关键节点，长大海底隧道的建设仍面临着严峻挑战，应基于现有勘察设计经验，尽可能预见风险、技术创新、优化方案、保障安全，提高效率，节约成本，为拉进海峡两岸距离，促进区域经济发展做足技术储备！
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