阅读说明：本技术 水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机 (Underwater tunnel, underwater tunnel construction method and water shield machine for underwater tunnel construction ) 是由 李增军 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机,该水下隧道包括设于水下的隧道本体和隧道出入口管道,所述隧道本体包括主承压管道,套设于所述主承压管道外的防水约束先导管道,填充于所述防水约束先导管道与所述主承压管道之间的充填加压层,以及用于将所述防水约束先导管道固定安装于水下地基上的位置锁定结构；所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道衔接且相互贯通,所述主承压管道包括拼装构成所述主承压管道的隧道管片,所述防水约束先导管道内的所述隧道管片衬砌于所述防水约束先导管道内壁。可简化施工过程,降低施工环境条件要求,降低施工风险,有效降低施工成本和施工周期,提高隧道的防水性。(The invention discloses an underwater tunnel, an underwater tunnel construction method and a water shield machine for underwater tunnel construction, wherein the underwater tunnel comprises an underwater tunnel body and tunnel inlet and outlet pipelines, the tunnel body comprises a main pressure-bearing pipeline, a waterproof constraint pilot pipeline sleeved outside the main pressure-bearing pipeline, a filling pressurization layer filled between the waterproof constraint pilot pipeline and the main pressure-bearing pipeline, and a position locking structure for fixedly installing the waterproof constraint pilot pipeline on an underwater foundation; the port of the waterproof constraint pilot pipeline is connected with the tunnel inlet and outlet pipeline and is communicated with the tunnel inlet and outlet pipeline, the main pressure-bearing pipeline comprises tunnel segments which are assembled to form the main pressure-bearing pipeline, and the tunnel segments in the waterproof constraint pilot pipeline are lined on the inner wall of the waterproof constraint pilot pipeline. The construction process can be simplified, the requirements on construction environmental conditions are reduced, the construction risk is reduced, the construction cost and the construction period are effectively reduced, and the waterproofness of the tunnel is improved.)

水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机

技术领域

本发明涉及水下交通工程技术领域，尤其涉及水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机。

背景技术

传统的水下隧道一般采用盾构法隧道或沉管式隧道两种结构形式。盾构法隧道采用盾构机在水底土层中掘进，并使用与盾构机配合的油脂加注加压设备、注浆装置、隧道管片吊运设备和隧道管片拼装装置在盾构机掘进的过程中进行隧道拼装施工。盾构法隧道施工对地质条件要求较高，常因为地层软硬不同造成盾构机掘进困难，或因为基岩强度高造成较高的盾构机掘进成本。而沉管式隧道施工对水深条件要求较高，受管节之间止水结构和止水材料性能的限制，不能适应较大的水深。受盾构机掘进及出渣速度和沉管预制速度的影响，上述两种隧道的构筑周期均较长，施工环境条件要求较高，施工难度较大，且在盾构机掘进和沉管沉放对接过程中，均存在较高的安全风险，隧道在施工和使用过程中均可能出现漏水情况，存在安全隐患。

发明内容

本发明针对上述问题，从根本上解决传统的水下隧道所面临的地质和水深条件的影响和安全风险等问题，提出水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机。该水下隧道可简化施工过程，降低施工环境条件要求，降低施工风险，有效降低施工成本和施工周期，提高隧道的防水性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水下隧道，包括设于水下的隧道本体，以及用于衔接所述隧道本体端口与隧道外部大气空间的隧道出入口管道，所述隧道本体包括主承压管道，套设于所述主承压管道外用于隔水和盾构推进导向的防水约束先导管道，由填充于所述防水约束先导管道与所述主承压管道之间以封闭其缝隙的注浆料构成的充填加压层，以及用于将所述防水约束先导管道固定安装于水下地基上的位置锁定结构；

所述防水约束先导管道的端口均连通所述隧道出入口管道，所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道衔接且相互贯通，所述主承压管道包括拼装构成所述主承压管道的隧道管片，所述隧道管片为任意可拼装构成所述主承压管道的预制构件结构，所述防水约束先导管道内的所述隧道管片衬砌于所述防水约束先导管道内壁。

作为优选，所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道间可采用粘接、焊接、铸接、套接、栓接、铆接、企口连接、法兰连接等任意可满足水下管道连接要求的连接方式进行连接，即管道连接处密封不透水，或连接处渗水量不足以、或在采取常规水下管道施工的控制措施或排除措施的情况下不足以影响正常施工。

作为优选，所述隧道出入口管道设有水下端口和陆上端口，所述防水约束先导管道自所述水下端口穿入所述隧道出入口管道，所述防水约束先导管道插接所述隧道出入口管道以与所述陆上端口连通。

作为优选，所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道水密固接，所述水密固接即所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道固定连接且连接处密封不透水。

作为优选，所述防水约束先导管道包括多段管节，所述管节拼接构成所述防水约束先导管道，所述管节间相互衔接。

作为优选，拼接构成所述防水约束先导管道的所述管节间可采用粘接、焊接、铸接、套接、栓接、铆接、企口连接、法兰连接等任意可满足水下管道连接要求的连接方式进行连接，即管道连接处密封不透水，或连接处渗水量不足以、或在采取常规水下管道施工的控制措施或排除措施的情况下不足以影响正常施工。

作为优选，所述拼接构成所述防水约束先导管道的所述管节间水密固接，所述水密固接即所述防水约束先导管道的管节间固定连接且连接处密封不透水。

作为优选，所述防水约束先导管道可设为刚性管道或具有一定柔性的管道。

作为优选，所述防水约束先导管道设为可承担注浆压力的抗拉管体，所述主承压管道为预应力结构，所述隧道管片具有由所述充填加压层预先施加的压应力。

作为优选，所述防水约束先导管道能承受的环向应力大于或等于100MPa，所述主承压管道的抗压强度大于或等于23MPa。

作为优选，所述防水约束先导管道为高分子复合材料管道、金属管道或钢筋混凝土管道中的任一种或多种的组合；所述隧道管片为钢筋混凝土管片或金属管片中的任一种或多种的组合，所述隧道管片的周边镶贴有弹性密封条，所述隧道管片之间采用螺栓连接。

作为优选，所述防水约束先导管道为玻璃钢管道。

作为优选，所述防水约束先导管道的径向截面为圆形或椭圆形。

作为优选，所述位置锁定结构包括用于固定所述防水约束先导管道的回填锁固单元，所述回填锁固单元包括包覆于所述防水约束先导管道外的回填锁固料。

作为优选，所述防水约束先导管道管壁的比重大于其安装位置环境水的比重。

本发明还公开了一种水下隧道施工用水盾构机，用于上述水下隧道施工，包括可容纳隧道管片拼装装置的盾壳，用于连接注浆装置向所述防水约束先导管道和所述隧道管片间缝隙注浆的注浆孔道，盾尾密封机构，以及驱动所述水盾构机行进的推进机构，所述盾壳后端敞口设置且可插接已拼装就位的所述隧道管片构成的管道，所述盾壳包括自前向后依次设置的盾首、盾身和盾尾，所述盾尾密封机构安装在所述盾尾上，所述盾尾密封机构包括盾尾刷和用于连接油脂加注加压设备的油脂孔道，其特征在于，所述水盾构机不设置刀盘和清除渣土的排渣机构，所述盾身外壁与所述防水约束先导管道内壁形状适配，且可在所述推进机构作用下沿所述防水约束先导管道轴线滑动，所述盾尾密封机构可密接拼装就位的所述隧道管片以在注浆前封闭所述盾尾和插接所述盾尾后端口的所述隧道管片间间隙，在所述盾壳内和盾壳后侧形成干施工条件。

