在重的世界里建设在美国，有许多结构就在我们眼前成形;一座桥、一条高速公路或者一座建筑在建造时很容易被看到。

然而，还有一些结构在建造方法上更加隐蔽，看起来不可见，这就带来了一个问题，“它们是如何做到的?”

隧道都是最好的例子;这项工程直到通车那天才会开始。一种引起人们兴趣的隧道是水下隧道，实现这一目的的一种方法是浸入式隧道。

这种挖隧道的方式是我作为一名工程师职业生涯的大部分时间。经常有人问我，我们是如何在水深达50米的水中，把防水的盒子连成一条链连接在一起的，有些盒子几乎有三层楼那么高。这也是我喜欢设计浸入式隧道的原因之一;这项任务看似不可能完成，但却给城市带来了巨大的好处连接它的人民目的地之间。它的地位真正成为一个城市无形的地标。

让它沉下去——沉管隧道是如何建造的

浸入式隧道是由隧道元素组成的水下隧道，在其他地方建造，然后漂浮和拖到隧道对齐，沉入原地，然后连接在一起。

这种类型的隧道解决方案通常是港口和海底环境的首选，因为其海底以下较浅的深度，允许较短的隧道长度，并更好地连接到海底部分两端的公路网。此外，浸入式隧道的形状是灵活的，以适应不同的项目。

隧道元件建立在铸造池或制造场，分为三种类型之一:

1. 钢壳地道:通常单管采用圆形截面，双管采用双眼形状。钢壳结构由相对较薄的钢和混凝土复合环组成，提供水屏障。压载混凝土放置在壳体外的结构隔板之间形成的袋中。壳体提供了防水环境，可以在制造场预制。由于重量轻，它可以侧向或纵向地提起和发射到水中，对基础不连续性和温度变形的敏感性比混凝土低。与混凝土相比，钢壳的优势是它可以分割成更小的块，在铸造和浮动方面有限制。
2. 具体的隧道:将最终重量的大部分包含在结构构件中的加固结构。混凝土沉管隧道最常用于双管和多管隧道，其矩形形状要求内部有通行间隙，并能很好地适应阻力和重量。
3. Steel-concrete-steel三明治地道:内外表面都由结构钢板构成。钢隔膜板和剪力连接件在内外表面之间使用，并填充无收缩自密实混凝土，消除了钢筋的必要性。

沉在水中的隧道元件的下沉

每一种形式的隧道结构，隧道元素都浸入水中，在它们最后的休息处，彼此连接，形成隧道。每个元件的重量可达8万吨，长度相当于两个足球场。

在制造或铸造隧道构件时，会在海底挖出一条沟渠，隧道最终会在那里停泊;这是该项目的重要组成部分，有时也有争议，需要谨慎地改变海底结构，以尽量减少对海洋的影响海洋环境或者是周围生态环境在隧道工地附近。

过去和未来

的沉管隧道施工这不是一个新的概念，而是在隧道设计中的一种应用，已经使用了100多年，但不像其他隧道方法那样广泛。如今，全世界已建成的沉管隧道数量超过150条，其中大多数用于公路和铁路。

有些水下隧道工程对我来说仍然很重要;它们具有挑战性，但它们改变了城市，连接了社区和商业运营。其中一个项目是世界上最长的水下隧道，全长6公里，连接两个人工岛港珠澳大桥项目在中国。有了新隧道，开车的时间由原来的4小时缩短到30分钟。

我能看到隧道基础设施澳大利亚正在经历一段前所未有的变革时期，不断增长的人口和新兴技术正在改变我们规划、设计和建造这些项目的方式。就像一些横跨亚洲和欧洲的大型隧道一样，澳大利亚未来需要这些工程来运送人民。

浸入隧道元素的连接

悉尼港隧道1992年开通了国内第一条浸没式隧道，每天有超过9万辆车辆使用。由Aurecon公司设计，作为连接世界上最大的城市之一的海底隧道，它真的是一个无形的地标，位于标志性的海港大桥和歌剧院之间。对于澳大利亚的城市来说，浸入式隧道是一个很好的解决方案，既能运送人们，又能适应城市化环境的限制。

在野兽的肚子里-浸入隧道的好处

浸入式隧道的主要优势在于，它比其他选择要划算得多，比如在水下铺设隧道(如果地质和地震活动等因素确实有可能的话)，或者建造一座阻碍水景的桥。沉管隧道的其他优点:

• 路面覆盖较浅，长度较短，道路网络连接较好。
• 隧道横断面具有高度的通用性，特别适用于宽阔的公路和公路/铁路联合穿越。
• 当壕沟被疏浚并暴露出来时，没有不可预见的地面风险。
• 通过提供剪切键和纵向锚栓来抵抗地震活动。
• 施工安全(例如，在干船坞工作，而不是在河底钻孔)。
• 配置文件的灵活性(尽管这在一定程度上取决于连接隧道类型的可能性)。

