Application of New Concept Waterproofing in Xiang'an Undersea Tunnel,China

As a kind of transportation mode for crossing channels, undersea tunnel has incomparable advantages for its directness, convenience, fastness, insusceptibility to weather conditions, and smaller influences on environments. In recent years, with the development of undersea tunnel construction, the design and construction technologies have been greatly enhanced. The first undersea tunnel in China has just been built. Waterproofing is the key technique of undersea tunneling. A new concept of waterproofing scheme of grouting, sealing, draining and divided sections was adopted in the construction of the tunnel based on the researches, the in-situ geological features, the astuteness of the current technology and the cost of construction. The structural details of the sealing and draining system are introduced to illustrate the salient features of the new waterproofing technique. It is hoped that experiences described in the paper can offer guidance for the construction of the extensive undersea tunnels in the coming years.

大直径海底盾构隧道施工过程中衬砌管片受力分析

[目的]为判定海底大直径盾构隧道结构工程的安全性和可靠性,需对其衬砌管片的受力进行分析。[方法]以大连地铁5号线大连站站—梭鱼湾南站区间海底盾构隧道衬砌管片为研究对象,利用MIDAS GTS有限元分析软件对该盾构隧道结构和周围岩体进行建模,得出施工一段时间后衬砌管片的受力情况,并与现场监测数据、理论计算数据进行对比分析。[结果及结论]衬砌管片所受土压力随施工推进基本稳定;同一监测断面不同测试点土压力存在一定差异,拱顶和拱底位置处受力较大,因此在隧道施工期以及未来运营期,拱顶和拱底均为着重关注部位,可通过一定物理手段对其加强处理;现场监测数据和数值模拟数据显示,衬砌管片内力结果较为接近,在一定简化条件下,数值模型能够较为真实地反映衬砌管片的实际受力情况。

考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型及其求解方法

为准确预测跨海隧道衬砌内部氯离子含量,本文提出了一个考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型。首先,分别引入Langmuir等温吸附结合模型、幂函数型非饱和扩散方程和VG-Mualem水分传输模型,依次考虑氯离子结合效应、混凝土内部非饱和扩散以及非饱和水分渗透作用对氯离子传输的影响,建立非饱和状态下的隧道衬砌混凝土氯离子侵蚀理论模型;其次,基于有限差分原理提出模型的数值求解方法,并验证求解方法的有效性;最后,通过试验分析模型的可靠性,开展参数讨论。研究结果表明:在非饱和状态下,水分渗透对混凝土内离子输运有双重促进作用,使得混凝土内部的饱和度、扩散系数和渗透系数均随时间增加而逐渐增大;在外水压作用早期,混凝土内部处于非饱和状态时,混凝土内部的毛细压力对离子传输效率的影响占主导作用,且呈现出显著的正相关性;饱和渗透系数越大,溶质流速越快,氯离子传输效率也更高。本文提出的基于有限差分原理的数值求解方法是有效的,建立的非饱和状态下隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型具有可靠性,可用于分析混凝土内部非饱和状态时的氯离子传输规律。

过海区间隧道多风机组合排烟性能试验研究

为实现多通风机组合的隧道通风系统高效排烟,建立1:10缩尺试验模型,其工程原型为下穿青岛胶州湾的地铁1号线瓦贵区间隧道。基于试验模型,测定通风机功耗、行车道风速及静压,量化4种通风机组合及其运行参数对隧道内流场参数的影响,呈现出排烟口周边区域的气流滞止现象。气流滞止是惯性力与压差力平衡的表象。为了度量气流滞止效应,应用无量纲准则,推导出Eu数(Euler number)表达式。应用该表达式,比较了4种风机组合的排烟性能而得出,四通风机组合工况2排烟性能最高,三通风机组合工况4、工况3次之,而两通风机组合工况1排烟性能最低,这表明,开启抽出式通风机能显著提升系统通风排烟能力。