作为优选，所述盾壳前端和侧壁均设为不透水结构，所述水盾构机工作状态下的所述盾壳构成阻止水进入所述盾壳内和所述盾壳后侧的隔水结构。所述工作状态为水盾构机和配套设备(如注浆装置、油脂加注加压设备)装配完成，入水时盾尾密封机构密接隧道管片、油脂孔道连接油脂加注加压设备且充满油脂、注浆孔道连接注浆装置且充满浆液或处于关闭状态。

作为优选，所述盾壳内设有用于传递和扩散所述盾壳所承受荷载以增强所述盾壳承压能力的加强结构。

作为优选，所述加强结构可设为加强梁等任意现有壳体支持加强结构，如肋板等。

作为优选，所述盾身外壁设置用于减小所述盾身和所述防水约束先导管道间摩擦力的润滑结构。

作为优选，所述润滑结构包括包覆于所述盾身外壁的聚四氟乙烯层。

作为优选，还包括可清除所述盾身前方淤积物的清淤机构，所述清淤机构包括安装于所述盾壳内的吸泥泵，所述盾首设有用于穿设所述清淤机构的清淤管道的管道出口，所述管道出口与所述清淤管道间水密连接，所述清淤管道设有阀门，所述清淤机构的清淤头设于所述盾身前方，且通过所述清淤管道和阀门连接所述吸泥泵。

作为优选，所述盾首设为向前凸出的凸出结构，所述盾首的前端径向尺寸小于其后端径向尺寸。

作为优选，所述盾首前端面设为向前凸出的半球面，所述盾首包括自所述半球面后端至所述盾身前端依次连接的径向尺寸依次增大的多段柱形面，所述半球面的中心线、多个所述柱形面的中轴线和所述盾身的中轴线共线设置，所述加强结构包括连接相邻两个所述柱形面或相邻的柱形面和所述盾身的拱圈，以及设置于所述柱形面内的肋板。

作为优选，所述柱形面设为圆柱面，所述拱圈的外轮廓为由与所述盾身的中轴线同处一个平面内的圆弧沿垂直于圆弧所在平面的方向绕所述盾身的中轴线回转所形成的弧面环形，所述拱圈面板的前、后边缘分别与相邻接的两个柱形面无缝连接，或所述拱圈面板的前、后边缘分别与相邻的柱形面和所述盾身无缝连接；所述拱圈的弧面环形面板的内侧设肋板。

作为优选，所述盾尾密封机构包括安装于盾尾内壁的内盾尾刷组和安装于盾尾外壁的外盾尾刷组，所述内盾尾刷组设为多个，且多个所述内盾尾刷组沿所述盾尾轴向排布，每个所述内盾尾刷组包括多个沿所述盾尾内壁周向排布的所述盾尾刷；所述外盾尾刷组设为多个，且多个所述外盾尾刷组沿所述盾尾轴向排布，每个所述外盾尾刷组包括多个沿所述盾尾外壁周向排布的所述盾尾刷。

盾尾密封机构除了可以采用上述结构外，也可采用现有的任一种盾尾刷结构或盾尾密封机构结构。

作为优选，所述盾尾刷包括刷毛和尾刷板，所述尾刷板的一侧外壁的固定区域作为用于安装所述刷毛的刷毛安装面，所述刷毛的根部固定安装在所述刷毛安装面上，所述刷毛设为多条且密布于所述刷毛安装面；

所述尾刷板内设油脂输送单元，所述油脂输送单元包括多条相互连通的输送孔道、连通所述输送孔道的油脂入口和油脂出口，所述油脂入口连通所述油脂孔道的油脂输出端口，所述油脂出口与所述刷毛一一对应设置，所述油脂入口开设在所述刷毛安装面以外的所述尾刷板外壁上，所述油脂出口均开设在所述刷毛安装面；

所述刷毛设为条形袋体，所述条形袋体内部空腔构成可容纳油脂的油脂腔，所述油脂腔的外壁密布可渗透油脂的微孔，所述刷毛根部开设连通与所述刷毛对应设置的所述油脂出口和所述油脂腔的连通孔。

作为优选，所述盾尾刷还包括刷毛约束环，所述刷毛约束环固定安装在所述尾刷板外壁上，所述尾刷板外壁位于所述刷毛约束环内的区域构成所述刷毛安装面，所述刷毛的自由端伸出所述刷毛约束环。

作为优选，所述刷毛约束环为长条形扁带两端对接形成的带状环，所述刷毛约束环的侧壁垂直于所述刷毛安装面设置，所述刷毛约束环将所述刷毛围拢于环内以构成刷毛束，所述刷毛约束环靠近所述刷毛根部的侧边固定连接所述尾刷板外壁；所述条形袋体由带有微孔的弹性膜制成，所述条形袋体仅设置一个袋口，所述袋口设于所述刷毛根部以构成所述连通孔；所述弹性膜为纤维相互交织或粘结在一起形成的带有微孔且具有弹性的纤维膜；与刷毛安装面相对的所述尾刷板的外壁作为与盾构机盾尾接触的装配面，所述装配面与所述盾尾形状适配，所述装配面设为可与所述盾尾相贴合的弧形面；所述尾刷板设为弧形板，所述刷毛安装面所在的所述尾刷板外壁设为与所述装配面平行的弧面。

作为优选，所述油脂孔道开设于所述盾尾，所述油脂孔道的油脂输出端口设为圆榫形孔口，所述油脂入口设为与所述圆榫形孔口适配的锥卯孔口(所述锥卯孔口为带有锥度的圆卯形通孔以便与所述圆榫形孔口相吻合)。

作为优选，所述刷毛根部与所述尾刷板之间的固定连接方式为粘接、焊接、熔接、机械夹持中的任意一种或多种组合；所述刷毛约束环与所述尾刷板之间的固定连接方式为粘接、焊接、熔接、铆接、螺栓连接、机械夹持中的任意一种或多种组合。

本发明还公开了一种水下隧道施工方法，采用上述的水盾构机，所述施工方法包括以下步骤：

施工前准备：包括所述隧道出入口管道建设、水下地基处理和整平；

防水约束先导管道铺设：将所述防水约束先导管道运送至预设施工位置上方水域，采用起重设备或铺管设备将所述防水约束先导管道放至水中并进行沉放安装，所述防水约束先导管道入水后其内外水体连通，所述防水约束先导管道铺设于水下地基上预设位置，将铺设于地基上的所述防水约束先导管道的端口与所述隧道出入口管道相互衔接且相互贯通，采用所述位置锁定结构将所述防水约束先导管道固定于所述水下地基上；

施工设备装配：以所述隧道本体一端的隧道出入口管道作为始发端隧道出入口管道，另一端的隧道出入口管道作为末端隧道出入口管道，在所述末端隧道出入口管道中安装排水设备，在靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道端口外的大气环境中的预定位置架设所述水盾构机，并将与所述水盾构机适配的油脂加注加压设备、所述注浆装置、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置安装就位，所述水盾构机的盾身外壁与所述防水约束先导管道内壁形状适配，且所述水盾构机初始架设安装位置使其可在所述推进机构作用下沿所述防水约束先导管道轴线进入所述防水约束先导管道内并在其中向所述末端隧道出入口管道滑动；

