随着国家基础设施建设的发展和国家科技水平的进步，大型越江海隧道以其综合优势已经成为沿江和沿海大城市、区域乃至国家的重要交通干线或网络的控制性节点，对促进城市和地区的经济与社会可持续发展发挥重要的作用，具有深远的意义。
人类在硬岩中修建隧道由来已久，可如何在软土中修建隧道，一直困扰着人类。泰晤士河隧道是第一条采用盾构技术在软土地质条件下建设的隧道。当时在泰晤士河上已有不少桥梁，但桥梁的存在给河运带来诸多不便。盾构法的诞生解决了人类的重大困惑，即在软土中如何构筑隧道的问题，进一步说是在软土的河底如何构筑隧道的问题。盾构法之所以能在世界范围内得到广泛的应用，也在于其能够克服这一问题。直到今天，人类依然在为克服更复杂的地质和环境条件、更高的水压等问题努力着。
▲ 英法海底隧道纵断面
越江海盾构隧道覆土厚度问题，既涉及工程造价，更是关系到工程安全和运营安全的重大问题。
修建越江海隧道时一般都需要巨额投资，其中隧道长度是决定建设费用的主要因素之一，其长度取决于所用的坡度和隧道的覆土厚度。当采用规范规定的坡度限值时，最小覆土厚度则成为影响隧道长度的主要因素。对于断面面积50m² 的公路隧道，最小覆盖层厚度减小1m，就可减少费用约13.5 万美元。
越江海软土盾构隧道一般采用泥水盾构进行施工。由于这类隧道受到线路线形、地层性能和工程造价制约，一般要求覆土厚度尽可能薄，即小覆土区间。小覆土区间由于覆土浅，泥水压力和切削面稳定很难控制，易引发掘进面泥水喷发，导致切削面前方地层塌陷和江（海）水倒灌等重大事故。另外，隧道运营期间的抗浮安全也必须保证。在确保工程安全和运营安全的最小覆土厚度的基础上，结合具体工程特点、隧道功能及线性的要求，确定隧道的覆土厚度，我们称为合理覆土厚度，也就是“合理”的基本概念。
▲ 盾构掘进过程中开挖面失稳坍塌过程
▲ 泥水平衡的基本概念
采用泥水平衡盾构法修建越江海软土隧道，主要面临的是两个“水”的问题，一个是江（海）水，另一个是泥水，既不能让江（海）水进入隧道中来，也不能让泥水串到江（海）底中去。在盾构掘进过程中，一方面需要设定足够大的泥水压力来维持掘进面的稳定，另一方面又需要控制泥水压力的大小，防止其劈裂地层而发生泥水喷发。
总地说来，越江海盾构隧道的覆土厚度的设定是一个涉及诸多方面的复杂问题。从经济角度，一般要求隧道埋置深度尽可能浅；从技术角度，对于上软下硬地层等复杂地质条件，也需要隧道覆土厚度尽可能浅，以减少盾构掘削硬岩断面的面积和长度。但是，对于泥水盾构隧道，覆土厚度较薄时，开挖面稳定不易控制，盾构掘进安全和隧道抗浮安全不易保证，稍有不慎，容易发生工程事故。为此，需要从工程技术角度提出既满足盾构掘进安全和隧道抗浮安全，又能达到工程经济性高或者在上软下硬地层中掘削岩层最少的覆土厚度。在此基础上还要考虑隧道的功能，如坡度和线形（铁路或公路等），最终确定该隧道的覆土厚度，称为合理覆土厚度。
▲ 越江海盾构隧道合理覆土厚度研究路线
概括地讲，越江海泥水盾构隧道的合理覆土厚度需要从泥水劈裂的力学特性，考虑主动失稳的盾构开挖面泥水支护压力学特性，以及基于盾构隧道施工、运营抗浮安全的覆土厚度等综合确定。
《越江海盾构隧道合理覆土厚度》（袁大军著. 北京：科学出版社，2020.7）一书采用室内土工试验、室内模型试验、现场试验、理论分析等手段，从盾构泥水劈裂、开挖面稳定控制及抗浮安全等多方面探究覆土厚度问题，提出越江海泥水盾构隧道合理覆土厚度的计算模型和方法，并在南京长江隧道、南京纬三路过江通道等工程得到成功应用。
▲ 南京市纬三路隧道纵断面
优化合理覆土厚度确定步骤
本书内容深入浅出，既有理论解释，也有室内试验、现场试验及设计案例等，并配有大量的图片，对盾构隧道工程设计、施工和管理有较大的借鉴意义。本书可供隧道工程等相关科研人员、技术人员及高等院校相关专业的师生参考。
本文摘编自《越江海盾构隧道合理覆土厚度》（袁大军著. 北京：科学出版社，2020.7）一书“前言”“第一章 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。
责任编辑：任加林
本书采用室内土工试验、室内模型试验、现场试验和理论分析等手段，从盾构泥水劈裂、开挖面稳定控制、抗浮安全等多方面探究合理覆土厚度问题，提出了越江海泥水盾构隧道合理覆土厚度的计算模型和方法，并在南京长江隧道等工程得到了成功应用。
（本文编辑：刘四旦）
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