水下隧道的发展与展望

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技术难题之二:高水压下长距离掘进的刀具的检查 高性能泥浆的研究与应用 高气压下进仓作业技术
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
技术难题之三:江中约300m软硬不均段掘进
双重切刀与滚刀的设计与布置
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
翔安海底隧道全长 6.05 km,其中海域段长 4.2 km , 设计为双向六车道隧道,采用钻爆法施工。
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
行车隧道:净宽14.5m、净高 10.5m;净空面积:122 平米;
服务隧道:净宽 6.5m,净高 6m,净空面积:33平米; 上部为检修车通道、逃生通道;下部为市政管廊:直径1 米供水管、 22万伏高压电缆、通信光缆。施工中超前掘进 兼作地质导洞。
52m
国目前唯一的一条特长水下隧道,其设计时速达350km。
狮子洋隧道三次穿江越洋,其中狮子洋水面宽达
3300m,水深达26.6m,设计水压达0.67MPa,为我国水 压最大的水下隧道;
盾构隧道要掘进三种不同的地层:软土地层、软
硬不均地层、岩石地层,具有很大的技术难度;
本工程采用“相向掘进、地中对接、洞内解体”
隧道范围内地下水位处于地表下0.5m~1.2m,地 下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水, 具承压性;基岩的渗透系数达6.4×10-4m/s,地下水对 混凝土结构具有盐类结晶的弱~中等侵蚀性。
二 几个主要工程实例
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
主要特点 狮子洋隧道是我国第一条铁路水下隧道,也是我
深圳前湾海底输气管廊
南京长江隧道
一 我国水下隧道的发展
5 几个有重大影响的水底隧道
世界时速最高的狮子洋隧道(盾构法)进入了建设高潮; 世界最大断面的上海长江隧道(盾构法)贯通了;世界最长 的沉管隧道-港珠澳隧道即将开工;国内海底最长的胶州湾 海隧道(矿山法)正在稳步推进。
胶州湾海底隧道
上海长江隧道
2 厦门翔安海底隧
陆域全风化花岗岩段施工 洞内上半断面超前小导管注浆 地表深井降水 中隔壁法施工
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
海底隧道施工安全监控与预警 应急预案与演练
掌子面
工程指挥部
项目经理部
隧道口
综合队
现场值班室
衬砌队
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
二 几个主要工程实例
最终接头
E1
E2
E3
E4
二 几个主要工程实例
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
第二单元沉管隧道长度214m,共分为两节管段,E1、 E2+E3管段长度分别为94、116+4米;沉管段采用岸边水 下最终接头。
二 几个主要工程实例
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
由于本单元工程采用了轴线干坞形式制作管节,管节 出坞和浮运采用岸控方式进行;最终接头为岸边水下接头 方式。
一 我国水下隧道的发展
3 穿江越海隧道蓬勃发展期
进入21世纪,市政道路、地铁、高速铁路、输水输 气、综合管线等各种用途的水下隧道应用而生,江下、 海底隧道齐头并进。同时根据隧道的用途和其在不同地 质环境,盾构法、沉管法、矿山法等各种修建方法各显 神通。
一 我国水下隧道的发展
4 二十一世纪已建与在建水下隧道
海峡最小宽度为18.6km, 海水深度在20~117m之间。海 床下200m范围内的地层主要为 第三、第四系粘土、粉土和砂 层。
三 琼州海峡隧道
2 通道的修建方案
根据国外的经验,在跨越较窄的海峡时,采用桥梁方 案最为经济,而对于海峡宽、水深大的情况,应优先考虑 选用隧道方案。因此采用隧道方案作为跨越琼州海峡的可 行方案。对于隧道方案,因为公路隧道存在运营通风的问 题,并且相对铁路其发生火灾的频率较高,因此应将铁路 隧道方案作为首选方案,通过运行穿梭列车,汽车可通过 穿梭列车运行穿过隧道,这与世界各大海峡隧道的方案是 一致的。
武汉长江隧道是武汉市第一条重要的公路过江通道, 位于武汉长江一、二桥之间,设计车速50km/h,隧道全 长3630m,其中过江隧道左右线各长2538m,采用盾构 法施工。汉口端设2条匝道,武昌端设4条匝道与路网相 接。
