国内沉管隧道数据统计与发展分析

郭建民, 单联君, 马铭骏

(广州市市政工程设计研究总院有限公司， 广东 广州 510060)

0 引言

1910年，第1座应用于水下交通运输的沉管隧道在美国底特律修建[1]，采用钢壳钢筋混凝土圆形断面形式(外层钢壳仅起防水和模板作用)。这种结构类型的沉管隧道一直应用到了1942年，甚至20世纪60—70年代还在部分工程中应用，如香港红磡隧道[2]。随着钢筋混凝土技术的发展，自1942年荷兰修建了第1座钢筋混凝土矩形断面沉管隧道后，钢筋混凝土矩形断面沉管隧道的运用逐渐成为主流。在20世纪末，日本开始采用钢壳混凝土组合结构型式的沉管隧道，并先后修建了2座钢壳混凝土组合结构沉管隧道[3]。钢壳混凝土组合结构是一种在双层钢板间充填自密实混凝土后，钢壳与混凝土共同作用的组合结构型式[4]。

国内沉管隧道修建则起步相对较晚。香港自1969年开始修建沉管隧道，并在1969—1997年先后修建了5座沉管隧道[2]; 中国台湾则在1981年修建了高雄港过港隧道; 中国内地自1988年开始修建宁波甬江隧道和广州珠江隧道。在这之后，国内沉管隧道工程项目投资力度不断加大，尤其是进入21世纪后，随着港珠澳大桥工程的修建，国内沉管隧道的建设项目迅速增加。查阅相关文献发现，目前国内在沉管隧道现状分析上存在数据统计不全面、总结不及时的情况。为更全面地了解国内沉管隧道现状及把握未来发展趋势，本文按照所在区域，开工时间，隧道结构类型及断面形式，管节宽度、高度及数目，沉管总长，管节预制方式，应用领域等维度梳理国内已建、在建及拟建的沉管隧道项目，并根据不同应用领域介绍典型沉管隧道项目及进行沉管隧道技术展望。

1 国内已建、在建及拟建沉管隧道现状

20世纪90年代以来，国内沉管隧道建设数量增加，尤其是珠三角地区。经调研，截至2022年底，国内已建沉管隧道数量为20座，在建沉管隧道数量为10座，拟建沉管隧道数量为6座，沉管隧道分布如图1所示。对截至2022年底国内已建、在建及拟建的36座沉管隧道进行统计，结果见表1—3。

图1 国内已建、在建及拟建沉管隧道分布示意图Fig. 1 Distribution of immersed tube tunnels built, under construction or to be built in China

表1 国内已建沉管隧道统计Table 1 Statistics of immersed tube tunnels constructed in China

表2 国内在建沉管隧道统计Table 2 Statistics of immersed tube tunnels under construction in China

表3 国内拟建沉管隧道统计Table 3 Statistics of immersed tube tunnels to be built in China

2 分类统计

2.1 所在区域

目前，国内沉管隧道项目主要集中在我国华南地区，尤其是珠三角地区，如图2所示。华南地区(含香港和澳门)已建、在建及拟建沉管隧道共27座，占比达到75%，其中广东省共21座。

图2 国内各地区已建、在建及拟建沉管隧道项目数量Fig. 2 Statistics of immersed tube tunnels built, under construction or to be built by provinces and regions

在修建沉管隧道项目的城市中，广州沉管隧道项目最多(共14座)，其中已建、在建及拟建沉管隧道项目分别为4、7、3座。香港是已建沉管隧道项目最多的城市，共7座。各城市沉管隧道数量统计见图3。

图3 各城市沉管隧道数量统计Fig. 3 Statistics of immersed tube tunnels by cities

2.2 开工时间

截至2022年底，国内已开工沉管隧道项目共30座，各项目开工时间轴如图4所示。可以看到，国内第1座沉管隧道项目红磡海底隧道于1969年在香港开工建设，中国内地于1988年先后开工修建宁波甬江隧道及广州珠江隧道。其中，珠江隧道于1993年建成，为中国内地第1座沉管隧道。进入21世纪后，随着国内基础设施建设投资力度的加大和沉管隧道技术的成熟，沉管隧道项目迅速增加。