主承压管道及充填加压层施工：所述推进机构驱动所述水盾构机从靠近所述始发端隧道出入口管道的防水约束先导管道端口向靠近所述末端隧道出入口管道的防水约束先导管道端口推进，所述隧道管片拼装装置随着所述水盾构机的推进在所述盾壳内进行隧道管片的拼装以构建主承压管道，所述盾尾密封机构可在注浆前密接已拼装就位的所述隧道管片以临时封闭所述盾尾和所述隧道管片间间隙形成隔水结构，然后启动所述注浆装置通过所述注浆孔道向所述隧道管片与所述防水约束先导管道之间的缝隙中注入注浆料，注浆料凝固以在所述主承压管道和所述防水约束先导管道间形成所述充填加压层；所述盾尾密封机构在所述盾尾和已拼装就位的所述隧道管片间形成的隔水结构使所述水盾构机在推进过程中不断将水从所述隧道本体内推顶排出，直至所述水盾构机推进至所述末端隧道出入口管道完成隧道本体的排水，随着所述水盾构机的推进过程，所述隧道管片拼装装置和所述注浆装置分步交替完成所述防水约束先导管道内的主承压管道拼装和充填加压层施工，即完成所述隧道本体施工，在该步骤中开启所述排水设备以及时排出末端隧道出入口管道中的水；

收尾：移除施工装置设备，即完成所述水下隧道施工。

作为优选，所述推进机构设为液压推顶装置，所述液压推顶装置两端分别与所述盾壳和已拼装就位的隧道管片抵接；

所述施工设备装配步骤包括：在靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道端口之外预设距离处安装用于提供所述推进机构顶推反力的反力架(所述反力架的具体安装方法为，打设抗滑桩并在桩头处浇注混凝土承台，在混凝土承台上安装用于提供所述推进机构顶推反力的反力架；经提供所需反力的要求设计抗滑桩的强度、尺寸、打设深度、打设位置和反力架的安装位置、结构及断面尺寸大小及结构强度，所述反力架所提供的反力与传递过来的顶推力相平衡)；在所述反力架和所述防水约束先导管道的端口之间的地面上安装所述水盾构机的始发托架(所述始发托架的具体安装方法为，在所述反力架和所述防水约束先导管道端口之间的地面上，按照所述防水约束先导管道的内壁面位置和走向铺设碎石，碎石之上铺设垫层混凝土，垫层混凝土的上表面上安装所述始发托架)，所述始发托架的滑动面与所述防水约束先导管道内表面的延伸面共面设置；将所述水盾构机吊放安装到所述始发托架上，将所述油脂加注加压设备、所述注浆装置、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置安装到所述盾壳中，所述注浆装置连接所述注浆孔道，所述油脂加注加压设备连接所述油脂孔道；将所述水盾构机自身及其承载物的恒重的总和配置到不小于所述水盾构机长度范围内的所述防水约束先导管道的管段外轮廓所排开的水的重量；

所述主承压管道及充填加压层施工步骤包括：所述推进机构驱动所述水盾构机自反力架开始向前推进，并从靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道端口向靠近所述末端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道端口行进，所述隧道管片拼装装置随着所述水盾构机的推进在所述盾壳内进行隧道管片的拼装以构建柱形管道，所述隧道管片拼装装置以反力架为起点至所述防水约束先导管道的端口构建的管道为临时负环管道(所述临时负环管道为位于所述防水约束先导管道的端口外的由隧道管片拼装成的临时性管道)，所述隧道管片拼装装置随所述水盾构机进入所述防水约束先导管道中后，以所述临时负环管道前端为起点随着所述水盾构机的推进在所述盾壳内进行隧道管片的拼装以在所述防水约束先导管道内构建主承压管道；当所述水盾构机的盾尾越过所述防水约束先导管道的端口进入所述防水约束先导管道内部且尚未入水之前，采取封闭物封闭所述防水约束先导管道的端口处管壁与所述隧道管片之间的缝隙，然后启动油脂加注加压设备向所述盾尾密封机构中注入油脂并加压到指定压力值，使得在高压油脂的作用下所述盾尾密封机构以预定的压力紧贴所述隧道管片从而在所述盾尾和所述隧道管片之间形成隔水结构，随后启动所述注浆装置通过所述注浆孔道向所述隧道管片与所述防水约束先导管道之间的缝隙中注入注浆料，注浆料凝固以在所述主承压管道和所述防水约束先导管道间形成所述充填加压层；所述盾尾密封机构使所述水盾构机在推进的过程中不断将水自所述隧道本体内推顶排出，直至所述水盾构机推进至所述末端隧道出入口管道完成隧道本体内管道的排水，随着所述水盾构机的推进过程，所述隧道管片拼装装置和所述注浆装置分步交替完成所述防水约束先导管道内的主承压管道拼装和充填加压层施工。

所述收尾步骤包括：拆除所述临时负环管道、所述反力架和所述始发托架，移除施工装置设备，即完成所述水下隧道施工。

作为优选，所述封闭物可采用任意可临时密封防水约束先导管道的端口处管壁与所述隧道管片之间的缝隙的结构部件，例如，可用环形钢板作为封闭物，钢板的一边通过锚筋预埋在隧道管片混凝土内，另一边用胶粘接于防水约束先导管道上。

作为优选，所述防水约束先导管道包括多段管节，所述管节拼接构成所述防水约束先导管道；所述防水约束先导管道铺设步骤中，分别从所述始发端隧道出入口管道和所述末端隧道出入口管道开始逐节铺设、固定、拼接所述管节，直至两端的管节拼接至交汇处，连接交汇处管节，完成所述防水约束先导管道的拼接和铺设固定。

所述防水约束先导管道包括多段管节时，所述防水约束先导管道除了采用上述方式铺设外，也可自所述始发端隧道出入口管道开始直至所述末端隧道出入口管道逐节铺设、固定、拼接所述管节，从而完成防水约束先导管道铺设。

作为优选，所述位置锁定结构采用回填锁固料固定所述防水约束先导管道；所述主承压管道及充填加压层施工步骤还包括二次回填锁固步骤；

所述防水约束先导管道铺设步骤包括：在所述防水约束先导管道铺设过程中投放装设部分回填锁固料将所述防水约束先导管道的位置予以固定使之能抵抗所处环境中的水动力作用而不产生移位或损坏，控制该部分所述回填锁固料对所述防水约束先导管道施加的作用力使其处在所述防水约束先导管道自身结构强度所能承担的范围内；

所述二次回填锁固步骤包括：建立测量系统以测量在所述防水约束先导管道内的所述水盾构机的所述盾尾密封机构的位置，及时向所述盾尾密封机构已经通过且完成注浆的区段投放装设剩余的所述回填锁固料以进一步埋压固定所述防水约束先导管道，从而克服所述防水约束先导管道内的水被推移排空后产生的管道上浮力，同时对隧道本体结构做进一步埋压固定也有利于确保其达到运营期稳定标准。

回填锁固步骤除采用上述方法外，当防水约束先导管道强度允许时，回填锁固料也可连续投放装设完成而不区分防水先导管道铺设步骤中的回填锁固步骤和二次回填锁固步骤。

作为优选，所述回填锁固料为碎石、混凝土或混凝土预制构件中的一种或多种。当采用混凝土或混凝土预制件作为回填锁固料用于固定、压载和稳定防水约束先导管道时，除了可采取如前所述的回填锁固料的投放装设顺序施工外，也可利用混凝土自身承载能力将其分块，在防水约束先导管道铺设前即部分开始施工，亦可在油脂和注浆料加注前全部完成施工。