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
隧道纵断面
线路纵坡大致为U形,最大下坡为4.35%,最大上 坡为4.4%。盾构隧道内净空φ10m,管片外径φ11m。盾 构隧道最小覆土厚6.3m,最大覆土厚40.5米。线间距为 16~28m。隧道断面底部设逃生通道和电缆通道,中部 为行车道,上部为专用排烟道。
二 几个主要工程实例
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
两个沉管隧道的管节之间均采用“GINA”和“Ω”止 水带防水,管节之间采用拉索连接。沉管的基底处理均采 用后铺法,应用灌砂船进行底部充填处理。
三 琼州海峡隧道
1 目前的现状
目前琼州海峡的运输主要以 轮渡为主,包括粤海铁路也是 采用轮渡方式,但由于受平均 每年台风影响次数达27次,且 台风登陆时风力大于12级以上, 以及年平均雾日数为23天(最 多43天)的影响,极大地制约 了海南的发展。
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
狮子洋隧道位于广深港高速铁路客运专线东涌站~虎 门站区间内,隧道全长10.8Km,其中盾构隧道长9340m, 隧道内径9.8m、外径10.8m,两隧间共设23个联络通道。 狮子洋隧道是我国第一条铁路水下隧道,也是我国唯一的 特长水下隧道,设计时速350km。
二 几个主要工程实例
四 狮子洋隧道施工技术
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
软硬不均地层掘进技术
经过现场的仔细分析与研究,对右线所使用的盾构 机环流系统进行了改造,特别是对泥水仓与气垫仓的冲刷 形式动了大手术,并将刀具布置方式进行了调整,右线同 段软硬不均地层的掘进月进度达到了200m,刀具消耗与 磨耗基本正常。
改造前后软硬不均地层段掘进对比分析
第一单元仑头~生物岛段,沉管隧道长度320米,分为 四节管段,E1、E2管段各长80米,E3管段长65米,E4管段 长95米;沉管段采用水下最终接头。
二 几个主要工程实例
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
由于本单元工程所处的环境两岸拆迁难度大,且周边 地块没有干坞场地,因此采用了半潜驳移动干坞形式制作 管节;并根据总体施工安排,最终接头中部水下接头方式。
隧道掘进机专业委员会会议
中国跨江越海隧道的
发展现状与展望
洪开荣
2009.11.26
主要内容
一 我国水下隧道的发展 二 几个主要的工程实例 三 琼Baidu Nhomakorabea海峡隧道的设想 四 未来的展望
一 我国水下隧道的发展
1 第一座穿江公路隧道-上海打浦路隧道
1965年我国第一条越江隧道--打浦路隧道开始修 建,该隧道为市政道路隧道,设计为单洞双车道隧道, 全长2736m,穿越上海黄浦江,隧道江底段长1300m,历 时6年多于1971年6月竣工。在该隧道施工中首次采用了 大断面盾构,采用的盾构为网格式盾构,应用气压平衡 原理。该隧道的建成开启了我国穿江越海隧道建设的新 纪元。
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
该工程分为两个单元,第一单元路线长1110m,隧道 段总长650m;第二单元线路长度1337.6 m,隧道总长 810m。每个单元都包含一座沉管隧道,隧道设计为双向 四车道,设计时速50km。
仑头-生物岛隧道
生物岛-大学城隧道
二 几个主要工程实例
4 仑头~生物岛~大学城沉管隧道
长度(m) 用时(d) 滚刀消耗(把) 切刀(把) 刮刀(把)
左线
490
135
261
353
85
右线(改进后) 480
75
153
230
16
效果
-80%
-41.3%
-34.8% -81.2%
带压进仓用时(d) 54 23
-57.4%
四 狮子洋隧道施工技术
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
减压限排技术
在高水压条件下如何保障 换刀人员的安全、提高刀具更 换效率具有很大的技术难度, 为此在狮子洋隧道施工中首次 提出并采取了“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 或创造常压作业条件,保障换 刀人员的健康与安全,提高工 作效率。
全强风化层、部分透水砂层
F1 F4
F2 F3
F1、F2、F3:全强风化深槽;F4:全强风化深囊
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
海底风化深槽的处理 物探与钻探综合超前地质预报 全断面/周边超前注浆堵水与加固 大管棚超前支护 双侧壁导坑法施工
