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13.25 m跨海大直径盾构的超浅覆土始发——美国金伯尔沙洲平行隧道的工程创新
跨海大直径盾构隧道的始发与接收是地下工程施工中最具挑战性的课题之一；而当盾构需要在超浅覆土环境下从既有人工岛始发，且紧邻运营沉管隧道时，工程难度将成倍增加。目前在建的美国切萨皮克湾桥隧扩建工程中的金伯尔沙洲（Thimble Shoal）平行隧道项目正面临着这样的挑战。
旧切萨皮克湾桥隧工程建成于20世纪60年代，包含多座桥梁、人工岛以及2条长1.6 km的沉管隧道，隧道内部设置单车道。随着交通量暴涨，原来的单车道整日拥堵不堪，隧道扩建需求日益迫切。因此，当地政府决定，在既有沉管隧道旁新建金伯尔沙洲平行隧道。
由于人工岛的空间有限，因此必须严格控制盾构和隧道的直径，最终，隧道内径设计为11.89 m，计划采用13.25 m的土压平衡盾构掘进。在岛屿边缘及延伸段，盾构仍将面临严重的覆土不足问题，如何提供足够的覆土厚度以防止隧道上浮，保护施工期间附近的沉管隧道，并确保隧道在百年服役期内免受船舶撞击及极端天气事件的影响，成为工程建设中的重大挑战。
人工护堤
为解决覆土不足问题，在人工岛外侧海域建设大型的人工填筑护堤，以人工方式构建足够的覆土层，同时兼顾防冲刷保护功能。人工护堤由2部分构成： 保护层和填筑核心区。
1）隧道保护层。由护面石、滤石和垫层石构成，用于包裹工程填筑堤坝核心，并保护填筑核心区及隧道结构免受外部环境和意外荷载的影响。隧道保护层必须在100年内保持稳定，并能承受环境荷载以及船舶撞击等意外荷载。
2）填筑核心区。这是盾构实际穿越的介质，须同时满足盾构掘进适应性与结构稳定性要求。由于填筑需要在极为受限的水下环境中进行，填料须具备水下自密实功能。
开挖支护使用互锁式钢管桩（IPP）构成桩墙结构，这些桩需穿过多种不同类型的岩层，因此采用了2套不同的钻机系统进行施工。考虑到部分墙体可能因荷载情况（如疏浚、波浪作用等）发生偏转，因此在部分区域设置了额外的支护结构。
超大型注浆囊袋
在人工护堤的设计建设过程中，填筑核心区的材料选择和施工方式成为一个难题。材料需要具备足够密度和强度，同时要适合盾构掘进，还需要在水下实现自密实，含颗粒量和大小也受到严格控制； 施工方式最初考虑用在填筑核心区顶部填设水下混凝土板作为压重兼密封层，然而，由于环境限制，通过导管浇筑或直接将水泥混合料泵入水中存在很大的困难和局限性。因此，设计了超大型注浆囊袋方案： 由2层注浆囊袋组成，每层厚1.2 m，总厚2.4 m，单个囊袋可容纳75~115 m3流动填充材料。该材料的单位体积总质量为1 948~2 040 kg/m3，28 d无侧限抗压强度不低于1 MPa。囊袋宽度可以完全覆盖2排互锁式钢管桩（IPP）之间的跨度，为盾构提供所需的质量和密封效果。
项目团队通过缩小比例测试和模型模拟，测试了不同材料和囊袋的布置方式。结果表明，将注浆袋直接置于工程填料顶部，不将注浆囊袋与互锁式钢管桩直接连接的方案效果最佳，该方案能够在发生较大地表变形的情况下，同时使注浆囊袋和IPP墙体承受的应力保持在可接受范围内，并显著减小周边结构的位移。
使用人工护堤方案解决了超浅覆土问题，最大限度地减少对现有设施的影响，避免了昂贵的岛屿扩建工程，并将对海湾水域和航道的环境影响降到了最低。
（摘自 隧道网微信公众平台 2026-06-17）
发布日期： 2026-06-20 浏览：
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