桥岛隧组合跨海通道的最新建设技术 - 图文 

18Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx桩基础可采用两种不同类型的桩：钢打入桩或RC钻孔灌注桩。表2中的前4座BIT组合桥梁以及上海长江隧桥采用了打入桩或钻孔桩基础。其中，旧金山—奥克兰海湾大桥保持了水下最深基础的纪录（水下74 m [4]），切萨皮克湾跨海大桥是第一座采用预制预应力圆柱式混凝土空心桩桥梁基础的大桥[5]。沉井基础是一种由RC或钢制成的水密围护结构，将其沉入地下达到一定深度后，填充混凝土形成基础。表2中的其余3座BIT组合桥梁采用沉井基础，沉井基础在岸上预制，从岸上运到现场，然后在现场沉置。大贝尔特桥东段采用了最大的钢筋混凝土沉井，桥塔基础沉井长78 m，宽35 m，深20 m，重3×104 t，锚碇基础沉井占地面积为6100 m2，质量为5×104 t [10]。巨济大桥475 m跨度斜拉桥的桥塔基础采用了最大的钢沉井 （图4）。该沉井占地面积为38 m × 20.5 m，深度为14 m，重量为2600 t [8]。3. 人工岛建设天然岛或人工岛均可用于连接桥梁与隧道，或实现从桥梁到隧道的过渡。如果规划项目区内没有天然岛，则必须建造人工岛。人工岛大小不一，功能各异，历史悠久。近代以来，用于陆上运输的人工岛已成为桥梁的墩台基础、隧道的通风塔以及衔接桥梁与隧道之间的交通通道。可通过两种主要方式填海造地形成人工岛：利用既有小岛或礁盘填筑成人工岛，以及直接填海造地建成人工岛。3.1. 在小岛或礁盘填筑，然后保护堤岸填海造地的传统方法是选定浅水区小岛或礁盘的位置，然后用石头和其他建筑材料将其扩大。所需的人工岛填造地形成后，有必要建造堤岸防护结构。通过填海造地建造的人工岛包括东京湾横断道路[11]的木更津岛和厄勒海峡大桥[12]的佩伯霍尔姆（Peberholm）岛等人工岛。上述人工岛起到了从海底隧道到桥梁的过渡作用。3.2. 先围海，再造地另一种方法是围堰造地。过去，通过向水中倾倒散（a）“天鹅”号浮吊船；（b）“小天鹅”号浮吊船。图3. 巨型浮吊船。

料建造围堰，目的是形成围封水域的岸堤。板桩是一图4. 巨济大桥使用的桥塔钢沉井。EL：标高。单位：m。Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx19种围封水域的方法，该方法通常用于浅滩水域。如果所需填造的人工岛场地不大，则可选择沉置预制沉井。建造东京湾横断道路[11]的川崎岛时就采用了这种方法 （图5）。沉井也充当了盾构机的盾构始发竖井，在运行过程中成为隧道通风塔。软土地基上的人工岛偶尔会出现长期沉降。这不仅对岛上防护结构的功能有害，而且也不利于桥梁与隧道的转换连接。软土地基的改善很重要。常用的方法包括用砂（即夯实砂桩或SCP）或水泥（即深层水泥搅拌桩或DCM）代替软土。另一种方法涉及桩基础的应用，然而，这种方法花费更高。隧桥的BIT组合项目[13]应用了沉管隧道。这条隧道是当时世界上最长的沉管隧道，也是第一条建在两个人工岛之间的隧道。 1994年修建了连接英国和法国的英吉利海峡隧道（Channel Tunnel），这是隧道掘进机（TBM）在海底隧道建设中的首次成功应用。同一建设时期的大贝尔特铁路隧道的建设，由于海水浸入淹没了TBM（1991年），该工程的竣工时间迟于海峡隧道。因此，该项目说明了施工前测量的重要性。在地震区，地震作用是必须解决的另一个关键问题[14]。4.1. 沉管隧道BIT组合项目中采用的沉管隧道与其他水域采用的沉管隧道差别不大。早期沉管隧道的预制通常利用造船码头先在干坞内预制成型钢管，然后再运输到预定位置沉放安装[15]。汉普顿道路隧桥也采用了这项技术。随着沉管隧道技术的发展，钢筋混凝土（RC）沉管隧道建设的应用越来越广泛[16]。根据隧道的地质条件以及施工和运行过程中需要考虑的荷载，可将隧道管件设计4. 跨海隧道建设旧金山—奥克兰海湾大桥由通过芳草岛上的隧道相连的东桥和西桥组成。这条隧道实际上是一条山岭岩石隧道（宽23 m，高18 m，长160 m），因此不同于涉及水下隧道建设的其他BIT组合项目。BIT项目的本质之一是建设海底隧道。汉普顿道路。图5. 川崎岛。单位：mm（Reproduced from Ref. [11] with permission of Ingenta, ?1993）

20Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx并预制成整体式管节或节段式管节。如表3所示，最近20年建成的BIT项目中，节段式RC沉管隧道包括厄勒海峡大桥[12]、巨济大桥[17]和港珠澳大桥。用钢壳预制的沉管隧道通常为整体式管节。汉普顿道路隧桥和切萨皮克湾隧道大桥项目是整体式沉管隧道范例。在建造沉管隧道时，通常遇到的挑战包括开挖隧道基槽，软土地基处理，隧道管节预制、运输、下沉和对接，然后回填覆盖固定。早期在建造沉管隧道时，主要通过安装在驳船上的挖掘机开挖槽沟，并采用拖船拖运管段。用缆机来下沉悬挂在驳船之间的管段。沉管隧道的加固处置有先处理和后处置两种不同的方法基础。后一种方法是在管段覆盖稳定后，在其底部表3?BIT项目的沉管隧道Conditions

FunctionLength (km)Cross-section (m)

Depth to bottom (m) (below sea level)Strata

Earthquake zone

Design

Trench

Element (or section)

EquipmentFoundationTypeNumberLength

Construction

Prefabricating siteTowing shipSunk facilities

a

注入喷射砂或砂流；另一种方法是先用碎石铺一层碎石基层，然后再沉放沉管管节。软土地基的沉管基础也可采用桩基础。4.2. TBM隧道虽然仅有3条BIT工程项目的隧道使用TBM建造，但每条TBM隧道均打破了复合地基或软土地基的现有纪录（表4）。大贝尔特桥[18]用于铁路运输。9.6 km东京湾跨海公路及其联络线[19]的双线隧道使用了8台TBM进行盾构施工，每台TBM掘进了大约2.4 km。当两台护盾式盾构机在管道部分中心相遇时，使用地层冻结技术在海平面以下60 m处进行连接。为了适应地Hampton Roads Bridge Tunnel?resund Fixed LinkRoad2.06 + 2.06?11.1 (?9.9)a33.9

River sedimentsNodiggerGravel-bed

Monolithic double-shell steel231 × 90 mShip-dock2 tugs

Steel framework straddling

between two barges

Road and rail3.5138.8 × 8.630

Busan–Geoje Fixed LinkRoad3.2426.46 × 9.9750

HZM BridgeRoad6.737.95 × 11.444.5

Soft clay, sandYes

Limestone, glacial depositsSoft clay, medium sandNodredger

Screed gravel-bed, with hydraulic jack-up on wharf bargeSegmental RC rectangular box228 × 22 mFactory4 tugs

188 × 22.5 mOpen dry dock4 tugsNo

338 × 22.5 mFactory12 tugs

Pontoon with external positioningsystem

? is the diameter of a cross section of the immersed tube. The number in parenthesis is the inner diameter, the other one is outer diameter, of the tube.

表4?BIT项目的TBM隧道Conditions

FunctionLength (km)

Depth to bottom (m) (below water level)Strata

Earthquake zone

Design

Linings

SegmentsDimensions (mm)Inner lining (mm)

Construction

TBM

TypeDiameter a (m)Number

EPB: earth pressure balance.

a

Great Belt Fixed LinkRail8.02 + 8.0275

Trans-Tokyo Bay HighwayRoad9.6 + 9.660

Shanghai Yangtze River Tunnel and BridgeRoad7.47 + 7.4750

Soft clay, medium sandYes9 + 1650 × 200WithoutMixed-slurry?15.432

Glacier residuals, mud limestoneSoft depositsNo5 + 1400 × 1650WithoutEPB ?8.74

Yes11 + 1650 × 1500300 (RC)Slurry?14.148

Here, diameter is referred to the bore diameter of the TBM tunnel.

Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx21震作用并确保耐久性，在管片衬砌的基础上还设计了300 mm厚的二次衬砌。通风是海底长隧道的另一个关键问题[20]。在东京湾跨海公路及其联络线项目中，将一个预制RC沉箱拖运到现场，然后沉置作为4台隧道掘进机的盾构始发竖井。上海长江隧桥[21]保持了当前运营公路隧道最大直TBM的纪录，也保持了在砂质软土地基径（15.43 m）上不用更换刀盘的最长盾构距离（7.0 km）的纪录。从2013年开始，美国华盛顿州西雅图SR99隧道项目使用了更大的土压平衡式（EPB）隧道掘进机（?17.45 m）。在建的屯门至赤鱲角连接路是另一条经海底隧道通往香港国际机场人工岛的路线，全长4.2 km。该项目于2015年动工，采用了?17.6 m混合护盾TBM。如图6所示，大直径TBM隧道将继续保持需求。新的桥梁、人工岛和隧道施工技术。跨海大桥的关键施工技术可分为通航孔桥、非通航孔桥和深水基础施工技术。大跨度悬索桥和单主跨或双主跨斜拉桥对通航孔桥做出了最突出的技术贡献。非通航孔桥最重要的方面是采用大型浮吊船进行整孔梁吊装的方法，以及结构材料从混凝土到钢，最后到钢-混凝土组合结构的演变。跨海大桥的深基础主要由打入桩和钻孔桩基础或混凝土或钢沉井基础组成。人工岛建设的两种主要方法如下：①利用小岛或礁盘先填海筑地，然后再建造堤岸保护结构；或者②先围海，再填筑造地。两种主要的海底隧道施工方法包括沉管隧道法和TBM法。沉管隧道建设中必须通过技术创新来克服的重大挑战包括：基槽开挖，软土地基处置，管段预制，管节运输、下沉和对接，以及用回填覆盖固定。在TBM法中，根据层面条件选择掘进机非常重要。未细致论述的通风和疏散系统是海底隧道技术需要面对的问题。在地震设防的地区，采用二次衬砌TBM隧道和沉管隧道抗震缝等方法来提高隧道的抗震性也是非常重要的技术。5. 结论本文综述了8个BIT组合SCFL项目建设中采用的最 双层三车道。单位：mm（来源：中交公路规划设计院有限公司）（a）单层三车道；（b）。图6. 混合车辆TBM隧道的截面图。References[1] List of bridge–tunnels [Internet]. Wikipedia; [cited 2018 Dec 24]. Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_bridge–tunnels.[2] Nagai M, Yabuki T, Suzuki S. Design practice in Japan. In: Chen W, Duan L, editors. Bridge engineering handbook. Boca Raton: CRC Press; 1999.[3] Shao C. Conceptual design of long span continuous composite box girder bridge. Bridge Constr 2008;1:41–3.[4] Middlebrook RF, Moldova RV. San Francisco-Oakland Bay Bridge. Struct Mag 2014 Feb:26–8.[5] Yordy SW. The Chesapeake Bay Bridge and tunnel parallel crossing. In: Proceedings of the Structures Congress; 2006 May 18–21; St. Louis, MO, USA. Reston: ASCE; 2006.[6] Zuo M. Design and construction of bridge over ?resund Strait. China Harbour Eng 2001;1:5–9.[7] Lu Y, Shao C. Engineering design and key technology research of Shanghai 22Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx[14] Grantz WC. Steel-shell immersed tunnels: forty years of experience. Tunn Undergr Space Technol 1997;12(1):23–31.[15] Rasmussen NS. Concrete immersed tunnel: forty years of experience. Tunn Undergr Space Technol 1997;12(1):33–46.[16] Janssen WPS, Lykke S. The fixed link across the ?resund: tunnel section under the Drogden. Tunn Undergr Space Technol 1997;12(1):5–14.[17] Janssen W, Haas PD, Yoon YH. Busan-Geoje Link: immersed tunnel opening new horizons. Tunn Undergr Space Technol 2006;21(3–4):332.[18] Odg?rd A, Bridges DG. Design and risk analyses for the Great Belt East Tunnel. Struct Eng Int 1995;5(4):216–7.[19] Uchida K. Trans-Tokyo Bay Highway. Struct Eng Int 1998;8(1):7–9.[20] Yamada N, Ota Y. Safety systems for the Trans-Tokyo Bay Highway Tunnel project. Tunn Undergr Space Technol 1999;14(1):3–12.[21] Huang R. The Shanghai Yangtze River Tunnel. Theory, design, and construction. Boca Raton: CRC Press; 2008. Yangtze River Bridge. Shanghai Constr Sci Technol 2006;2:5–8. Chinese.[8] Hu Y, Zhou P. Introduction of Busan–Geoje Fixed Link. World Bridges 2006;4:5–6. Chinese.[9] Gimsing NJ. Cable supported bridges—concept and design. New York: Wiley; 1997.[10] Miller FP, Vandome AF, McBrewster J. Great Belt Fixed Link. Riga: Alphascript Publishing; 2010.[11] Shioi Y, Arakawa T. Man-made islands, Trans-Tokyo Bay Highway, Japan. Struct Eng Int 1993;3(3):155–7.[12] Hampton Roads Bridge–Tunnel history [Internet]. Norfolk: VDOT. c2019 [cited 2018 Dec 24]. Available from: http://www.hrbtexpansion.org/learn_more/ hrbt_history.asp.[13] Yu HT, Yuan Y, Xu GP, Su QK, Yan X, Li C. Multi-point shaking table test for long tunnels subjected to non-uniform seismic loadings—part II: application to the HZM immersed tunnel. Soil Dyn Earthquake Eng 2018;108:187–95.