水下盾构隧道长距离施工关键技术

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一 时代的呼唤
1 我国面临的四大挑战 隧
贯 山 河 （3）天然气：储存在西北部能满足65年的用量， 资源与供应量是有很大差距的。 （4）铀235：贫铀国，储量不足20年～30年；原 子能发电不是方向。 （5）水资源，50%水量在南方，水资源集中在大 西南，占50～70%。水位差2000～3000m，是世界可再 生能源的金库，30%的电量由水电供给；但水的分布 极不平衡，47%土地处于干旱、半干旱。世界规定＜ 10000m3/人年为缺水国家，中国居110位，平均 2400m3/人年，美国是10000多m3/人年。
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四 水下盾构隧道面临的挑战
7 减压限排技术 隧
贯 山 河 主要技术措施采用试验与三维渗流场分析评估环 境、限量排水降低水压、利用水幕原理建立气压，该 技术在狮子洋隧道的施工中获得了明显的效果，减压
率达到了34.4%。
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四 水下盾构隧道面临的挑战
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四 水下盾构隧道面临的挑战
2 孤石的处理方法 隧
贯 山 河 预处理技术
人工清除（竖井清除） 洞内处理（爆破或胀裂）
隧道底面线 钻孔超深线 地面
装药孔 空孔
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地面处理（冲消或爆破） 直接掘进 大刀具、全覆盖
人工进仓搬运
孤石爆破示意图
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贯 山 河
水下盾构隧道 长距离掘进wk.baidu.com键技术
洪 开 荣
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2012年11月 0
内容提纲
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贯 山 河
一、时代的呼唤 二、水下隧道的前景
三、盾构及TBM的特性
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四、水下盾构隧道面临的挑战 五、台山核电取水隧洞工程 六、广深港高铁狮子洋隧道
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一 时代的呼唤
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二 水下隧道的前景
6、上海黄浦江通道建设的意义 隧
贯 山 河 根据我国大多沿江 城市单边发展的现状， 依托两岸拓展城市发展 空间是必由之路。
浦东
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上海跨越黄浦江的 通道建设助推了浦东新 区的开发，其发展模式 已成为我国城市拓展发 展空间的典范。
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一 时代的呼唤
1 我国面临的四大挑战 隧
贯 山 河 城镇化又会带来城市人口急剧膨胀，由此产生 了生存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等问题的凸 显。
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一 时代的呼唤
隧
贯 山 河
2 工程造成土地资源浪费与环境恶化
南水北调的一段明渠工程
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能否把地面沃土多留点给农业和环境，把地 下岩土多开发点给交通道路、工厂和仓库，从而 使地下空间成为人类在地球上安全舒适生活的第 二个空间。
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一 时代的呼唤
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贯 山 河
路在何方
可持性发展 进入21世纪我们开始了自我反思，反思在20世纪 活动中的得和失。 发展的理念：就是符合当代人类利益，又不损害 未来人类利益的发展。只有这样发展才可能持续；才 可能保障人类在地球上世世代代休养生息下来。
浦西
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二 水下隧道的前景
7 我国大陆已建与在建水下隧道 隧
贯 山 河
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二 水下隧道的前景
8 在建与规划中的重大跨海越江通道 隧
贯 山 河 港珠澳沉管隧道 南京第二长江隧道 琼州海峡隧道
琼州海峡
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渤海湾隧道
渤海湾
台湾海峡隧道
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5 关键部件的寿命考验 隧
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四 水下盾构隧道面临的挑战
7 减压限排技术 隧
贯 山 河 在高水压条件下换刀 具有很大的技术难度，为 此我们提出了“减压限排 换刀技术”,该技术的主 要目的是尽可能地降低带 压换刀的气压，保障换刀 人员的健康与安全，提高 工作效率。
贯 山 河 胶州湾“环湾保护、拥湾发展”战略，推动“蓝色 经济区”发展，建设了胶州湾海底隧道、跨海大桥工程。 胶州湾海底隧道实现了青岛与黄岛全天侯安全交通，彻 底终结了“青黄不接”，其交通距离仅为绕湾距离的九 分之一。
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二 水下隧道的前景