图4 国内沉管隧道项目开工时间轴Fig. 4 Time axis for commencement of immersed tube tunnels in China

2.3 隧道结构类型及断面形式

按组成材料不同，沉管隧道可分为：1)钢筋混凝土沉管； 2)钢壳沉管，包括单层钢壳钢筋混凝土沉管或双层钢壳钢筋混凝土沉管(钢壳仅做为防水和模板)以及双层钢壳混凝土组合结构沉管(钢壳与混凝土协同受力)。

截至2022年底，国内已建、在建及拟建沉管隧道项目以钢筋混凝土结构为主(占比89%)，仅已建红磡海底隧道采用单钢壳钢筋混凝土结构， 在建的深中通道海底隧道和拟建的广州塔隧道、琶洲西隧道均采用钢壳混凝土组合结构，其余32座隧道均采用钢筋混凝土结构。已建、在建及拟建沉管隧道项目结构类型占比如图5所示。

图5 已建、在建及拟建沉管隧道项目结构类型占比Fig. 5 Proportion of structure types of immersed tube tunnels built, under construction or to be built in China

另外，目前国内已建、在建及拟建的沉管隧道项目中，仅有20世纪70年代建成的香港红磡海底隧道及荃湾线地铁过海隧道采用双圆断面，其余均为矩形断面。

2.4 管节宽度、高度及数目

目前，国内沉管隧道项目管节宽度最小仅为11.5 m、管节高度最小仅为6.4 m(沈家门港海底隧道)、管节宽度最大为55.46 m(深中通道海底隧道截面最大处)、管节高度最大为11.4 m(港珠澳大桥沉管隧道)。说明沉管隧道断面形式布置灵活，既可应用于小型人行隧道，又可应用于大型交通隧道。国内已建、在建沉管隧道横断面面积及沉管总长分布如图6所示。目前国内已建及在建沉管隧道项目中，管节横断面面积位居前3位的隧道工程依次为深中通道海底隧道、港珠澳大桥沉管隧道、外环隧道。

圆圈大小代表沉管总长，圆圈越大，沉管总长越长。图6 国内已建、在建沉管隧道横断面面积及沉管总长分布Fig. 6 Distribution of cross-sectional areas and total lengths of immersed tube tunnels built and under construction in China

除仍在规划设计中的鸿福西路—银龙路隧道、榕江新城隧道外，国内其余34座沉管隧道项目管节数目在3～33节。其中，管节数目大于等于20节共3座隧道、管节数目大于等于10节且小于20节共10座隧道、管节数目大于等于5节且小于10节共8座隧道、管节数目大于等于3节且小于5节共13座隧道。

2.5 沉管段总长度

国内沉管隧道项目沉管段总长在5 km以上的隧道有2座，分别为港珠澳大桥沉管隧道(5 664 m)和深中通道海底隧道(5 035 m)；沉管段总长在3～5 km的隧道有1座(大连湾海底隧道，为3 035 m)；沉管段总长在2～3 km的隧道有1座(沿江高速前海段沉管隧道，为2 310 m)；沉管段总长在1～2 km的隧道有7座；其余25座沉管隧道项目沉管段总长在0.15～1 km。

2.6 管节预制方式

管节预制方式有工厂+码头、旁建干坞、移动干坞、船厂+码头、预制工厂、轴线干坞和独立干坞。其中，深中通道海底隧道采用了船厂及预制工厂2种管节预制方式。较多采用的管节预制方式为独立干坞和轴线干坞，分别为14座和9座。沉管隧道管节预制方式如图7所示(除仍在规划设计中的榕江新城隧道外，共统计了35座沉管隧道)。随着港珠澳大桥沉管隧道成功采用预制工厂制作管节，采用预制工厂制作管节的沉管隧道项目有增多趋势，目前共有4座，主要集中于多管节、长距离的沉管隧道项目中。

