复杂地质条件下大直径海底隧道盾构选型

复杂地质条件下大直径海底隧道盾构选型

摘要：本文对复杂地质条件下大直径海底隧道盾构选型的特点进行了分析，并结合某海底隧道的工程特点及地质条件，对影响盾构选型的各种主要因素进行了分析，对泥水平衡盾构和土压平衡盾构从各个方面进行了综合比选，最终选择了适合本工程的大直径复合泥水盾构。由于目前国内外大直径复合泥水盾构在复杂地质条件下的工程应用很少，本文回顾了国内外复合泥水盾构类似工程应用情况。通过调查结果表明，大直径泥水盾构的制造及在该海底隧道中的应用是可行性。

关键词：复杂地质；大直径；海底隧道；盾构选型

Large-diameter Shied selection to Undersea

Tunnel on Condition of Complex geology

Liu jiguo, Guo xiaohong

China communications second highway survey design and research institute, Hubei, Wuhan, 430056

Abstract: the characters were analyzed to large-diameter shied selection to undersea tunnel on condition of complex geology. Associated to the engineering characters and geology condition of an undersea tunnel, the major factors that can influence shied selection were analyzed and the election was done between mud-water balance shield and soil pressure balance shield from every aspects. At last, the proper large-diameter mud-water multiple shied was selected. Because the application of large-diameter mud-water multiple shied was very few all of the world, the similar engineering application of mud water multiple shied was surveyed. The investigation result shows that the large-diameter mud water multiple shied can be madden and can be applied to the undersea tunnel.

Key words: complex geology Large-diameter undersea tunnel shied selection

作者简介：刘继国，男，1976年生，硕士，从事隧道与地下工程方面的设计和研究工作

1 引言

近几年，我国长江上几条采用盾构法修建的江底隧道相继开工建设。位于武汉的长江第一隧，盾构直径11.38m，盾构段长2550m；位于南京的长江隧道，盾构直径14.96m，盾构段长2990m；位于上海的崇明越江隧道，盾构直径15.42m，盾构段长7500m，是目前世界上最大直径的盾构隧道。这些江底盾构隧道的建设，为我国大直径盾构的设计与施工积累了经验，也为下一阶段的海底盾构隧道设计、施工提供了参考。

目前，采用钻爆法修建的厦门翔安海底和青岛胶州湾海底隧道已经开工建设，同样采用钻爆法修建的大连湾海底隧道前期论证工作已经完成，年内有望开工，但国内目前还没有采用盾构法修建的海底公路隧道。

沿海城市某海底隧道的前期工作已经展开，根据研究成果，该隧道将推荐采用盾构法施工。本文结合

该海底隧道的工程地质、水文地质条件及其他影响因素，对海底隧道盾构选型进行研究。

2 工程概况

某海底隧道为三车道高等级公路隧道，全长4950m，其中盾构段长3700m，盾构直径14.96m。

图 1 隧道横断面图

Fig 1 the cross-sectional drawing of tunnel

隧道最大覆土厚度为27m，最小覆土厚度为16m。海域地段上部为淤泥及淤泥质粘土，淤泥质粘土呈深灰色，软塑状；下部为中粗砂，呈深灰或灰色，中密状，由中粗砂为主，局部为细砂，含较多泥质或夹淤泥质土团块，中粗砂渗透系数为0.37×l0-4m/s；下伏基岩为花岗岩，其中全强风化层厚度约2~14m，强~弱风化岩岩面标高一般为-60m左右，局部为-25m 左右，单轴抗压强度为67.3～148Mpa。全风化花岗岩渗透系数为0.2×l0-4m/s。海底基岩面起伏较大，在隧道中部有一处凸起，长度大约200～300m左右，对隧道影响较大。此外，基岩面上还分布着花岗岩风化球状孤石。

图 2 局部地质纵断面

Fig 2 local geology skiagraph

隧道最大埋深46m左右，最小埋深30m左右，最大水压力为0.46Mpa。

隧道穿越的地层主要为粗砂层、部分淤泥质亚粘土层及淤泥层，中部穿越200～300m左右的强、弱风化花岗岩。隧道上部覆土主要为粗砂层及淤泥层，见图2。

地下水系为松散岩类孔隙水及块状岩类裂隙水。

3 海底隧道盾构选型的特点

在江河湖海下进行水底公路隧道规划设计时，常常面临地质条件、地层分布与土体性质难以准确把握的困难，水文条件尤其是海洋水文条件极其复杂多变的情况，由此决定了盾构机选型对于大直径、长距离、高水压下水底隧道工程设计和施工阶段的极端重要性。可以说，盾构机选型很大程度上制约着水底隧道工程的施工难易、风险高低、工期长短和投资费用[1]。

盾构机选型的关键是如何基于勘察设计阶段所获取的有限地质、水文等信息确定最合适、最经济的盾构机类型，并最大程度地将工程施工风险降至最低。

海底隧道盾构选型具有如下特点：

（1）由于海底隧道地质勘察较陆地困难，地质条件、地层分布与土体性质难以准确把握，水文条件极其复杂多变，所选的盾构必须对不同的土层具有一定的适应性。

（2）由于海底隧道水压力大，地层渗透性往往很强，掘削面水土压力大，稳定性差，所选盾构必须能很好地平衡掘削面的水土压力，保持掘削面的稳定。（3）由于海底通道资源有限，而且一次投入巨大，