作为优选，所述盾尾密封机构包括安装于盾尾内壁的内盾尾刷组和安装于盾尾外壁的外盾尾刷组，所述内盾尾刷组设为多个，且多个所述内盾尾刷组沿所述盾尾轴向排布，每个所述内盾尾刷组包括多个沿所述盾尾内壁周向排布的所述盾尾刷；所述外盾尾刷组设为多个，且多个所述外盾尾刷组沿所述盾尾轴向排布，每个所述外盾尾刷组包括多个沿所述盾尾外壁周向排布的所述盾尾刷，所述防水约束先导管道设为可承担注浆压力的抗拉管体，所述主承压管道及充填加压层施工步骤中，所述注浆装置通过所述注浆孔道向所述隧道管片与所述防水约束先导管道之间的缝隙中注入注浆料的注浆过程包括：所述盾尾密封机构在注浆前密接所述防水约束先导管道和已拼装就位的所述隧道管片以临时封闭所述防水约束先导管道和所述隧道管片间的间隙形成隔水结构，密接方式为启动油脂加注加压设备向所述盾尾密封机构中注入油脂并加压到指定压力值，使得在高压油脂的作用下所述盾尾密封机构以预定的压力紧贴所述防水约束先导管道和所述隧道管片从而在所述防水约束先导管道和所述隧道管片之间形成隔水结构，然后启动所述注浆装置通过所述注浆孔道向所述隧道管片与所述防水约束先导管道之间的缝隙中注入注浆料，注浆料的灌注和所述水盾构机的推进同步进行以保持所述注浆料始终充满所述盾尾密封机构后侧的所述隧道管片与所述防水约束先导管道之间的缝隙，所述注浆过程的注浆料灌注压力高于隧道施工位置处的环境压力，且所述注浆料灌注压力与所述环境压力的压差大于0.2MPa，用以在主承压管道管壁中形成设计指定的预压应力。

作为优选，所述防水约束先导管道能承受的最大环向应力大于或等于100MPa，所述主承压管道的抗压强度大于或等于23MPa，构建所述充填加压层的注浆压力可高出环境压力，且压差在0至2.5MPa以上乃至防水约束先导管道或主承压管道的允许承载力范围内可选，用以在主承压管道内部施加预压应力。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明从根本上解决传统的水下隧道所面临的地质和水深条件的影响和安全风险等问题，提出水下隧道、水下隧道施工方法及水下隧道施工用水盾构机，该水下隧道可简化施工过程，降低施工环境条件要求，降低施工风险，有效降低施工成本和施工周期，提高隧道的防水性。

附图说明

图1为本发明的隧道施工状态示意图；

图2为本发明的水盾构机结构示意图；

图3为本发明带清淤机构的水盾构机结构示意图；

图4为本发明的隧道本体剖视图；

图5为本发明的水盾构机施工始发状态示意图；

图6为本发明的水盾构机盾尾刷结构示意图；

图7为本发明的盾尾刷尾刷板剖视图；

图8为本发明的盾尾刷刷毛结构示意图；

以上各图中：1-防水约束先导管道，2-主承压管道，21-隧道管片，3-充填加压层，4-盾壳，41-盾首，411-半球面，412-柱形面，413-拱圈，42-盾身，421-润滑结构，43-盾尾，431-盾尾内壁，432-盾尾外壁，5-注浆装置，51-注浆孔道，6-油脂加注加压设备，61-油脂孔道，7-液压推顶装置，8-盾尾密封机构，81-内盾尾刷组，82-外盾尾刷组，83-盾尾刷，831-尾刷板，8311-装配面，832-刷毛，8321-连通孔，8322-微孔，833-刷毛约束环，834-油脂出口，835-油脂入口，836-输送孔道，9-位置锁定结构，91-一次回填锁固料，92-二次回填锁固料，10-清淤机构，101-清淤管道，102-清淤头，103-吸泥泵，1’-隧道出入口管道，2’-反力架，3’-始发托架，4’-临时负环管道。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至5所示，一种水下隧道，包括设于水下的隧道本体，以及用于衔接所述隧道本体端口与隧道外部大气空间的隧道出入口管道1’，所述隧道本体包括主承压管道2，套设于所述主承压管道2外用于隔水和盾构推进导向的防水约束先导管道1，由填充于所述防水约束先导管道1与所述主承压管道2之间以封闭其缝隙的注浆料构成的充填加压层3，以及用于将所述防水约束先导管道1固定安装于水下地基上的位置锁定结构9；

所述防水约束先导管道1的端口均连通所述隧道出入口管道1’，所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’衔接且相互贯通，所述主承压管道2包括拼装构成所述主承压管道2的隧道管片21，所述隧道管片21为任意可拼装构成所述主承压管道2的预制构件结构，所述防水约束先导管道1内的所述隧道管片21衬砌于所述防水约束先导管道1内壁。(所述隧道出入口管道1’包括陆上端口，所述陆上端口开设于水面以上的陆地范围内或围埝内的干施工区域内)

具体的，所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’间可采用粘接、焊接、铸接、套接、栓接、铆接、企口连接、法兰连接等任意可满足水下管道连接要求的连接方式进行连接，即管道连接处密封不透水，或连接处渗水量不足以、或在采取常规水下管道施工的控制措施或排除措施的情况下不足以影响正常施工。

具体的，所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’水密固接，所述水密固接即所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’固定连接且连接处密封不透水。

如图1至3所示，用于上述水下隧道施工的水盾构机，包括可容纳隧道管片拼装装置的盾壳4，用于连接注浆装置5向所述防水约束先导管道1和所述隧道管片21间缝隙注浆的注浆孔道51，盾尾密封机构8，以及驱动所述水盾构机行进的推进机构，所述盾壳4后端敞口设置且可插接已拼装就位的所述隧道管片21构成的管道，所述盾壳4包括自前向后依次设置的盾首41、盾身42和盾尾43，所述盾尾密封机构8安装在所述盾尾43上，所述盾尾密封机构8包括盾尾刷83和用于连接油脂加注加压设备6的油脂孔道61，其特征在于，所述水盾构机不设置刀盘和清除渣土的排渣机构，所述盾身42外壁与所述防水约束先导管道1内壁形状适配，且可在所述推进机构作用下沿所述防水约束先导管道1轴线滑动，所述盾尾密封机构8可密接拼装就位的所述隧道管片21以在注浆前封闭所述盾尾43和插接所述盾尾43后端口的所述隧道管片21间间隙，在所述盾壳4内和盾壳4后侧形成干施工条件。

所述干施工条件为在相对封闭的环境中存在的水的量或其存在方式不足以影响处于该环境中的油脂加注加压设备6、所述注浆装置5、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置等装置设备正常施工运行的施工环境条件，后端敞口设置的所述盾壳4在防水约束先导管道1中构成阻碍盾壳4前方的水透过所述盾壳4大量流入其后方的阻水结构，从而通过盾尾密封机构8封闭所述盾尾43和插接所述盾尾43的隧道管片21拼装构成的管道间间隙即可形成隔水结构，在所述盾壳4内和盾壳4后侧形成干施工条件。

如图1至5所示，上述水下隧道施工方法，采用上述的水盾构机，所述施工方法包括以下步骤：

施工前准备：包括所述隧道出入口管道1’建设、水下地基处理(可按实际施工要求对地基进行开槽或不开槽处理，开槽时防水约束先导管道1安装在槽体内地基上，不开槽时直接安装在地基上)和整平；

防水约束先导管道铺设：将所述防水约束先导管道1运送至预设施工位置上方水域，采用起重设备或铺管设备将所述防水约束先导管道1放至水中并进行沉放安装，所述防水约束先导管道1入水后其内外水体连通，所述防水约束先导管道1铺设于水下地基上预设位置，将铺设于地基上的所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’衔接且相互贯通，采用所述位置锁定结构9将所述防水约束先导管道1固定于所述水下地基上；