但是环境和位置必须正确，因为工程师在设计浸入式隧道时需要考虑很多变量:

• 天气
• 季节性潮汐水平
• 港床密度
• 海流
• 海港河床淤积
• 港床状况
• 提供本地承包商的设备和专业知识

这就是海洋、土木、路线、隧道系统、岩土工程而且隧道工程师扮演着至关重要的角色。正确设计隧道形状是工程的关键;圆形、椭圆形或长方形，为跨水隧洞的地质概况、通风要求及需通过隧洞处理的交通量。

附近的制造场对沉水隧道工程很重要，可以降低漂浮和牵引隧道构件的风险。此外，铸造池应该有足够的深度，能够漂浮和牵引隧道元件，因此其地层工程需要广泛的设计和建造。沉管隧道工程的工程师在选择浇筑池和制造场地时，重点考虑了地形、地质和岩土方面的因素。

其他关键考虑因素包括:

• 用于拖曳和下沉隧道元件的设备
• 港湾床基础型式
• 隧道元件和接头的防水(吉娜垫圈和欧米茄密封)
• 浸没接头和最终闭合接头的方法
• 海上疏浚工程
• 围堰用于连接隧道两侧的截盖
• 对周围环境和海洋生物的影响

沉管隧道断面设计

沉管隧道构件的截面设计需要认真计算。在临时条件下，它需要足够轻，以允许它漂浮并从制造池拖到隧道一侧。另一方面，隧道构件需要有足够的重量，以保证其在水下永久位置下的抗隆起安全。

沉管隧道的断面设计取决于隧道的用途和目的;公路、铁路或两者兼而有之，或通风。这些是内部尺寸的决定因素。需要考虑的其他问题有:

• 水密度(港口水深)
• 建筑材料重量
• 临时设备重量
• 内部设施要求
• 隧道设计的标准和交通量
• 与现有航道和海上作业相结合

紧急出口、通风、服务、道路排水、道路几何形状(超高、坡度和水平和垂直曲率的视线距离)也在横断面设计中发挥重要作用。

截面几何的设计对水的密度和建筑材料的变化非常敏感;尺寸不准确;以及临时设备运输所需的重量、临时安装和永久状态。

根据浮力校核确定的尺寸，在极限和使用极限状态载荷条件下对隧道截面进行结构校核。

到目前为止，在撰写这篇文章时，我已经接触到了沉水隧道的设计和施工，但工程师在地下隧道中的角色还有另一个方面，那就是风险和安全．在建造这些现代奇迹的过程中，设计和建造沉水隧道的变量要求非常精确。它需要时刻保持警惕，敏锐的适应性和对不断变化的环境的细微调整。现代的进化数字工程是一个帮助设计师识别和最小化项目风险的平台，我很高兴地说，它将继续存在。

沉水隧道的回填

通过隧道的数字干扰

由于沉水隧道的设计、安全和风险等方面的考虑，施工人员和工程师必须及时获取准确、详细的数据。数字工程工具可以帮助实现这一点，如果使用有效的方式。

二维图纸在工程中仍有一席之地，因为它们被用于施工，但3D模型可以容纳隧道系统设计的数据集。模型通过允许工程师生成需要结构设计和系统之间复杂协调的设计来提供价值。图形界面使可定制的设计工作流能够同时发生，工作节点可以连接到特定的任务和输入。

通过定义不同的参数，用3D表示隧道截面的不同尺寸，可以自动确定隧道构件和压载混凝土的重量。尺寸和重量可以导出到浮力检查程序几次迭代，直到确定最佳尺寸。

采用沉管隧道浮力验算模型，可显著提高验算过程的有效性和效率。此外，隧道构件的尺寸可以输出到数字结构分析模型程序，以便使用和极限极限极限状态检查。

从手动生成2D设计计划到采用“智能”数字流程因为浸入式隧道也将有助于合作和共同创建这些现代“隐形”运输网络。

隧道在群山、河流、海湾甚至海峡之间的商业和旅行中扮演着重要的角色。随着智能技术的发展，设备、流程、数字技术和隧道系统的改进正在进入一个全新的时代，使我们能够改进设计和建造浸入式隧道的方式。

我很自豪能够为建设浸入式隧道做出贡献，让世界上一些最大城市的居民的出行更快、更方便、更安全、更容易，我也期待着迎接未来我们建设方式的变化公路、铁路和公用设施隧道．

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关于作者

CK曾他是Aurecon的基础设施技术总监，在该行业拥有20年的经验。作为隧道、地铁和公路项目的项目经理和总监，他参与了许多世界知名的隧道项目。其中包括在香港的屯门-赤立角连接工程中使用世界上最大的海底隧道掘进机，以及在中国的港珠澳大桥项目中使用世界上最长的连接两个人工岛的海底隧道。

曾俊华赞赏隧道在现代社会基础设施的输送和维修方面所起的重要作用。他著有多篇有关隧道及运输基建的技术论文，并在香港科技大学担任隧道及洞穴工程的兼职讲师。