3、岛屿经济发展的需要 隧
8 废弃浆液的处理 隧
贯 山 河 泥水处理
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四 水下盾构隧道面临的挑战
9 地铁四号线涌砂事故 隧
贯 山 河 2003年7月轨道交通4号 线浦东南路站—南浦大桥站 区间的中间风井位置发生透 水涌沙事故，造成292m隧道 毁灭性破坏，并经历近四年 时间原地修复。
贯 山 河 我国拥有面积超过500m2岛屿6536个，其中有人居 住的450个；海岛对国家的重要性不言而喻，其海域不 但蕴藏巨大的油气与矿物资源，更是国家安全战略的 保障，完善大陆与海岛连接已上升到国家重大发展课 题。
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台湾海峡
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二 水下隧道的前景
4、厦门翔安海底隧道 隧
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一 时代的呼唤
2 工程造成土地资源浪费与环境恶化 隧
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一 时代的呼唤
2 工程造成土地资源浪费与环境恶化 隧
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一 时代的呼唤
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贯 山 河
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我们土木工程应顺潮流而检讨自己，大量的 土建工程拔地而起，人们进入城市，大量的交通、 房屋要建，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝 土所取代 。
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一 时代的呼唤
1 我国面临的四大挑战 隧
贯 山 河 城镇化是工业化和现代化的必然趋势，是完成 落后农业国向发达工业国跨越的必由之路。土地： 砂化240Km2/年，已砂化320万Km2土地，人均耕地越 来越少（为美国1/9.5），我国城市化率2011年以达 到50%以上，城市生存空间拥挤，80亿亩红线受到威 胁。
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交通领域
能源领域
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水利水电
市政管廊
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四 水下盾构隧道面临的挑战
1 软硬不均复合地层问题 隧
贯 山 河 盾构负载变化频繁 刀具磨损大、更换难
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四 水下盾构隧道面临的挑战
1 软硬不均地层的处理方法 隧
贯 山 河 预处理技术
人工清除（钻爆法施工） 洞内弱化处理（超前钻蜂窝孔）
地面破碎处理（地面冲孔、爆破）
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直接掘进 重型滚刀破岩 带压更换刀具
炸药 堵塞 炸药
地面 堵塞
需爆破岩石 隧道底面 超深
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四 水下盾构隧道面临的挑战
2 球状风化地层 隧
贯 山 河 强度差异大，刀具失效快 孤石漂移，破碎困难
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二 水下隧道的前景
9 跨江越海通道地下化趋势 隧
贯 山 河 跨海越江隧道可以不受气候的影响，抗震性能 好，且国防安全性好，具有环境友好型、资源节约 型的特点，已成为我国可持续发展的重大需求，而 水下隧道盾构与TBM法施工又占主导地位。
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稳定工作面的能力
掘进推力的提供方式 稳定洞室围岩的方法
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三 盾构与TBM的特性
5 盾构技术的应用 隧
贯 山 河
自1953年我国开 展盾构技术研究和应 用以来，到现在基本 上普及到了各个领域 的地下工程中，特别 是在城市交通（地铁 与地下市政道路）、 跨越大江大河隧道、 管廊等工程绝大部分 采用了盾构技术。
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四 水下盾构隧道面临的挑战
3 卵砾石地层的问题 隧
贯 山 河
刀具磨耗速度快
强胶结时易损刀盘
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四 水下盾构隧道面临的挑战
3 卵砾石地层的处理方法 隧
贯 山 河 主要技术措施
加大刀盘开口率 采用耐磨撕裂刀切割
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采用带式螺旋输送机 采用针对性的冲浮设计
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一 时代的呼唤
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综观当今世界，有识之士已把对地下空间开发 利用作为解决资源与环境危机的重要措施，是解决 我国可持续性发展的重要途径。可以预测 21 世纪末 将有1/3的世界人口工作、生活在地下空间中。
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二 水下隧道的前景
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一 时代的呼唤
