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苏埃通道工程

作者:王超峰  来源:中铁隧道局集团  发布:2020/2/14  浏览: + 放大字体 | - 减小字体

摘 要:苏埃通道工程是中国汕头市交通路网规划中4条跨海通道之一,是连接汕头中心城区南北两岸的重要交通工程。工程采用直径15.03m泥水盾构,是世界上直径最大的盾构之一。盾构穿越3段花岗岩凸起地段,基岩强度高、地层力学性质差异性强,在极端软硬不均复合地层中掘进。

苏埃通道工程隧道布置图(单位:m)

工程概况

(1)工程设计

苏埃通道工程按Ⅰ级公路技术标准设计,兼具城市道路功能,双向6车道,设计行车速度为60km/h。路线全长6680m,隧道长5300m,北岸明挖隧道长1540m,南岸明挖隧道长712.5m。明挖隧道采用连续墙和工法桩围护结构,基坑最大深度32.49m,海域段3047.5m采用盾构法施工。苏埃通道工程隧道布置如上图所示。

盾构隧道区间覆土厚度为9.7(0.65D)~17.2m,最小覆土位于南岸始发端头。隧道最低点位于主航道下方,覆土厚度为13.7m,至海面埋深21.3m,盾构段隧道中部最大水土压力为0.4MPa。盾构段设计为2条单洞隧道,如图(a)所示,隧道内径为13.3m,外径为14.5m,内设安全通道、应急通道、电缆管廊、管沟及烟道,如图(b)所示。

盾构隧道横断面

(2)工程地质与水文地质

苏埃通道处于8度地震区,地层以海积、海陆交互相沉积和冲积类型为主,主要穿越淤泥、淤泥质土、粉质黏土、黏土、粉细砂、中粗砂、砾石以及花岗岩层如图所示,砂层为孔隙承压水层。

地质剖面图

海中主航道下方隧道盾构段存在3段基岩凸起(如图所示),长度约182m,侵入隧道最大高度约6m,平均抗压强度为127.4MPa,最大抗压强度约210MPa,切入隧道断面的基岩RQD均在80%左右。基岩凸起段隧道断面上部为淤泥质土、粉质黏土、中粗砂,②1淤泥标贯击数为1.16,承载力50kPa;②2淤泥质土标贯击数为4.42,承载力60kPa。该段覆土厚约13m,主航道水深约8m,水面至洞顶约21m。勘察资料显示,南岸海域段在花岗岩⑥1全风化层、⑥2强风化层共10个钻孔存在球状风化体,直径为0.5~5.6m,一般为1~3m,岩芯一般成柱状—长柱状,中风化,强度达90MPa。

基岩突起段纵断面示意图(单位:m)

工程难点及解决对策

(1)工程难点

苏埃通道工程是我国首座位于8度地震烈度区的超大直径海底盾构隧道,也是国内首条采用超大直径盾构穿越复杂地层的海底隧道,工程综合难度和风险在目前我国同类型工程中最高,对隧道结构的设计理念和施工创新提出了很高的要求,其特点和难点概括如下。

1)大。采用直径15.03m泥水盾构,是世界上直径最大的盾构之一。

2)浅。本工程水域段全部采用盾构掘进,小于1D浅覆土段占到线路总长的57%,且上部覆土层以淤泥和淤泥质土等软土为主,具有高触变性,存在掘进时掌子面极易变形失稳和盾构栽头、管片易上浮、刀盘结泥饼形成堵塞等风险。

3)高。该工程为中国第一条设防烈度为9度的海底盾构隧道,我国尚无类似工程经验。结构设计需充分考虑结构抗震性能、地震下结构防水及接头抗震(含材料)等相关新内容。

4)强。盾构穿越3段花岗岩凸起地段,基岩强度高、地层力学性质差异性强,在极端软硬不均复合地层中掘进。下部中微风化花岗岩强度高,刀具非正常损坏严重,顶部软土本身自稳性差,易受扰动坍塌,且海中硬岩爆破处理效果不理想,出现“人造孤石”。

5)险。隧道穿越震陷软土、液化砂土、花岗岩硬岩凸起、孤石等各类挑战性地层,存在不明障碍物的风险。

尤其是孤石体量小且分布不具有明显规律性,难以预测,且与其周围的风化体强度相差巨大,掘进风险大。

(2)解决对策

1)开展超大断面盾构隧道的地震物理模型试验研究,有针对性地采取管片结构防震、薄弱环节消能减震、隔震等综合措施。

2)通过国际招标采购、专家论证等选择有经验的制造商,充分发挥中铁隧道局集团施工经验丰富和对地质条件认知准确的优势,实现与盾构制造商的对接融合,确保盾构设计性能可靠,并做好全过程制造质量监控。

3)针对本工程在不良地质(如基岩突起、花岗岩球状风化体、浅覆土、软土震陷等地层)中掘进,存在的刀具磨损、高频率换刀、刀盘结泥饼、工作面失稳等风险,对盾构进行创新性设计,使其具备常压换刀、软硬刀具可互换、主轴承伸缩、刀盘刀具耐磨保护和检测系统、防泥饼冲刷系统、防海水对盾构的锈(腐)蚀等功能。

4)在常压刀盘的设计基础上,通过优化刀具配备、刀间距和全方位磨损检测装置,使其具备高效破岩能力,在常压下更换刀具,盾构直接掘进通过3段基岩凸起段。掘进时采用超压平衡方式,保持上部软土地层的稳定性,同时采用低转速掘进,减轻掘进对软土地层的扰动。

5)在浅覆土淤泥地层及淤泥质黏土地层中掘进时,采取径向大流量冲刷(流量1100m3/h),使渣土快速进入到泥水舱以减小结泥饼的可能;分区操作推进油缸压力,保持盾构整体重心在合理的区段内,防止盾构栽头;

同步注浆采用快凝浆液及时充填空隙,遏制管片上浮;利用预留超前注浆功能,必要时对淤泥软弱地层进行超前注浆预加固,确保隧道施工过程中方向可控以及运营期隧道沉降与变形可控。

6)通过掘进前地质物探、钻探、补勘钻探等方法和掘进中盾构设备配置的孤石探测装置,对海域球状风化体(孤石)进行提前探测,做到早发现、早处理。周围地层较好时,孤石不随刀盘转动,优化盾构掘进参数直接破碎通过;周围地层较差时,孤石易随刀盘转动,对孤石周边土层进行洞内注浆加固,然后盾构掘进通过。

工期

工程于2016年4月开工,计划2020年3月30日建成通车。项目采用PPP模式建设,由中铁隧道局集团有限公司与湖南省交通规划设计院负责设计施工总承包。


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