海底隧道和過江隧道都是怎麼建的？

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07年我待的城市籌備修建地鐵，計劃是2010年南北向主線通車，2012年東西向（含過江段）通車，當時在討論東西段途經城市最繁華地帶的處理時，境外的顧問說既然離河道也比較近了，那就與過江隧道一併做岩隧工程地下作業好了。施工方自然是覺得不可理喻：為什麼要多這一公里的距離？直接挖開不就可以了？於是開膛破肚的施工了5年，其間還夾雜著些施工路段交通混亂，江底隧道質量堪憂的負面新聞。今年好像磕磕絆絆的要完工了。在這裡看到這個題目，之前的兩個答案又都提到了英吉利海峽隧道（Channel Tunnel），突然覺得有些感觸，想借著描述隧道修建方法的由頭分享一些關於這條重要隧道的故事。

這條耗時6年，海底部分37.9公里的隧道的確是人類工程史上重要的一筆，但其實早在隧道開挖的186年前，工程師們就在這裡嘗試著讓天塹變通途的辦法。

（Mathieu的海底隧道設想）

1802年，法國工程師Albert Mathieu就設想過採用隧道的形式連接英吉利海峽兩端，這個想法很得拿破崙的歡心；法國皇帝甚至煞有介事在亞眠合約期間（Treaty of Amiens）向英國人推銷這個油燈照明，馬車拖運，還要修建探出海面的木質換氣塔的大膽想法。在英國人看來，這個以「2小時馬車就能到法國」為slogan的項目怎麼看都滿是法國佬的惡意，待到第二年兩國真的再次交惡，有關這個海峽工程的第一次提議就很自然的不了了之了。

時間過了30年，一個27歲的年輕人許是對這個連接海峽兩端的想法產生了興趣，開始了他的研究。當時是1834年，離真正的隧道開始動工的時間1988年遠得離譜，很顯然地，那個年輕人一定也是失敗了的。但他取代馬修被後來的人稱為海底隧道之父，因為相較於他的前輩，這個人付出的代價是就是他的一切，耗盡自己的財產和心血成為一個一輩子沒有落實一個實際項目的「紙上工程師」，他就是Aimé Thomé de Gamond。

前輩Mathieu的設想遺漏了一個很重要的討論：怎麼樣在海底挖掘隧道？以當時的技術這根本不可能。而de Gamond的方案是：預先打造一批大鐵管，用分段組裝的方式在海底連接，待到整條線路鋪設完成後，再從地上入口進入這條預置管線，抽空積水並加設防水用的砌體層。他又花了一年的時間去修改這個方案：先用磚塊鋪設巨大的海底構築帶然後在內里鑿洞的方式來修建隧道，從而省掉了預置鐵管這道工序，並把工程造價壓在了1億7千萬法郎，即七百萬英鎊以內。工期將是30年。

（Thomé de Gamond的預置構法）

除了隧道這個想法，de Gamond還不忘頭腦發散的構想了好幾個奇怪想法，比如他設想來建一座大鐵橋，橋拱的高度甚至得超過倫敦的聖保羅大教堂（111米）；又比如英法兩國每邊修建一個深入海面長達8公里的碼頭用來服務一種平底蒸汽動力大船的通勤；再比如在英吉利海峽上填出一條路來，為了保證正常船隻通航，這個地峽將被分成四段，用弔橋聯繫。他的投入引發了業界的廣泛興趣，不少希冀在歷史上留名的工程師科學家都嘗試著發表自己的議案，而最多產且最大膽還是非de Gamond莫屬。當然的，與此同時跑過來點「沒有幫助」的人也是很多，於是這位老兄繼續嘗試，並逐漸確定隧道仍然是連接海峽的最佳選擇，只是不得不承認，如何處理在湍急的水流中的作業是他的預置施工想法的最大難題。