施工设备装配：以所述隧道本体一端的隧道出入口管道1’作为始发端隧道出入口管道，另一端的隧道出入口管道1’作为末端隧道出入口管道，在所述末端隧道出入口管道中安装排水设备，在靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道1端口外的大气环境中的预定位置架设所述水盾构机，并将与所述水盾构机适配的油脂加注加压设备6、所述注浆装置5、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置安装就位，所述水盾构机的盾身42外壁与所述防水约束先导管道1内壁形状适配，且所述水盾构机初始架设安装位置使其可在所述推进机构作用下沿所述防水约束先导管道1轴线进入所述防水约束先导管道1内并在其中向所述末端隧道出入口管道滑动；

主承压管道及充填加压层施工：所述推进机构驱动所述水盾构机从靠近所述始发端隧道出入口管道的防水约束先导管道1端口向靠近所述末端隧道出入口管道的防水约束先导管道1端口推进，所述隧道管片拼装装置随着所述水盾构机的推进在所述盾壳4内进行隧道管片21的拼装以构建主承压管道2，所述盾尾密封机构8可在注浆前密接已拼装就位的所述隧道管片21以临时封闭所述盾尾43和所述隧道管片21间间隙形成隔水结构，然后启动所述注浆装置5通过所述注浆孔道51向所述隧道管片21与所述防水约束先导管道1之间的缝隙中注入注浆料，注浆料凝固以在所述主承压管道2和所述防水约束先导管道1间形成所述充填加压层3；所述盾尾密封机构8在所述盾尾43和已拼装就位的所述隧道管片21间形成的隔水结构使所述水盾构机在推进过程中不断将水从所述隧道本体内推顶排出，直至所述水盾构机推进至所述末端隧道出入口管道完成隧道本体的排水，随着所述水盾构机的推进过程，所述隧道管片拼装装置和所述注浆装置5分步交替完成所述防水约束先导管道1内的主承压管道2拼装和充填加压层3施工，即完成所述隧道本体施工，在该步骤中开启所述排水设备以及时排出末端隧道出入口管道中的水；

收尾：移除施工装置设备，即完成所述水下隧道施工。

上述水下隧道采用新型的隧道结构，与传统盾构法隧道相比，在“隧道管片加注浆料”这一承压防水体系之外，增加了所述防水约束先导管道1这一永久性防水层，提高了水下隧道的防水性能。由于所述防水约束先导管道1是在工厂内生产的产品，其可靠性完全受控，可有效提高施工质量，降低施工难度。本实施例的水下隧道以主承压管道2作为主要承压结构，防水约束先导管道1的设置主要起隔水和水盾构机施工导向的作用。在防水约束先导管道1铺设过程中，管道内外水体连通，故本申请对防水约束先导管道1的承受外部压力的能力没有较高的要求。相较于沉管隧道施工，本申请采用的用于防水约束先导管道1的铺设施工的管道的预制和铺设施工的难度和环境条件要求都更低，且管道运输和安装成本更低，操作更加简单，且与沉管隧道结构相比，所述防水约束先导管道1管壁的防水功能的发挥克服了传统沉管管节间止水结构和止水材料耐压特性的局限，使水下先导管隧道所能适应的水深大幅增加。由于所述防水约束先导管道1是在工厂内生产的产品，其选材范围大大增加，从而为突破目前钢筋混凝土沉管隧道120使用寿命创造了条件。

为了实现上述隧道的施工，本申请对常规盾构机结构进行改进，设计了一种水盾构机。本申请的盾构设备施工过程中无需进行岩土掘进和排渣，该水盾构机不设置刀盘和清除渣土的排渣机构，其主要作用是通过水盾构机在与其盾身42形状适配的防水约束先导管道1内的推进过程排出水盾构机所行进通过的隧道本体中的水(其作用原理类似于活塞结构)，其施工效率和施工安全性远高于常规盾构隧道施工。该水盾构机工作状态时，盾首41和盾身42与水接触，盾尾43与已拼装就位的所述隧道管片21所形成的管状空间相对接，并通过盾尾密封机构8密接拼装就位的所述隧道管片21以形成隔水结构。所述盾壳4处于所述防水约束先导管道1内，由所述推进机构驱动其沿所述防水约束先导管道1步进。工作状态的盾尾密封机构8密接盾尾43内拼装就位的所述隧道管片21以在二者间形成隔水结构。所述盾尾密封机构8与所述隧道管片21密接且可以相对滑动，从而在注浆前临时封闭所述盾尾43和所述隧道管片21之间的缝隙，为注浆构建所述充填加压层3提供施工条件。同时通过该隔水结构可以在水盾构机的推进过程中通过盾壳4的推顶作用，将所述盾壳4前方的水从所述隧道本体内推顶排出，从而实现盾壳4后方的隧道本体排水。在水盾构机在防水约束先导管道1中推进的过程中，随着所述水盾构机的推进过程，所述隧道管片拼装装置和所述注浆装置5分步交替完成所述防水约束先导管道1内的主承压管道2拼装和充填加压层3施工，即完成所述隧道本体施工。相较于常规的盾构隧道施工和沉管隧道施工，上述的水下隧道施工方法从根本上解决了传统的水下隧道所面临的地质和水深条件的影响和安全风险等问题，可简化施工过程，降低施工环境条件要求，降低施工风险，有效降低施工成本和施工周期，提高隧道的防水性。

该水下隧道的施工方法避免了软硬不同的地质条件对传统盾构法施工造成的困扰，绕开了重达几万吨的大型沉管管节水上浮运、系泊和沉放对接的安全风险和复杂技术问题，克服了钢筋混凝土沉管预制周期长的问题。

本申请的油脂加注加压设备6、所述注浆装置5、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置、盾尾密封机构8均可采用现有的与盾构机适配使用的装置和结构，其施工过程中盾尾密封机构8的密封作用过程、注浆过程、隧道管片21拼装构建主承压管道2的施工过程、盾构机推进过程均可参照常规盾构隧道的施工方法。

具体的，所述盾壳4前端和侧壁均设为不透水结构，所述水盾构机工作状态下的所述盾壳4构成阻止水进入所述盾壳4内和所述盾壳4后侧的隔水结构。所述工作状态为水盾构机和配套设备(如注浆装置5、油脂加注加压设备6)装配完成，入水时盾尾密封机构8密接隧道管片21、油脂孔道61连接油脂加注加压设备6且充满油脂、注浆孔道51连接注浆装置5且充满浆液或处于关闭状态。盾壳4前端和侧壁设为不透水结构，可进一步确保水盾构机推进过程中的排水效果，同时保障油脂加注加压设备6、所述注浆装置5、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置等装置设备的干施工条件。

具体的，所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’间可采用粘接、焊接、铸接、套接、栓接、铆接、企口连接、法兰连接等任意可满足水下管道连接要求的连接方式进行连接，即管道连接处密封不透水，或连接处渗水量不足以、或在采取常规水下管道施工的控制措施或排除措施的情况下不足以影响正常施工。

具体的，所述隧道出入口管道1’设有水下端口和陆上端口，所述防水约束先导管道1自所述水下端口穿入所述隧道出入口管道1’，所述防水约束先导管道1插接所述隧道出入口管道1’以与所述陆上端口连通。

具体的，所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’水密固接，所述水密固接即所述防水约束先导管道1的端口与所述隧道出入口管道1’固定连接且连接处密封不透水。