日本青函隧道发生4次大涌水
二 几个主要工程实例
四 狮子洋隧道施工技术
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
减压限排技术
主要技术措施是采取三维 渗流场分析评估环境影响、限 量排水降低地下水压、利用水 幕原理建立平衡、必要时利用 超前钻注设备进行地层适度改 良,目前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%。
二 几个主要工程实例
翔安区
厦门岛
翔安隧道
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
为了解决运营通风问题,在近海岸处设两座通风竖井; 为解决救灾问题,全隧共设置12各横向联络通道。
隧道起点K6+540
竖井K7+850,内 径8.3m,深约45m
竖井K11+250,内 径8.3m,深约45m
隧道终点K12+485
五通
翔安 服务、管理区
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
盾构隧道要下穿小虎沥、沙仔沥、狮子洋等三个 珠江入海水道,狮子洋水道为珠江航运的主航道,最 大水深26m。隧道最大纵坡为20‰,最小纵坡为3‰。 隧道最大覆土52.3m,最小覆土7.8m;水下最小覆土 8.7m。
二 几个主要工程实例
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
盾构隧道大部分处于微风化砂岩、砂砾岩中,约 1800m长处于淤泥质与粉质粘土中,960m长穿越上软下 硬地层;隧道所穿越基岩的最大单轴抗压强度达 82.8MPa,基岩的石英含量最高达55.2%,岩石地层的 粘粉粒(≤75μm)含量为26.1~55.3%。
隧道范围内地下水主要有上层滞水、孔隙水和基岩 裂隙水三种类型。设计最大水压为0.57MPa。
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
技术难题之一: 始发端近距离下穿武工大电教楼 碳素纤维围护与切削技术 双层洞口密封防护 气压补偿泥水盾构
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
的盾构施工技术,这在国内是首次。
二 几个主要工程实例
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
四 狮子洋隧道施工技术
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
对接施工技术
隧道的测量
对接方法
对接面稳定性离心试验
四 狮子洋隧道施工技术
3 广深港高速铁路:狮子洋隧道
软硬不均地层掘进技术
由于原设备的设计缺陷, 导致第一台盾构在软硬不均地 层掘进异常困难,刀具磨损与 破坏率很高,堵塞现象严重, 月进度不足百米。
一 我国水下隧道的发展
2 穿江隧道的发展时期
尽管在1976年应用沉管法成功的修建了上海金山石化 工程第一座排污水下隧道,但是真正迎来穿江隧道发展是 在上世纪80~90年代(也是我国改革开放和经济快速发展 时期),分别建成了珠江沉管隧道(地铁与市政道路合 建)、宁波甬江隧道、上海延安东路等公路隧道,同时还 建成了上海地铁二号线区间过江隧道。
22m
服务隧道
二 几个主要工程实例
2 厦门翔安海底隧
隧道的最大设计纵坡3%,线路所处的最大海水深 度30m,隧道最低点位于海平面下约 65m。
场区为花岗岩地层,隧道大部分地段处于微风化 岩中,主要不良地质有:两岸全强风化层、翔安侧浅 滩段部分透水砂层、海域段多处全强风化深槽(囊)。
全强风化层
海水最深约30m
港珠澳沉管隧道
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
尽管先期在长江上修建了重庆排污隧道、城陵基输 气隧道,但其工程的复杂性、影响力、规模与重要性都 与武汉长江隧道难以相比,因此武汉长江隧道也被称为 “万里长江第一隧”。
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
工程概况
到达井
长江
始发井
联络通道
二 几个主要工程实例
1 万里长江第一隧:武汉长江隧道
工程地质
盾构隧道主要穿越粘土层、粉土层、粉质粘土层、 淤泥质粉质粘土层、粉细砂、中粗砂,局部地段穿越泥 质粉砂岩夹砂岩页岩,其中穿越粉细砂层和中粗砂层占 74.74%,穿越粉土和粘土层占23.03%,穿越卵石层占 1.01%,穿越岩石占1.22%。最大切岩深度为2.341m, 岩石最大单轴看压强度29.4MPa。
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