終於，事情有了轉機。

首先，英國人在一個不大不小的項目上成功了——泰晤士河隧道，全長396米，在河面下方20多米的地方用了18年時間——隧道貫通後的三個月里，見過大場面的倫敦人愣是要求了三個月的時間供大家步行參觀。累計參觀人數達到1百萬人，相當於當時倫敦一半的人口——這個項目的成功最關鍵的驅動力就是技術。Isambard Kingdom Brunel和他父親發明了一種革命性的鑽探技術，盾構法（tunnelling shield）。這個技術使用一個巨大的構架，構架的空隙就是供36個工人同時開鑿的工作面。因為河床底部是厚實的藍粘土層，這個構架用擠壓的辦法向前推進，每個工人的挖掉自己面前擠進構架內的粘土，方便整個結構繼續推進。與此同時，另一批工人將構架推移騰出的空間一點點的穩固。de Gamond顯然注意到了這個技術，縱然按照英國人的速度估計，要挖通海峽大概需要100年的時間。但是隨著蒸汽機車的出現，他堅信，這個工期有十足的可能被縮短。

（最早盾構法示意圖）

（透視圖清晰點）

另一件事情更是可遇不可求，他大學時代的好友路易王子在1848年當選了法國總統後又在1851年發動政變接下自己舅舅曾擁有的稱號成為法國皇帝拿破崙三世。

de Gamond知道自己的機會終於來了，他不但認真的整理了所有的隧道技術資料，而且干出了一件幾近瘋狂的事情。1855年，48歲的工程師在自己女兒的陪同下劃著小船來到了預定開挖隧道的海面。簡單的困紮好自己的雙耳（以防水壓傷害耳膜）和綁了一圈重達80多公斤的石子在腰帶上後，法國人深吸一口氣，毅然地跳進冰冷的水裡，下潛到30米的海底，在猛烈地海流和鰻魚的攻擊下采來了海底岩石樣本。他的偏執有了極好的回報：採樣顯示海峽的地質對於隧道建設極為理想。而這份報告也為以後的海底隧道工程提供了極為寶貴的勘探信息：

（地質層分析）

第二年，Thomé de Gamond繪出了詳細的方案，一個安全可靠的，甚至擁有海峽中段觀景平台的隧道工程漸漸浮現，而20年來的心血和苦難欣慰地被埋藏。一切順利得像做夢一樣。拿破崙三世異常支持老友的這個方案：既然英國人都能在河底建隧道，為什麼法國人不能修條海底隧道呢？兩個國家的媒體在這個議題上也表現得異乎尋常的正面，英國方面甚至還爆出維多利亞女王對這個想法的讚不絕口，因為她本人暈船暈得家喻戶曉。

（Thomé de Gamond的最終方案）

太順了，就像狗血的連續劇一樣，當一切向著一個Happy Ending發展。事情好像就會變得不一樣，在一次去往巴黎歌劇院的路上，拿破崙三世的馬車遭受到炸彈的襲擊。當場8人死亡，百餘人受傷。雖然法國歷史上最後一個皇帝在帷幕拉開前趕到了劇院，但是已經全然沒有了看戲的興緻。搞啥呀，這次義大利人的刺殺看上去和海底隧道能有什麼關係？可答案諷刺的是：很有關係，因為炸彈的製作地疑為英國伯明翰。相比於一個工程上的兩國PK，自然頭上的皇冠要重要一些。

de Gamond的計劃被無限期擱置了。為了這個夢想苦苦堅持幾十載，到頭來還是一場空。自己女兒也不得不放下架子靠給人上音樂課來支持她老爸荒誕的想法。1876，心力憔悴的de Gamond去世了，按官方的記載他的晚年生活條件有些「卑微」。而他曾經的皇帝朋友於1870年戰敗退位，顛沛流離到英國渡過自己人生最後虛弱的三年，自然是坐船過去的。