具体的，所述防水约束先导管道1包括多段管节，所述管节拼接构成所述防水约束先导管道1，所述管节间相互衔接。防水约束先导管道1设为分段结构，可以方便管道预制，且采用常规的运输船和吊装设备即可完成管道运输安装，可以使防水约束先导管道1的运输安装操作更加方便，降低施工成本。

具体的，拼接构成所述防水约束先导管道的所述管节间可采用粘接、焊接、铸接、套接、栓接、铆接、企口连接、法兰连接等任意可满足水下管道连接要求的连接方式进行连接，即管道连接处密封不透水，或连接处渗水量不足以、或在采取常规水下管道施工的控制措施或排除措施的情况下不足以影响正常施工。

具体的，拼接构成所述防水约束先导管道的所述管节间水密固接，所述水密固接即所述防水约束先导管道1的管节间固定连接且连接处密封不透水。

具体的，所述防水约束先导管道1可设为刚性管道或具有一定柔性的管道。

具体的，所述隧道出入口管道1’可设为管状预制构件，或开设于隧道出入口建筑物的管道结构。

具体的，所述防水约束先导管道1设为可承担注浆压力的抗拉管体，所述主承压管道2为预应力结构，所述隧道管片21具有由所述充填加压层3预先施加的压应力。防水约束先导管道1设为可承担注浆压力的管道结构，可在施工过程中承受更大的注浆压力，以使所述主承压管道2具有预应力，该预压应力可大于隧道位置处的环境压力(包括水土压力)所施加的预压应力，从而满足更多的结构受力和耐久性要求。

具体的，所述防水约束先导管道1能承受的最大环向应力大于或等于100MPa，所述主承压管道2的抗压强度大于或等于23MPa。构建充填加压层3的注浆压力可高出环境压力，且压差在0至2.5MPa以上乃至防水约束先导管道1或主承压管道2的允许承载力范围内可选，用以在主承压管道2内部施加预压应力。

具体的，所述防水约束先导管道1为高分子复合材料管道、金属管道或钢筋混凝土管道中的任一种或多种的组合；所述隧道管片21为钢筋混凝土管片或金属管片中的任一种或多种的组合。

具体的，所述隧道管片21的周边镶贴有弹性密封条，所述隧道管片21之间采用螺栓连接。所述隧道管片21的周边镶贴有弹性密封条作为所述隧道管片21的保护材料使其在搬运和拼装过程中免受碰损，同时作为密封材料使所述隧道管片21在拼装完成后拼缝严密防水。相邻所述隧道管片21之间以螺栓相连且拉紧，使拼装完成的所述隧道管片21成为一个整体筒型结构，后拼装的所述隧道管片21附着于先期拼装且已经注浆定位的所述隧道管片21上，从而使后拼装的所述隧道管片21的空间位置得以确定，由此使所述隧道管片21拼装形成的主承压管道2可以随着拼装的进度沿既定方向不断延伸；另外，所述隧道管片21拼装形成的主承压管道2凭借其拱圈作用可以承担通过所述防水约束先导管道1壁和所述充填加压层3传递过来的外界荷载。所述隧道管片21通过灌注于它和所述防水约束先导管道1之间缝隙中的所述充填加压层3同所述防水约束先导管道1固接成一体，共同构成水下先导管隧道的受力和防水结构。

具体的，所述防水约束先导管道1为玻璃钢管道。内壁光滑的玻璃钢管作为防水约束先导管道1具有较好的抗拉性能，且可使得所述盾尾密封机构8在以一定压力紧贴于所述防水约束先导管道1内壁的情况下顺利滑过整个所述防水约束先导管道1且不产生过度磨损。

具体的，所述防水约束先导管道1的径向截面为圆形或椭圆形。

具体的，所述位置锁定结构9包括用于固定所述防水约束先导管道1的回填锁固单元，所述回填锁固单元包括包覆于所述防水约束先导管道1外的回填锁固料。

具体的，所述防水约束先导管道1管壁的比重大于其安装位置环境水的比重。

具体的，所述盾壳4内设有用于传递和扩散所述盾壳4所承受荷载以增强所述盾壳4承压能力的加强结构。所述加强结构可设为加强梁等任意现有壳体支持加强结构，如肋板等。

具体的，所述盾身42外壁设置用于减小所述盾身42和所述防水约束先导管道1间摩擦力的润滑结构421，以减小水盾构机推进阻力，同时减小水盾构机的设备磨损，延迟使用寿命。

具体的，所述润滑结构421包括包覆于所述盾身42外壁的聚四氟乙烯层。

具体的，所述水盾构机还包括可清除所述盾身42前方淤积物的清淤机构10。所述清淤机构10的设置可清除沉积于所述防水约束先导管道1内的泥砂，避免淤泥影响水盾构机在所述防水约束先导管道1中的正常推进，影响施工效果。

具体的，所述清淤机构10包括安装于所述盾壳4内的吸泥泵103，所述盾首41设有用于穿设所述清淤机构10的清淤管道101的管道出口，所述管道出口与所述清淤管道101间水密连接(即所述清淤管道101和所述管道出口连接处密封不透水)，所述清淤管道101安装有阀门，所述清淤机构10的清淤头102设于所述盾身42前方，且通过所述清淤管道101和阀门连接所述吸泥泵103。

具体的，所述盾首41设为向前凸出的凸出结构，所述盾首41的前端径向尺寸小于其后端径向尺寸。盾首41设为上述结构可增大盾壳内部空间以布置加强结构和配套施工设备，同时发挥盾首材料的成拱效应以改善结构受力性能。

具体的，如图1和图2所示，所述盾首41前端面设为向前凸出的半球面411，所述盾首41包括自所述半球面411后端至所述盾身42前端依次连接的径向尺寸依次增大的多段柱形面412，所述半球面411的中心线、多个所述柱形面412的中轴线和所述盾身42的中轴线共线设置，所述加强结构包括连接相邻两个所述柱形面412或相邻的柱形面412和所述盾身42的拱圈413，以及设置于所述柱形面412内的肋板。

具体的，所述柱形面412设为圆柱面，所述拱圈413的外轮廓为由与所述盾身42的中轴线同处一个平面内的圆弧沿垂直于圆弧所在平面的方向绕所述盾身42的中轴线回转所形成的弧面环形，所述拱圈413面板的前、后边缘分别与相邻接的两个柱形面412无缝连接，或所述拱圈413面板的前、后边缘分别与相邻的柱形面412和所述盾身42无缝连接；所述拱圈413的弧面环形面板的内侧设肋板。

具体的，所述盾尾密封机构8包括安装于盾尾内壁431的内盾尾刷组81和安装于盾尾外壁432的外盾尾刷组82，所述内盾尾刷组81设为多个，且多个所述内盾尾刷组81沿所述盾尾43轴向排布，每个所述内盾尾刷组81包括多个沿所述盾尾内壁431周向排布的所述盾尾刷83；所述外盾尾刷组82设为多个，且多个所述外盾尾刷组82沿所述盾尾43轴向排布，每个所述外盾尾刷组82包括多个沿所述盾尾外壁432周向排布的所述盾尾刷83。在盾尾内外壁均设置由盾尾刷83构成的密封结构，在盾尾内壁431的盾尾密封机构8可密接拼装就位的隧道管片21并与之形成隔水结构，在盾尾外壁432的盾尾密封机构8可密接防水约束先导管道1内壁并与之形成隔水结构，采用上述结构，可在防水约束先导管道1和拼装好的隧道管片21间形成更好的隔水结构，实现更好的隔水效果，确保水盾构机推进过程的排水效果，与传统盾构机只能在盾尾43和所述隧道管片21之间单侧施加盾尾刷83相比施工安全性成倍提高。