霞浦深厚软弱土层核电排水隧洞工程设计关键因素及对策

规划新建核电厂建设厂址条件日益复杂,其排水隧洞工程建设中需综合考虑软弱土层、高水压、排水口实施等因素带来的影响,并在工程建设前期规划中合理布置隧洞线路与选择结构方案。为此采用工程类比法对同类工程进行调查研究,分别对隧洞不同埋深、不同衬砌结构方案等进行比选,对影响霞浦核电排水隧洞工程建设的部分因素提出应对措施,并据此确定了建设方案,为工程建设的顺利进行奠定了基础。

运营十年海底隧道排水量与衬砌水压力分析

海底隧道下穿海域,采用“V”型坡,机械排水,海底隧道的地下水控制影响排水量大小和衬砌水压力的大小,从而影响建设成本和运营成本。国内外对海底隧道的地下水渗流研究较多,但结合运营期长期实测排水量、水压力等数据进行的研究较少。为了研究海底隧道的排水量、水压力以及随时间的变化,验证原设计参数的合理性,本文结合青岛胶州湾隧道运营期的健康监测结果,采用工程类比、数值模拟方法,对建设期+运营期10年的监测数据进行统计分析,研究海底隧道的允许排水量、衬砌水压力以及其随时间的变化、排水量和大气降水的相关性。隧道设计的允许排水量主隧道≤0.4 m^(3)/(d·m)、服务隧道≤0.2 m^(3)/(d·m),衬砌水压折减系数为0.6。通过对运营期的排水量、水压力、结构渗漏等实测结果进行统计分析,得出如下结果:1)隧道的排水量逐年减少;2)隧道运营后的排水量主隧道约为0.2 m^(3)/(d·m),服务隧道约为0.1 m^(3)/(d·m);3)作用在二次衬砌上的水压力约为全水头压力的0.05~0.1倍;4)运营5年后排水量的大小和水压力、大气降水的相关性不大。与原设计进行对比分析可得:原设计采用的岩石地层钻爆法海底隧道的渗流计算方法、隧道允许排水量、衬砌水压力取值等标准合理且有一定的安全系数,岩体的透水裂隙有一定的自闭合作用。研究结果可为后续工程建设提供参考。

超大直径盾构长距离海底对接关键技术研究

文章基于甬舟铁路金塘海底隧道工程,分析研究金塘海底隧道中2台超长距离盾构机精准对接测量方式,评估其测量水平及高程误差估算,并结合工程段地质条件,研究对接点位置的选择策略、对接加固方式(掌子面、管片和盾体的加固)以及整个施工工艺流程,以确保对接点施工安全。研究结果表明,通过理论计算,2台盾构机海底对接精度满足规范要求,且使用超前钻孔进行洞内联测,可有效控制贯通时的对接测量误差,并可进一步提高对接精度,确保盾构顺利对接。此外,针对对接段位置选择、掌子面地层分析与评价和对接工艺等的研究工作,可有效确保对接安全。

青岛第二条海底隧道黄岛端道路交通衔接规划研究

青岛胶州湾第二海底隧道联系了老黄岛与东岸城区,对加强胶州湾东西两岸的交通联系具有重要意义,目前已经开工建设。为满足隧道黄岛端交通疏解需求,提高交通运行效率,现对二隧黄岛端骨干路网交通衔接方案进行研究。在分析黄岛端区域现状及规划条件的基础上,预测过海出行需求,并分析隧道对区域路网的交通影响,提出黄岛端接线道路提升优化建议及建设时序,最后对淮河路、疏港高架、黄河路道路提升改造总体方案进行研究,旨在为后续道路建设提供方案借鉴。

海底隧道穿越断层破碎带突涌水防治关键技术

胶州湾第二海底隧道工程受张扭性裂隙影响,其地下水极其发育、地质条件复杂,通过突涌水超前地质预报预警及超前注浆防治两个方面,介绍海底隧道穿越断层破碎带突涌水防治关键技术在胶州湾第二海底隧道工程中的应用。