法國末代皇帝在英國養病的期間，他極有可能聽說過一個消息：在他手上夭折的海峽隧道工程又重新被啟動了。這次是由英國人牽頭，擬建一條用通風過道相連的雙隧道海底交通線。因為蒸汽機的迅猛發展，不但盾構機械效率大幅進步，也可以依靠雙向火車的快速運動完成隧道內的換氣（活塞效應）從而無需再擔心必須設立通風塔在工程上的麻煩。主持設計師William Low明確地表示，自己從Thomé de Gamond的研究里得到了無法估計的助益，除此之外，蘇格蘭人還有一個強有力的靠山，國會議員Edward Watkin爵士，一個對工程極富野心的政治家，這位大人物後來還土豪到準備建一個370米的沃特金鐵塔來叫埃菲爾鐵塔的板。1872年，英國方施工公司在Dover建立，法國那邊不但在Sangatte的擬定隧道開通地購地完成了開鑿試驗，而且還建立了一個和Dover一樣的施工公司準備兩邊同時進行施工。就連de Gamond在垂垂老矣之際聽聞有人將完成他的心愿也送去了自己的祝福。

（Watkin隧道的雙隧道圖紙）

可是這一次，輿論卻又導向保守的一方，民眾被煽動，工程被妖魔化，高層的政客甚至嗅出機遇的味道，一乾重要角色聯名反對好大喜功的爵爺的這個「勢必「破壞英國原有天然屏障的項目，理由自然是為了可敬的女皇和可愛的國民。

於是乎，19世紀所有的嘗試都被否決了。

到了今天，在歐洲之星每天運送的接近三萬人次的客流里，有那個乘客知道，這個20世紀後半葉工程上的驕傲在隧道尺寸上出奇的相似於de Gamond當年手繪的那個通道？開鑿隧道使用的技術沿用著Isambard父子的盾構法？而雙隧道的做法就是直接借鑒了William Low的圖紙？是工程師在科學技術上超前，還是人類社會一直在慾望和貪婪中滯後呢？

當我第一次聽到盾構技術時，是陪著那個顧問去擬建線路上踩點的那天，他提到出於將擾民的可能降到最低的提案擺出來時，有關領導和國內工程人員疑惑的臉。我們走在擬建線路上，我突然明白為什麼擬建線路附近的一個杭州小地產公司剛做完一期的樓盤會突然得到萬科的興趣被收購過去，緊接著的第二期用來打造中國風聯排別墅和三期高層住宅群。我指給顧問看，他回頭笑眯眯地說：「我就說應該找個建築學的學生來陪我踩點會比較有意思嘛。」

真沒意思。

（圖片來自維基以及bbc紀錄片《Unbuilt Britain》）

武漢地鐵二號線過江隧道的修建過程：武漢地鐵2號線過江隧道

首先說一個大家最關心的，江底部分是如何修建的？答案：盾構法。
盾構法，就是使用盾構機，自動挖土、保持平衡、運土出去、襯砌、鋪設管片的機器，借花獻佛，具體內容及圖片請看：地鐵是怎麼修建的？

然後回答其他相關問題。
盾構機要開始施工，或者完工後重回地面，需要先把兩端的站修好，並且這些車站需要具有盾構始發的條件，有的時候也是從盾構始發井開始，盾構始發井一般是車站的一部分。
同時為了保證地下的通風和電路等，還建有風井。一個關於武漢地鐵四號線的風井的報導：4號線越江隧道能「正常呼吸」了武昌風井主體完工
另外為了逃生需要，這個雙向雙隧道的隧道工程還需要修建聯絡通道。如果一個隧道發生火災或其他災害，人員可以通過聯絡通道逃生到另一個隧道中。聯絡通道的修建風險很大，我國地鐵修建歷史上損失最嚴重的事故就發生在2003年上海地鐵過（黃浦）江隧道的聯絡通道施工的坍塌事故。在武漢地鐵二號線聯絡通道的施工過程中採用的是冷凍法，它也是普遍採用的一種方法，簡而言之就是把含有江水的江底砂土凍住，變成固體，再進行開挖。具體內容請參考：南昌地鐵隧道「冷凍法」施工土表溫度零下30℃ （順便說一句南昌這個不太划算，武漢都是在冬天開始凍的，這樣降溫效率高一些）。