图7 沉管隧道管节预制方式Fig. 7 Prefabrication methods for elements of immersed tube tunnels

2.7 应用领域

国内已建、在建及拟建的沉管隧道项目中，荃湾线地铁过海隧道、香港机场铁路隧道、地铁沙中线过海隧道为铁路隧道，珠江隧道、香港东区及西区海底隧道、佛山东平隧道为公铁合用隧道，沈家门港海底隧道为人行隧道，其余28座均为市政(公路)隧道。

随着沉管技术的发展及交通需求的增加，沉管隧道车道数目从早期的单向2车道(1座)和双向4车道(12座)，发展到现在的双向6车道(14座)及双向8车道(5座)。

3 沉管隧道应用领域与代表工程

3.1 过江(海底)市政(公路)隧道

3.1.1 香港红磡海底隧道

于1972年建成的香港红磡海底隧道是国内第1座沉管隧道，沉管隧道长1 602 m。隧道采用单钢壳钢筋混凝土结构，为双圆断面(如图8所示)，宽度为22.16 m，高度为11 m；共有15节管节，管节长度介于98.7～113 m，采用混凝土刚性接头止水。红磡海底隧道管节预制采用工厂+码头方式，即在红磡海边设临时制造工厂制作钢壳，并移至邻近海边浇筑混凝土。

图8 红磡海底隧道管节预制场景图Fig. 8 Scene for element prefabrication for Cross-Harbor tunnel in Hong Kong

3.1.2 台湾高雄港过港隧道

台湾高雄港过港隧道建成于1984年，是台湾第1座也是目前唯一一座水下沉管隧道，为双向4车道，旁设摩托车道及管廊。隧道沉管段长720 m，分为6节沉管，采用钢筋混凝土矩形断面结构型式。隧道的基础垫层采用后铺法中的灌砂法，并首次在灌砂的砂水混合料中掺入水泥熟料，以提高地震时基础的抗液化能力[5]。

3.1.3 洲头咀隧道

洲头咀隧道位于广州珠江后航道，建成于2015年，隧道长1 287 m，沉管段长340 m。该隧道为双向6车道隧道，总高9.68 m，总宽31.4～39.36 m[6]，是国内首座变截面沉管隧道[7]。洲头咀隧道横断面尺寸如图9所示。隧道共分为4节管节，每节长85 m，采用轴线干坞预制，过江沉管隧道施工采用临时模袋砂与钢板桩组合围堰技术。洲头咀隧道变截面管节浮运出坞如图10所示。在隧道建设过程中，通过2次斜向往返平移技术实现对隧道线位上一级文物德国教堂的保护。隧道建成后，与珠江隧道实现联动监控和管理，体现了集约化隧道管理理念。

图9 洲头咀隧道横断面尺寸图 (单位: cm)Fig. 9 Cross-sectional dimensions of Zhoutouzui immersed tube tunnel (unit: cm)

图10 洲头咀隧道变截面管节浮运出坞Fig. 10 Floating transportation of elements with variable sections of Zhoutouzui tunnel out of dock

3.1.4 港珠澳大桥沉管隧道

于2018年建成的港珠澳大桥沉管隧道是我国第1座外海沉管隧道，是目前国内沉管隧道项目中沉管总长最长(共5 664 m)、管节数目最多(共33节)、管节长度最长(180 m)的隧道，同时也是目前世界上已建成的最长公路沉管隧道。港珠澳大桥沉管隧道建设环境异常复杂，地基软土深厚且上覆荷载高于常规沉管的5倍，通过半刚性沉管、记忆支座、复合地基+组合基床等系列措施解决了施工难题[8]。其中，港珠澳大桥沉管隧道创造性地采用半刚性管节，保留了小节段管节间的纵向预应力，以实现在增强结构的同时提高水密性的目的[9]。港珠澳大桥沉管隧道的建设对我国沉管隧道技术的发展具有重要的推动作用[10]。