1 我国面临的四大挑战 隧
贯 山 河 能源现状： （1）煤：按19亿吨开采40年就进入干涸区，煤 储存在昆仑山—秦岭、大别山以北占94%，二其以南 南仅6%，形成北煤南运，西煤（89%）东运格局。
（2）石油，我国经济总量目前占世界第二位， 石油消耗很大，而我国1吨石油的产值是发达国家 1/2～1/4，是日本的4.5倍，美国的2.5倍，比印度 还高。南中国海蕴藏着230～300亿吨石油和16万亿m3 天然气，相当于我国全部油气资源的三分之一。
1 我国面临的四大挑战 隧
贯 山 河 我国21世纪面临着人口、 粮食、资源和环境的四大挑 战 。人口：增1200万人/年， 且密度不均：西藏、新疆、 青海人口2150万占1.7%，占 地1/3；北京3万/km2，中关 村6万/km2。上海4万/km2， 日本5600人/km2。
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“可持续发展”作为国策提出来了，摆在每个学 科、每个产业的面前，谁违背了四大难题的挑战，谁 就会被淘汰。
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一 时代的呼唤
3 隧
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隧道及地下工程就是应对四大挑战的起点。20世 纪80年代为真正的起点，全面开始应用新原理、新方 法、新设备、新材料、新工艺、新技术、新仪器，当 时是以大瑶山铁路双线隧道为契机与范例，掀起了地 下空间开发的序幕。
贯 山 河 厦门翔安隧道是我国第一条钻爆法海底隧道，是 连接厦门本岛与大陆的全天候通道，并将原来厦门本 岛到翔安的时间由原来的1个多小时缩短到10分钟。
翔安区
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厦门岛
海底隧道
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二 水下隧道的前景
5、城市化发展的需要 隧
贯 山 河 我国沿江而建的大城市众多,47个特大城市就 有36个是沿江而建。城市化的发展，带来城市人口 急剧膨胀，凸显生存空间拥挤、灾害频繁、交通堵 塞、环境恶化等问题。依托江河两岸发展城市空间 成为必然。
1、海湾经济发展的需要 隧
贯 山 河 我国陆地海岸线长达1.8万公里,海岛海岸线长达 1.4万km，我国大部分经济特区都处于东南部的沿海地 区，但点面结合、区域发展，受海岸海湾区域交通环 境的影响，协同提升受到了极大的制约。
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胶州湾
海底隧道
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二 水下隧道的前景
2、胶州湾“一桥一隧”工程 隧
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一 时代的呼唤
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贯 山 河 地下工程是最符合可 持续发展要求的，城市 道路需要地下化。
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一 时代的呼唤
3 隧
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城市共同沟的修建，地下铁道、地下停车场、地 下仓库、地下商业街、娱乐场所等都在进行设计施工， 但很少统筹。城市地下设施很多，谁占什么标高，也 需要技术立法,以人为本的思想应贯穿在当前地下工 程的设计中。
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四 水下盾构隧道面临的挑战
3 卵砾石地层的处理方法 隧
贯 山 河 大直径卵砾石地层的施工（台湾经验）
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以上图片来源于台北王锦洋先生等论文
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四 水下盾构隧道面临的挑战
4 工作面稳定问题 隧
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四 水下盾构隧道面临的挑战
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三 盾构与TBM的特性
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盾构的基本原理
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动画来源于海瑞克公司宣传片
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三 盾构与TBM的特性
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贯 山 河
TBM的基本原理
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动画来源于海瑞克公司宣传片
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三 盾构与TBM的特性
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贯 山 河
盾构与TBM的主要差异
三 盾构与TBM的特性
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贯 山 河
简要回顾
1818年提出盾构设想，并于1825年开始应用于 实际工程；据相关统计资料，目前世界上城市地铁区 间隧道应用盾构施工的大约占70%左右。 1882年两位英国皇家工程师设计出了一种全新 的隧道掘进机，并在英国海峡成功修建了一座无衬砌 隧道。
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