對於海底隧道，也有用盾構法施工的，如英法海底隧道；也有用沉管法施工的，如香港的海底隧道。
沉管法的簡化表達是製作好規定大小的「管子」，然後沉到海底。對沉管法的具體介紹參考下文：沉管法_百度百科

需要提請注意的是，施工過程中還有各種各樣的具體問題和專業問題，比如盾構始發與到達：端頭加固理論研究與工程實踐這本書（我隨手搜到的）就專門就盾構始發和到達的端頭加固進行研究，可見這些具體專業問題並不是以上寥寥數語可以說明，卻也不是普通民眾需要了解的領域。因此在此不再詳談。

通過嵐爺 @張君嵐點贊才發現知乎還有這個問題，我研究生是岩土工程專業，期間經歷過一個電纜隧道項目（使用盾構）和港珠澳大橋項目（使用沉管），所以看到這麼個問題，真是忍不住想攙和一下，可惜存儲當初照片的移動硬碟已丟失，著實遺憾。

現代的地下隧道基本上都是使用盾構挖掘和沉管拼裝的方式，這裡之所以說「基本上」是因為如挖煤的情況使用的是人工或人力機械挖掘（我小時候就在煤礦長大的，咳咳）。排名第一的答案很好地講解了盾構的起源，配的圖也比較易於大家理解盾構的原理，而沉管的原理就更好理解了，所以我就不解釋了，我這裡主要想說的是盾構施工的一些數據和感受。

盾構機工作前，需要在起點和終點設立垂直立井，用以起吊盾構機及其相關設備。盾構機調試完畢後，按照定位系統開始挖掘既定隧道路線直到終點，盾構機到了終點立井破除而出之時，基本上隧道也完工了。以下列一下盾構施工的關鍵點：
1、刀片。盾構機是使用旋轉刀片切割岩石、粘土、砂等開路的，而由於地質結構的複雜性，整個路線上是可能會遇到各種情況的，所以刀片是施工中一個非常重要的因素。遇到高強度和硬度的花崗岩對刀片是個考驗，遇到鬆軟細砂對刀片同樣是很大的考驗（當年廣州一開始進行盾構施工的時候，引進的日本原裝盾構機，就對廣州的砂質地層極為不適應，出現了頗多問題）。
2、襯砌。盾構機前進過程中需要對已挖的隧道壁進行襯砌，襯砌砼片都是預製的，使用高強混凝土（C40還是C50來著），一般寬1m、厚20cm、五片或者六片襯砌砼片拼裝成一圈隧道壁。也就是每掘進1m左右盾構機會停下來，由三位工人使用機械臂拼裝這一圈襯砌砼片，拼裝時間大約需要15min，拼裝完成後盾構機繼續掘進，而掘進過程中對剛拼裝的襯砌砼片注漿（使其黏在隧道壁上）。
3、通風和軌道。每掘進一段距離後，需要開洞到地面作為通風井，用以給隧道內提供信息空氣和風（風真的太重要了，因為隧道里潮濕悶熱，每次能吹風都是極大的享受，我當初在隧道內一次性待了24h，吹到這些風真的是人生最大的享受），粗大的通風管（直徑大約0.5m）被固定在隧道頂，通風時候的轟隆聲讓獨自在隧道內行走的人產生很大的恐懼感。盾構機在掘進過程中，需要持續地在其後面拼裝鐵軌，用以通行小機車，而小機車主要用來運送設備和襯砌砼片，偶爾用來運人（是的，除了下班，人都在走回起點處的垂直立井，我走的時候長達2km，分外嚇人）。
4、造價和工期。我所經歷的項目是電纜隧道，隧道內徑較小（2m直徑），設計要求也低一些，所以比一般的地鐵要便宜不少。一般的使用盾構施工的地鐵大約是40w/m（隨各地的地質情況差異較大，我這裡說的是大概的中位數），而這個電纜隧道的造價是22w/m。就我在項目上的幾天來看，施工速度大概是15m/d，實際上由於維修機器、更換刀片、遇到特殊地質情況（暗河等），正常的施工速度應該是11m/d左右。
5、艱苦。盾構施工非常辛苦，工人三班倒（即每組工人每天工作8h，每組工人大約12人，分別負責拼裝襯砌砼片、駕駛盾構機、搭建軌道、雜物），施工環境除了不曬太陽，其他都是煎熬（悶熱、潮濕、孤獨、重體力），而工資也不高，一般員工一個月5千。
對了，我當時是在隧道內做科研實驗，在襯砌砼片內安裝感應器，收集盾構機施工過程中砼片應力的變化，所以需要長時間待在裡面收集數據，一待就是24h。