具体的，采用上述盾尾密封机构8的盾构机，工作状态的盾尾密封机构8与已拼装就位的所述隧道管片21和所述防水约束先导管道1同时密接且可以相对滑动，从而在注浆前临时封闭拼装好的隧道管片21和防水约束先导管道1间间隙，为注浆构建充填加压层3和通过该充填加压层3对所述隧道管片21施加预应力提供施工条件，其施工方法中，所述防水约束先导管道1设为可承担注浆压力的抗拉管体，所述主承压管道及充填加压层施工步骤中，所述注浆装置5通过所述注浆孔道51向所述隧道管片21与所述防水约束先导管道1之间的缝隙中注入注浆料的注浆过程包括：所述盾尾密封机构8在注浆前密接所述防水约束先导管道1和已拼装就位的所述隧道管片21以临时封闭所述防水约束先导管道1和所述隧道管片21间的间隙形成隔水结构，密接方式为启动油脂加注加压设备6向所述盾尾密封机构8中注入油脂并加压到指定压力值，使得在高压油脂的作用下所述盾尾密封机构8以预定的压力紧贴所述防水约束先导管道1和所述隧道管片21从而在所述防水约束先导管道1和所述隧道管片21之间形成隔水结构，然后启动所述注浆装置5通过所述注浆孔道51向所述隧道管片21与所述防水约束先导管道1之间的缝隙中注入注浆料，注浆料的灌注和所述水盾构机的推进同步进行以保持所述注浆料始终充满所述盾尾密封机构8后侧的所述隧道管片21与所述防水约束先导管道1之间的缝隙，所述注浆过程的注浆料灌注压力高于隧道施工位置处的环境压力，且所述注浆料灌注压力与所述环境压力的压差大于0.2MPa，用以在主承压管道管2壁中形成设计指定的预压应力。

具体的，所述防水约束先导管道1能承受的最大环向应力大于或等于100MPa，所述主承压管道2的抗压强度大于或等于23MPa，构建充填加压层3的注浆压力可高出环境压力，且压差在0至2.5MPa以上乃至防水约束先导管道1或主承压管道2的允许承载力范围内可选，用以向主承压管道2壁施加预压应力。

盾尾密封机构8除了可以采用上述结构外，也可采用现有的任一种盾尾刷结构或盾尾密封机构结构。

具体的，如图6至8所示，所述盾尾刷83包括刷毛832和尾刷板831，所述尾刷板831的一侧外壁的固定区域作为用于安装所述刷毛832的刷毛安装面，所述刷毛832的根部固定安装在所述刷毛安装面上，所述刷毛832设为多条且密布于所述刷毛安装面；

所述尾刷板831内设油脂输送单元，所述油脂输送单元包括多条相互连通的输送孔道836、连通所述输送孔道836的油脂入口835和油脂出口834，所述油脂入口835连通所述油脂孔道61的油脂输出端口，所述油脂出口834与所述刷毛832一一对应设置，所述油脂入口835开设在所述刷毛安装面以外的所述尾刷板831外壁上，所述油脂出口834均开设在所述刷毛安装面；

所述刷毛832设为条形袋体，所述条形袋体内部空腔构成可容纳油脂的油脂腔，所述油脂腔的外壁密布可渗透油脂的微孔8322，所述刷毛832根部开设连通与所述刷毛832对应设置的所述油脂出口834和所述油脂腔的连通孔8321。该盾尾刷83在工作时，油脂加注加压设备6的油脂输出端将油脂自油脂入口835注入刷毛832的油脂腔中，随着油脂的注入刷毛832被油脂充起，且油脂腔内的油脂自刷毛832上的微孔8322挤出到刷毛832外，刷毛832外的油脂与刷毛832配合构成盾尾密封结构8，且刷毛832被油脂充起且相互挤压可以进一步提高密封油脂压力，增强盾尾刷83的密封效果。

具体的，所述盾尾刷83还包括刷毛约束环833，所述刷毛约束环833固定安装在所述尾刷板831外壁上，所述尾刷板831外壁位于所述刷毛约束环833内的区域构成所述刷毛安装面，所述刷毛832的自由端伸出所述刷毛约束环833。刷毛约束环833的设置在向刷毛832充入油脂的过程中可以束缚刷毛832的运动范围，从而进一步提高密封油脂压力，进一步增强盾尾刷83的密封效果。

具体的，所述刷毛约束环833为长条形扁带两端对接形成的带状环，所述刷毛约束环833的侧壁垂直于所述刷毛安装面设置，所述刷毛约束环833将所述刷毛832围拢于环内以构成刷毛束，所述刷毛约束环833靠近所述刷毛832根部的侧边固定连接所述尾刷板831外壁；所述条形袋体由带有微孔8322的弹性膜制成，所述条形袋体仅设置一个袋口，所述袋口设于所述刷毛832根部以构成所述连通孔8321；所述弹性膜为纤维相互交织或粘结在一起形成的带有微孔8322且具有弹性的纤维膜；与刷毛安装面相对的所述尾刷板831的外壁作为与盾构机盾尾43接触的装配面8311，所述装配面8311与所述盾尾43形状适配，所述装配面8311设为可与所述盾尾43相贴合的弧形面；所述尾刷板831设为弧形板，所述刷毛安装面所在的所述尾刷板831外壁设为与所述装配面8311平行的弧面。

具体的，所述油脂孔道61开设于所述盾尾43，所述油脂孔道61的油脂输出端口设为圆榫形孔口，所述油脂入口835设为与所述圆榫形孔口适配的锥卯孔口(所述锥卯孔口为带有锥度的圆卯形通孔以便与所述圆榫形孔口相吻合)。

具体的，所述刷毛832根部与所述尾刷板831之间的固定连接方式为粘接、焊接、熔接、机械夹持中的任意一种或多种组合；所述刷毛约束环833与所述尾刷板831之间的固定连接方式为粘接、焊接、熔接、铆接、螺栓连接、机械夹持中的任意一种或多种组合。

具体的，所述推进机构设为液压推顶装置7，所述液压推顶装置7两端分别与所述盾壳4和已拼装就位的隧道管片21抵接；

所述施工设备装配步骤包括：在靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道1端口之外预设距离处安装用于提供所述推进机构顶推反力的反力架2’(所述反力架2’的具体安装方法为，打设抗滑桩并在桩头处浇注混凝土承台，在混凝土承台上安装用于提供所述驱动机构顶推反力的反力架2’；经提供所需反力的要求设计抗滑桩的强度、尺寸、打设深度、打设位置和反力架2’的安装位置、结构及断面尺寸大小及结构强度，所述反力架2’所提供的反力与传递过来的顶推力相平衡)；在所述反力架2’和所述防水约束先导管道1的端口之间的地面上安装所述水盾构机的始发托架3’(所述始发托架3’的具体安装方法为在所述反力架2’和所述防水约束先导管道1端口之间的地面上，按照所述防水约束先导管道1的内壁面位置和走向铺设碎石，碎石之上铺设垫层混凝土，垫层混凝土的上表面上安装所述始发托架3’)，所述始发托架3’的滑动面与所述防水约束先导管道1内表面的延伸面共面设置；将所述水盾构机吊放安装到所述始发托架3’上，将所述油脂加注加压设备6、所述注浆装置5、隧道管片吊运设备和所述隧道管片拼装装置安装到所述盾壳4中，所述注浆装置5连接所述注浆孔道51，所述油脂加注加压设备6连接所述油脂孔道61；将所述水盾构机自身及其承载物的恒重的总和配置到不小于所述水盾构机长度范围内的所述防水约束先导管道1的管段外轮廓所排开的水的重量；

