高烈度地震区复杂地层超大直径海底盾构隧道关键技术.pptx
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1、高烈度地震区、软硬不均地层超大直径海底盾构隧道关键技术报告提纲一、工程背景-汕头海湾隧道二、超大直径海底隧道盾构机选型研究三、高烈度地震区超大直径盾构隧道抗震设计四、长大海底隧道救援与通风排烟关键技术五、复杂地层超大直径盾构掘进技术六、总结P2一、工程背景-汕头海湾隧道1.1 地理位置324国道汕汾高速汕梅高速礐石大桥海湾大桥深汕高速汕头海湾隧道是汕头市干线公路网规划纵线国道 G324 的复线,北与G324、汕汾高速、汕揭梅高速相连,南与深汕高速、汕普高速相连。位于海湾大桥与礐石大桥之间,路线全长6.68Km,是一座一级公路兼城市道路功能的隧道。一、工程背景-汕头海湾隧道1.1 地理位置金平区
2、龙湖区濠江区汕头海湾隧道连接龙湖区与濠江区,西距礐石大桥5km,东距海湾大桥4km。一、工程背景-汕头海湾隧道1.2 建设规模最大纵坡3%,最小纵坡0.3%国内首条在8度(0.2g)地震区修建的超大直径海底盾构隧道,双向六车道,设计速度60km/h,隧道长5300m,其中盾构段长3047.5m,风塔2座。目前进行南北岸明挖段及盾构始发井施工,年内盾构始发,预计2020年通车。一、工程背景-汕头海湾隧道1.3 地质构造 场址区5km 范围内,有早、中更新世活动的饶平汕头断裂(F1)通过,无晚第四纪活动断裂。饶平-汕头断裂 场地抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20g,设计地震分组位于第
3、一组。汕头海湾隧道 隧道主体段及路基段场地类别为类,地地震设计特征周期值为0.45s。P6一、工程背景-汕头海湾隧道1.4 工程地质淤泥黏性土淤泥粉细砂淤泥质土花岗岩砂类土场区地层以海积、海陆交互相沉积和冲积类型为主,基岩主要为花岗岩和辉绿玢岩。不良地质:北岸段基底主要为粉细砂和软土,存在砂土液化和软土震陷问题;南岸段淤泥层深达20m以上;盾构段基岩突起,基岩强度达200MPa以上。球状风化严重,分布众多孤石;P7一、工程背景-汕头海湾隧道1.4 工程地质1)砂土液化2)软土震陷一、工程背景-汕头海湾隧道1.5 地下水潜水-承压水K=3.5m/d承压水K=22m/d基岩裂隙水K=0.5m/d-
4、D、-E腐蚀对象北岸海域段南岸混凝土结构钢筋混凝土结构中的钢筋混凝土结构中强弱中强中弱中弱地下水地表水钢筋混凝土结构中的钢筋中强强P9一、工程背景-汕头海湾隧道1.6 隧道断面 一级公路标准设计,设计车速为60km/h。限界净宽:0.25+0.5+3.53+0.75+0.25=12.25m,限界高5.0m。盾构段隧道采用单层衬砌结构形式,盾构内径为13.3m,外径为14.5m,刀盘外径15.03m。行车道板顶部为烟道层,行车道板以下为电缆廊道和逃生通道。P10一、工程背景-汕头海湾隧道1.6 隧道断面 建筑限界同盾构段。主线暗埋段采用“两孔+管廊”结构型式标准段净宽12.65m,净高6.2m。
5、敞开段采用“U型槽”结构型式。P11二、超大直径海底隧道盾构机选型研究序号项目盾构直径穿越地层盾构机选型盾构主要穿越粉质粘土层,部分地段穿越淤泥质粘土层1上海崇明长江隧道 15m泥水平衡盾构23南京纬三路隧道 14.5m 卵石层,泥岩泥水平衡盾构泥水平衡盾构南京纬七路长江隧道 14.5m 粉细砂、砾砂、卵石地层淤泥质粉质粘土、层状粉土、粉质粘土夹薄层粉砂45杭州钱江隧道杭州运河隧道 15m泥水平衡盾构泥水平衡盾构盾构主要穿越砂质粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、圆砾 11.3m盾构主要穿越砂质粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、圆砾6789杭州庆春路隧道武汉三阳路隧道武汉长江隧道 11.3m泥水平衡
6、盾构泥水平衡盾构泥水平衡盾构 15m粉砂、粉细砂、粉质粘土 11m粉细砂、中粗砂、粉土、淤泥质粉质粘土长沙南湖路隧道 11.3m 强风化砾岩、卵石层气垫式泥水平衡盾构气垫式泥水平衡盾构10 广深港狮子洋隧道 9.8m泥质粉砂岩、泥岩由上述调研可知,国内水下大直径盾构隧道均采用泥水平衡盾构。P12二、超大直径海底隧道盾构机选型研究北岸南岸2-1淤泥淤泥2-4粉细砂2-2淤泥质土3-4中粗砂2-3淤泥混砂6-4花岗岩3-4中粗砂4-1淤泥质土4-4中粗砂4-1淤泥质土约400m硬岩段本隧道盾构段穿越的地层有:淤泥、淤泥质土、淤泥混砂、粉细砂、中粗砂、花岗岩层。地层124344岩土名称 粘粒含量(平