以上就是我親身經歷的盾構施工的一點小內容。港珠澳的沉管施工暫時不說了，以後有時間再補。

看一看這一集國家地理紀錄片基本上就能了解差不多了~

超大建築狂想曲 Big, Bigger, Biggest 第二季第一集

Tunnel《哥達基線隧道》

超大建築狂想曲：哥達基線隧道（中文字幕）視頻

舉個最近的例子，新加坡的濱海高速公路（Marina Coastal Expressway, 簡稱MCE)，於2013年12月29日早上9點通車。MCE雙向各5條車道，全長5公里，其中3.6公里建在地下，420米在海床之下。2009年4月開工的MCE，造價高達43億新元，是新加坡最昂貴的高速公路。

全景如上圖所示（圖片來源：聯合早報 22 Dec 2013, Pg7）

這就是海下的那一段，深入水下20米

建造方法（不是圖中英文的翻譯）：
1. 先造兩堵高牆，把中間的海水抽空
2. 一層一層往海底挖，打地基，加橫樑支撐第一步中建造的牆

3. 一邊移走橫樑一邊建隧道，加防水膜
4. 隧道全部建好之後把沙填回去，移除第一步時建造的牆
（圖片來源：TODAY newspaper 23 Dec 2013, Pg16-17）

上圖為建造時的一瞥，橫在海上的紅色的杠杠就是橫樑了，橫樑下面就是正在建的隧道（圖片來源：JP）

可以百度「盾構法施工動畫」，有不少呢！比如這個工程施工演示三維動畫！還有這個盾構法施工_視頻在線觀看！
感覺，好強大啊！

之前在坐車過長沙湘江底下那個長長的隧道時，妹子問我，都修成過江隧道了，為什麼不弄成玻璃的，這樣就可以變成江底世界風光帶什麼的了，多有特色啊⊙▽⊙
我想了好久怎麼從壓強啊什麼的各種科學的角度反駁她，結果她過了一會大呼一聲說，我知道了，因為江底沒有海底那麼好看，估計都是淤泥╮(╯▽╰)╭我想了一會覺得好有道理，我竟無言以對→_→
扯了這麼多，我也不知道隧道是怎麼建成的，很好奇哦，求大神科普。不過很喜歡過這種隧道的感覺。不要問我是什麼感覺T^T

還以為在水裡修了個通道原來是土裡

可以參考《超級工程》裡面第一集《港珠澳大橋》，裡面有提到海底隧道的修建方法，很巧妙
http://jishi.cntv.cn/program/cjgc/

先在地上把管道做好一段一段的然後密封（用可以調控的門）然後一段一段沉下去潛水員精密調控接上把一段一段圍住徹底密封最後把門打開

有本書，《地下工程》，可以看看（任何版本皆可）

「基建通」是一款以大數據與基建為結合的一款APP，作用於免費服務於基建領域人群。軟體內包括隧道路橋數據，以及機械，材料，招投標各種數據都能時實查看。

沉管法，盾構法，這是用的最多的。

上百度隨便搜搜有一大堆。。啥問題都來知乎上問。

建議去看看《偉大工程巡禮》，第三集就是講的英法海地隧道，很詳細的。至少比樓上百度東拼西湊的答案要好。