所述主承压管道及充填加压层施工步骤包括：所述液压推顶装置7驱动所述水盾构机自反力架2’开始向前推进，并从靠近所述始发端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道1端口向靠近所述末端隧道出入口管道的所述防水约束先导管道1端口行进，所述隧道管片拼装装置随着所述水盾构机的推进在所述盾壳4内进行隧道管片21的拼接以构建柱形管道，所述隧道管片拼装装置以反力架2’为起点至所述防水约束先导管道1的端口构建的管道为临时负环管道4’(所述临时负环管道4’为位于所述防水约束先导管道1的端口外的由隧道管片21拼装成的临时性管道，如图5所示为构建临时负环管道4’的施工状态)，所述隧道管片拼装装置随所述水盾构机进入所述防水约束先导管道1中后，以所述临时负环管道4’前端为起点随着所述水盾构机的推进在所述盾壳4内进行隧道管片21的拼装以在所述防水约束先导管道1内构建主承压管道2；当所述水盾构机的盾尾43越过所述防水约束先导管道1的端口进入所述防水约束先导管道1内部且尚未入水之前，采取封闭物封闭所述防水约束先导管道1的端口处管壁与所述隧道管片21之间的缝隙，然后启动油脂加注加压设备6向所述盾尾密封机构8中注入油脂并加压到指定压力值，使得在高压油脂的作用下所述盾尾密封机构8以预定的压力紧贴所述隧道管片21从而在所述盾尾43和所述隧道管片21之间形成隔水结构，随后启动所述注浆装置5通过所述注浆孔道51向所述隧道管片21与所述防水约束先导管道1之间的缝隙中注入注浆料，注浆料凝固以在所述主承压管道2和所述防水约束先导管道1间形成所述充填加压层3；所述盾尾密封机构8使所述水盾构机在推进的过程中不断将所述盾壳4前方的水自所述隧道本体内推顶排出，直至所述水盾构机推进至所述末端隧道出入口管道完成隧道本体的排水，随着所述水盾构机的推进过程，所述隧道管片拼装装置和所述注浆装置5分步交替完成所述防水约束先导管道1内的主承压管道拼装和充填加压层施工。

所述收尾步骤包括：拆除所述临时负环管道4’、所述反力架2’和所述始发托架3’，移除施工装置设备，即完成所述水下隧道施工。

上述隧道管片21拼装临时负环管道4’和主承压管道2的施工过程与常规的盾构隧道施工过程类似，所述隧道管片21的拼装从所述反力架处起始，第一顺序拼装的一环所述隧道管片21抵接所述反力架2’。所述隧道管片21的拼装与所述液压顶推装置7的局部撤回和支顶交替进行，先撤回局部的所述液压顶推装置7，拼装该局部的所述隧道管片21，然后再将该局部先前撤回的所述液压顶推装置7支顶抵接到新拼装上来的所述隧道管片21上，如此交替完成一个整环的拼接，拼装完成后的所述隧道管片21外壁光滑，使得所述盾尾密封机构8可在以一定压力紧贴于该外壁的情况下顺利滑过整个所述隧道管片21拼装形成的整体筒型结构(临时负环管道4’和主承压管道2)且不产生过度磨损。

在主承压管道2拼装过程中，一整环的所述隧道管片21拼装完成后，操作所述液压顶推装置7使所述水盾构机在防水约束先导管道1中沿其轴向向前推进。防水约束先导管道1和隧道管片21间的间隙在施工过程中被所述盾尾密封机构8、封闭物，以及先期注入的所述注浆料所形成的充填加压层3所封闭，从而在施工过程中隔绝盾壳4前方的水以防其渗透到盾壳4后方的隧道本体中，随着水盾构机在防水约束先导管道1中的推进实现隧道本体的排水。

具体的，所述封闭物位于所述防水约束先导管道1端口处管壁与所述隧道管片21之间，用于封闭所述防水约束先导管道1和所述隧道管片21之间的缝隙，所述封闭物可采用任意可临时密封防水约束先导管道1的端口处管壁与所述隧道管片21之间的缝隙的结构部件，例如，可用环形钢板作为封闭物，钢板的一边通过锚筋预埋在隧道管片21混凝土内，另一边用胶粘接于防水约束先导管道1上。

具体的，所述防水约束先导管道1包括多段管节，所述管节拼接构成所述防水约束先导管道1；所述防水约束先导管道1铺设步骤中，分别从所述始发端隧道出入口管道和所述末端隧道出入口管道开始逐节铺设、固定、拼接所述管节，直至两端的管节拼接至交汇处，连接交汇处管节，完成所述防水约束先导管1的拼接和铺设固定。采用两端同时施工进行管节拼接的方法铺设防水约束先导管道1可以缩短工期，提高施工效率。

所述防水约束先导管道1包括多段管节时，所述防水约束先导管道1除了采用上述方式铺设外，也可自所述始发端隧道出入口管道开始直至所述末端隧道出入口管道逐节铺设、固定、拼接所述管节，从而完成防水约束先导管道1铺设。

所述防水约束先导管道1除了采用分段结构外，也可采用一体式结构，实现整体铺设安装。

具体的，如图4所示，所述位置锁定结构9采用回填锁固料固定所述防水约束先导管道1；所述主承压管道及充填加压层施工步骤还包括二次回填锁固步骤；

所述防水约束先导管道铺设步骤包括：在所述防水约束先导管道1铺设过程中投放装设部分回填锁固料将所述防水约束先导管道1的位置予以固定使之能抵抗所处环境中的水动力作用而不产生移位或损坏，控制该部分所述回填锁固料对所述防水约束先导管道1施加的作用力使其处在所述防水约束先导管道1自身结构强度所能承担的范围内，以在该步骤中投放装设的回填锁固料作为一次回填锁固料91；

所述二次回填锁固步骤包括：建立测量系统以测量在所述防水约束先导管道1内的所述水盾构机的所述盾尾密封机构8的位置，及时向所述盾尾密封机构8已经通过且完成注浆的区段投放装设剩余的所述回填锁固料以进一步埋压固定所述防水约束先导管道1，从而克服所述防水约束先导管道1内的水被推移排空后产生的管道上浮力，同时对隧道本体结构做进一步埋压固定也有利于确保其达到运营期稳定标准，以在该步骤中抛填的回填锁固料作为二次回填锁固料92。

完成充填加压层3注浆后即可投放装设相应施工段范围内的二次回填锁固料92从而将二次回填锁固料92的投放装设施工向前推进一个步距。及时对所述盾尾密封装置8已经通过且完成注浆的区段投放装设二次回填锁固料92用以克服所述防水约束先导管道1内的水被推移排空后产生的上浮力，同时对所述隧道本体做进一步埋压固定，使之达到运营期稳定标准。

回填锁固步骤除采用上述方法外，当防水约束先导管道1强度允许时，回填锁固料也可连续投放装设完成而不区分防水先导管道铺设步骤中的回填锁固步骤和二次回填锁固步骤。

具体的，所述回填锁固料为碎石、混凝土或混凝土预制构件中的一种或多种。当采用混凝土或混凝土预制件作为回填锁固料用于固定、压载和稳定防水约束先导管道1时，除了可采取如前所述的回填锁固料的投放装设顺序施工外，也可利用混凝土自身承载能力将其分块，在防水约束先导管道1铺设前即部分开始施工，亦可在油脂和注浆料加注前全部完成施工。

具体的，所述注浆料为水泥砂浆，由水泥、砂、水、粉煤灰、泵送剂和缓凝剂按比例配制而成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可以利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。