7、均值)渗透系数0.02m/d0.02m/d淤泥41.4%28.9%2.5%淤泥质土粉细砂中粗砂3.5m/d2.5%2%20m/dP13二、超大直径海底隧道盾构机选型研究本隧道洞身超过85%区段为粉细砂、中粗砂、淤泥混砂、淤泥质土,根据国内大直径盾构隧道经验,结合实际地质情况,选择压力控制精度高的复合气垫式泥水盾构机。汕头海湾隧道盾构段穿越地层统计表(m)序号名称里程长度比例K3+790顶部淤泥;洞身段淤泥、粉细砂、中粗砂;底部中粗砂、淤泥质土11103.60%K3+900;K3+900顶部淤泥 洞身段淤泥、粉细砂、中粗砂、淤泥质土 底部淤泥质土231004203.30%K4+000K4+000
8、;顶部粉细砂、淤泥 洞身段淤泥、粉细砂、中粗砂 底部淤泥质土、中粗砂13.80%K4+420;K4+420顶部淤泥混砂、淤泥 洞身段淤泥、粉细砂、中粗砂、中、微4567890803.00%2.60%2.30%4.80%1.10%;K4+510风化花岗岩 底部中、微风化花岗岩K4+510顶部淤泥混砂、粉细砂、淤泥;洞身段淤泥质土、中粗砂;底部淤泥质土K4+590K4+590顶部淤泥混砂、粉细砂、淤泥;洞身段淤泥质土、中粗砂、粉质粘土、中、微风化花岗岩;底部中、微风化花岗岩70K4+660K4+660顶部淤泥混砂、粉细砂、淤泥;洞身段淤泥质土、中粗砂、粉质粘土;底部淤泥质土14535K4+805K
9、4+805顶部淤泥混砂、粉细砂、淤泥;洞身段淤泥质土、粉质粘土、中、微风化花岗岩;底部中、微风化花岗岩K4+840K4+840顶部淤泥混砂、淤泥;洞身段泥质混砂、中粗砂、粉质粘土、淤泥质土、砾质粘性土;底部中粗砂、淤泥质土、砾质粘性土。91997.565.50%K6+837.5二、超大直径海底隧道盾构机选型研究盾构机配置要点:盾构掘进可能遇到的问题:盾构机配置穿越岩层较多,岩石较硬,刀具易磨损双层切刀刮刀、超硬合金边刀出浆管道易被石块或孤石堆积堵塞泥水仓底配置破碎机设备盾构穿越基岩凸起段,存在破硬岩需求刀盘配置单刃滚刀,可采用19寸滚刀需要准确探明未风化球体位置配置超前钻探设备和刀具、面板磨损
10、监测设备需要在复杂地质条件下长距离掘进设4道密封刷,预留一道洞内安装位置配置常压换刀设备,配置可靠的二室人闸舱2组存在海底换刀风险需要频繁更换刀具伸缩式刀盘P15二、超大直径海底隧道盾构机选型研究 盾构机配置常压换刀人闸舱装置颚式碎石机装置超前地质钻探装置本隧道地质复杂,局部穿越强度极高(超过200MPa)的硬岩,为确保盾构施工安全,盾构设备应配备常压换刀、超前地质钻探和能压碎高强度硬岩的碎石装置。P16二、超大直径海底隧道盾构机选型研究北岸盾构到达技术:三轴搅拌桩加固素混凝土墙 端头加固:设置三面素混凝土连续墙。合围区内地层用三轴搅拌桩加固。盾构井围护结构端头墙洞门范围内设置玻璃纤维筋。水中
11、到达。北岸盾构井平面图P17三、高烈度地震区超大直径盾构隧道抗震设计本工程是国内第一条8度地震区超大直径海底盾构隧道,高烈度地震区海底盾构隧道国内经验不足,但美国、日本、土耳其等国都有类似成功经验,详见下表。国外部分高烈度地震区隧道隧道名称设防烈度8度抗震措施美国旧金山海湾地下快速通道部分柔性接头、部分钢管片日本大阪的南港隧道8度双层衬砌、钢筋混凝土管片、部分柔性接头及弹性垫圈东京湾海底盾构公路隧道8度土耳其马尔马拉海底铁路隧道9度部分柔性接头、部分钢管片P18三、高烈度地震区超大直径盾构隧道抗震设计 按本地区8度抗震设防烈度确定其地震作用,按9度采取抗震措施。盾构隧道功能破坏程度划分与材料破
12、坏程度的关系地震分类小震从材料受损情况推测隧道功能受损程度材料受损情况构成盾构隧道的各构件的应力在0.85倍弹性极限范围内,管片、螺栓处于弹性极限状作为结构物的功能保持健康的状态 态强度的85%以内构成盾构隧道的各部分构件的应力超过容许应力,但仍在弹性极限以内,需要进行简单修复,能够继续使用中震大震材料弹性极限强度以内构成盾构隧道的各部分构件的应力达到弹性极限,处于材料极限强度以内,通过修复或加固可能恢复结构物的功能材料极限强度以内构成盾构隧道的各部分构件中的一部分达到极限强度,隧超烈度地震 道尚未倒塌,即使进行大规模的翻修也无法恢复结构物的 隧道不倒塌功能P19三、高烈度地震区超大直径盾构隧
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