3.1.5 深中通道海底隧道

深中通道海底隧道于2016年开工建设，是国内第1座采用双层钢壳混凝土组合结构的沉管隧道，也是世界上首次将双层钢壳混凝土组合结构应用于双向8车道的隧道[11]。不同于钢壳钢筋混凝土沉管隧道(钢壳仅做模板和防水)，钢壳混凝土组合结构的内、外面板及横向加劲肋为主要受弯构件，而内部混凝土则主要承受压力作用，并结合内部纵向加劲肋及焊钉提高钢板稳定性，纵横隔板则形成混凝土浇筑独立隔舱。钢壳混凝土组合结构具有承载能力大、材料使用率高、防水及耐久能力强和抗震性能好等优点[12]。钢壳混凝土组合结构的应用填补了国内在该技术领域的空白。此外，深中通道海底隧道沉管段总长(5 035 m)和管节数目(32节)均仅次于港珠澳大桥沉管隧道，是目前国内最长的双向8车道沉管隧道。

3.1.6 车陂南隧道

车陂南隧道于2016年开工建设，预计于2023年年初建成通车。隧道全长1 547 m，其中，江中沉管段长492 m，等级为城市主干路，设计速度为60 km/h，为双向6车道。车陂南隧道横断面尺寸如图11所示。该隧道是目前国内整体式管节最长的沉管隧道，并且在内河沉管隧道中率先实现全断面预制技术。另外，车陂南隧道预制管节所采用的旁建独立干坞(如图12所示)也用于预制会展西路沉管隧道管节，从而实现共享理念，节约资源，降低成本。

图11 车陂南隧道横断面尺寸图 (单位: m)Fig. 11 Cross-sectional dimensions of Chebei south tunnel (unit: m)

图12 车陂南隧道采用旁建独立干坞Fig. 12 Independent dry dock built nearby for Chebei south tunnel

3.1.7 大连湾海底隧道

于2019年开工建设的大连湾海底隧道是我国北方寒冷地区首座跨海沉管隧道，也是国内第3长跨海沉管隧道，沉管段总长3 035 m，管节数目为18节。大连湾海底隧道首次提出并成功应用“顶进节段法”，即将预制完成的顶进节段从岸上对接段的现浇外部套筒中推出，使其与E18管节紧密连接，从而实现陆上现浇段与海中沉管段的贯通。最终接头结构主要由外部套筒、顶推装置、顶进节段、止水构造和锁定构造组成。通过大量的室内试验、多次小尺寸模型试验以及预制沉管足尺模型试验等,首次将机制砂混凝土成功应用于大型沉管隧道预制[13]，为北方寒冷地区沉管管节预制与裂缝控制提供了宝贵的经验。另外，针对海域岩层存在大量裂隙导致整平船桩腿难以落足的问题,创新研发了全漂浮式基床整平工艺。

3.1.8 如意坊过江隧道

如意坊过江隧道北起广州黄沙大道，以沉管隧道的形式下穿珠江后，南至芳村大道。隧道主线全长1 511 m，其中江中沉管段长630 m。道路等级为城市快速路，双向6车道。如意坊过江隧道需要采用特殊的手段处理与地铁的复杂关系——与地铁11号线区间近距离并行且与如意坊地铁车站空间交叉，最终采用了“近距离并行+局部共建”的策略(如图13所示)。此外，针对如意坊过江隧道复杂的地质条件，创新性地提出了双排钢板桩围堰和钢管桩围堰方案，替代沉管隧道常用的重力式模袋砂围堰方案。

图13 如意坊过江隧道与地铁11号线的关系Fig. 13 Relationship between Ruyifang river-crossing tunnel and metro line 11

3.1.9 琶洲西隧道

目前仍在规划设计中的琶洲西隧道长1.16 km，沉管段长390 m。隧道采用双层钢壳混凝土组合结构型式(如图14所示)，这是该结构型式在我国内河沉管隧道的首次应用。隧道道路等级为城市次干路，为双向4车道，采用小客车通行标准。沉管段共分4节，每节长97.5 m，横断面宽22.3 m、高6.9 m，每节管节质量约为1.45万t。该隧道是国内第1座小截面钢壳混凝土组合结构沉管隧道，并且率先采用浅吃水、高干舷长距离浮运技术和浮态浇筑技术。

图14 琶洲西隧道双层钢壳结构型式Fig. 14 Double-layer steel-shelled structure of Pazhouxi tunnel

3.2 铁路隧道

3.2.1 香港荃湾线地铁过海隧道

香港荃湾线地铁过海隧道建成于1979年，连接荃湾线尖沙咀站和金钟站，采用双圆断面钢筋混凝土结构型式(如图15所示)。该隧道沉管段总长1 400 m，由14节100 m长的管节组成，除12节标准管段外，还有2节特殊管节分别用于连接隧道通风塔和接收岸上隧道区间的盾构，是我国唯一的沉管隧道与盾构隧道直接连接的工程。

图15 荃湾线地铁过海隧道横断面尺寸图 (单位： mm)[2]Fig. 15 Cross-sectional dimensions of cross-sea tunnel of MTR Tsuen Wan line (unit: mm)[2]

3.2.2 香港地铁沙中线过海隧道

香港地铁沙中线过海隧道于2022年5月建成通车，隧道全长1 663.4 m，连接红磡和港岛金钟。隧道采用钢筋混凝土矩形断面形式，共有11节管节，标准管节长为156 m，管节横断面尺寸为18 m(宽)×8 m(高)，纵向采用(后张)预应力。隧道管节在香港岛石澳矿场预制，并浮运至将军澳进行二次舾装，再浮运至维多利亚港进行沉放安装(如图16所示)。

图16 香港地铁沙中线过海隧道沉管管节沉放安装Fig. 16 Element immersion and installation for cross-sea tunnel of Shatin to Central Link in Hong Kong

3.3 市政(公路)、铁路合建隧道

3.3.1 广州珠江隧道

珠江隧道建成于1993年，是中国内地第1座建成通车的沉管隧道。隧道全长1 238.5 m，江中沉管段长457 m。隧道由2个汽车通道孔(双向4车道)、1个地铁通道孔(管节预制阶段为1个地铁通道孔，管节安装后设置隔墙，分为2个地铁通道孔)和1个管廊孔组成，共分为5节管节，管节采用轴线干坞预制。珠江隧道管节平面布置及横断面尺寸如图17所示，轴线干坞场景图如图18所示。

(a) 平面图

(b) 横断面尺寸图 (单位： mm)图17 珠江隧道管节平面布置及横断面尺寸图Fig. 17 Layout plan and cross-sectional dimensions of elements of Pearl river tunnel

图18 珠江隧道轴线干坞场景图Fig. 18 Scene graph for axial dry dock of Pearl river tunnel

3.3.2 佛山东平隧道

佛山东平隧道建成于2017年，位于佛山南部，为公路与地铁合建项目，共设有双向6车道及2条地铁轨道。隧道沉管段长445 m，分为4节管节，横断面尺寸为39.9 m(宽)×9 m(高)。管节预制在国内首次采用旁建干坞方案，并且首次应用“混凝土铰链软体排”覆盖层解决水流流速大、覆盖层易冲刷问题[14]。

3.4 人行隧道

目前国内运用沉管隧道修建的人行隧道仅有沈家门港海底隧道。该隧道位于浙江舟山，建成于2014年，是我国采用沉管法修建的第1座海底人行隧道[15]。隧道沉管段长218 m，共分为3节管节，横断面尺寸为11.5 m(宽)×6.4 m(高)，管节长度为70 m或74 m。

4 未来技术趋势与发展

1)规模越来越大。国内最长沉管隧道项目港珠澳大桥沉管隧道总长达5.664 km，在建的丹麦—德国费马恩海湾隧道沉管段长达17.6 km，说明沉管隧道在长度上仍有较大的提升空间。随着沉管规模的增加，有望将沉管隧道从应用于穿越海湾、内河等环境，到应用于穿越距离更长的海峡，如琼州海峡(最窄处为19.4 km)。

2)沉管沉降控制技术进一步提高。不均匀沉降一直是制约沉管隧道发展的重要因素之一。当沉管隧道下卧层为承载力较差的软弱土层或基础垫层整平不均匀时，容易导致沉管隧道产生较大的不均匀沉降，继而引发沉管隧道漏水、结构开裂等病害。为控制沉管软基不均匀沉降，碎石垫层整平工艺、深层水泥土搅拌桩(DCM)地基加固技术及施工装备研发均已得到较大发展。未来随着基础垫层整平工艺、地基处理技术及施工装备的发展，沉管沉降控制技术将进一步提高。

3)采用钢壳混凝土组合结构的沉管隧道有增多趋势。深中通道海底隧道在国内首次采用钢壳混凝土组合结构，为该结构型式在国内沉管隧道的应用提供了宝贵的经验。钢壳混凝土组合结构沉管隧道具有工期短、河道疏浚少、工程质量可靠、环保等优势，深中通道海底隧道建成后，国内在修建沉管隧道时将越来越多地考虑采用钢壳混凝土组合结构，如拟建的广州塔隧道和琶洲西隧道。

4)应用领域越来越广泛。目前国内沉管隧道主要应用于过海(过江)市政(公路)隧道，在公铁合用隧道、铁路隧道、人行隧道中的应用相对较少。随着沉管隧道沉降控制技术的提高和建设成本的降低，沉管隧道将越来越多地应用于对沉降控制要求更为严格的铁路隧道，以及应用于预算成本往往较为有限的人行隧道。另外，参考荷兰阿姆斯特丹中央火车站采用沉管隧道工法建造地铁火车站[16]，沉管隧道技术在国内的应用领域还可以进一步挖掘，比如应用于城市核心区江底地下空间，从而解决城市地下空间被江河隔断的问题。

5)与其他工法(如盾构法)组合使用。目前国内外大多数沉管隧道主要与明挖隧道暗埋段进行连接，而香港荃湾线地铁过海隧道则采用沉管管节和盾构隧道区间直接连接的形式，是目前国内唯一的盾构区间与沉管管段直接连接的工程。未来修建过江(过海)地铁隧道或公铁两用隧道时，或许可以看到更多的沉管隧道技术与盾构工法的组合使用。

5 结论与讨论

通过收集、汇总截至2022年底国内已建、在建及拟建的36座沉管隧道的现状，并按所在区域，开工时间，隧道结构类型及断面形式，管节宽度、高度及数目，沉管段总长度，应用领域等不同维度进行分类统计，按沉管隧道应用领域介绍国内沉管隧道典型工程，并对沉管隧道技术的发展趋势进行展望。

1)截至2022年底，国内已建沉管隧道20座，在建沉管隧道10座，拟建沉管隧道6座，主要集中在我国华南地区，尤其是珠三角地区。在修建沉管隧道项目的城市中，广州已建、在建及拟建的沉管隧道项目最多(共14座)。

2)国内已建、在建及拟建的沉管隧道项目以采用钢筋混凝土结构为主，占比达89%，但采用钢壳混凝土组合结构的沉管隧道有增多的趋势。另外，除香港红磡海底隧道及荃湾线地铁过海隧道采用双圆断面外，其余均为矩形断面。

3)沉管隧道管节断面形式布置灵活，适用于人行隧道、市政(公路)隧道、铁路隧道、公铁合建隧道。目前，沉管隧道更多应用于过江(海底)市政(公路)隧道。

4)目前，国内沉管隧道长度最长达5 664 m，管节数目最多达33节，但大部分沉管隧道长度小于1 km，管节数目介于3～10节。

5)沉管隧道较多采用的管节预制方式为独立干坞和轴线干坞，但随着港珠澳大桥沉管隧道成功采用预制工厂制作管节以及多管节、长距离沉管隧道项目的增多，采用预制工厂的沉管隧道项目有增多趋势。

本文主要通过不同维度的建设数据统计分析国内沉管隧道现状并展望未来技术趋势，希望能为全面了解国内沉管隧道项目的建设现状及趋势发展提供参考。值得注意的是，本文只从所在区域，开工时间，隧道结构类型及断面形式，管节宽度、高度及数目，沉管总长，管节预制方式，应用领域等维度进行分析，下一步可从基础处理方式、垫层类型、最终接头形式、地质情况等更多维度进行统计分析。