舟山海底沉管隧道模袋砂围堰位移分析

舟山普陀区沈家门港海底隧道北岸明挖段基坑的南侧为浅海海域,海域内初步施工采用模袋砂围堰隔断海水。为了分析施工过程中围堰变形情况,对施工过程中围堰的沉降和水平位移进行监测,并与理论计算相对比。监测数据表明,在海底淤泥质土层上进行模袋砂围堰施工易受海水涨落潮时的水流冲刷、水位变化影响,围堰产生较大变形,最大沉降和水平位移量分别达74.1,216.6 cm;用简化Bishop法计算的围堰稳定性也不满足要求。根据现场监测和理论计算将海域内部分围护更改为钢管桩加既有模袋砂的隔断形式,围护形式调整后,沉降和水平位移得到有效控制。分析结果可为沿海淤泥质土地质条件下深基坑采用模袋砂围堰施工和设计提供借鉴。

隧道围岩稳定性正算反演分析研究——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍

为了降低海底隧道施工风险,确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域,解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题,采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型;作为比较,还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量,结合先行服务隧道揭露的水文地质情况,进行优化反演分析,得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下,对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算,使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据,做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明,利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的,可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析,预测主洞围岩的变形破坏模式,判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台,为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。

烟大渤海海峡隧道的可行性研究探讨

文章从环渤海及沿海地区的经济发展需要和渤海海峡的自然、地质条件等情况出发,论述了修建渤海海峡跨海通道的必要性,研究分析了海峡通道的“南桥北隧”方案,并对海底隧道的不同方案及其施工方法进行了比较。回顾和展望了世界各国和我国修建水底隧道的情况和规划前景,以我国目前的隧道技术水平和经济实力为依据,论证了在近几十年内修建渤海海峡隧道的可行性,并提出应尽快组织力量进行渤海海峡隧道的前期地质调查及规划工作。

海底隧道二次衬砌承载力试验及安全性评价

海底隧道长达100年的使用寿命中,由于种种原因,可能使二次衬砌承担荷载逐渐增大,最终导致其破坏。为模拟二次衬砌这一受力过程,进行了海底隧道7种二次衬砌类型的承载力模型试验。通过试验分析,在荷载增大过程中,二次衬砌裂缝发生、发展规律和位移、内力变化规律,得到二次衬砌裂缝承载力和极限承载力。将试验数据与二次衬砌内力和承担荷载的长期监测数据比较,评价二次衬砌的安全性。研究表明:二次衬砌产生裂缝的顺序依次是仰拱、墙角、边墙、拱部;7种二次衬砌类型具有较高承载力,尤其是S5d型;二次衬砌内力及承受荷载监测数据远小于试验数据,二次衬砌具有较高安全储备。

海底隧道突水分析及其在翔安隧道中的应用

基于岩体极限平衡理论,分别对海底隧道正常地质段和断层处的突水机理进行了力学分析,给出了隧道突水的临界水压力公式．以翔安隧道2个风化深槽及2个断面为例进行了突水风险计算预测．分析表明:正常地质段,隧道突水临界水压力随着隧道半径的增大而减小,随着围岩的单轴抗压强度的增大而增大,随着隧道埋深的增大而增大;断层处,当破碎带倾角大于或等于围岩内摩擦角时,存在突水的可能,且破碎带倾角愈大、内摩擦角愈小,突水的可能性就愈大．

CRD法开挖对海底隧道结构内力及安全系数影响

翔安隧道是我国第一条大跨度公路海底隧道,其两端陆域段位于富水的强风化岩层中,地质条件极为复杂,设计采用分部开挖法施工,并在隧道施工期间,利用振弦式钢筋计对隧道初期支护及临时支护的钢支撑进行了应力监控。论文基于现场监测数据,并结合数值方法,分别对CRD1、CRD2部和CRD1、CRD3部超前的两种不同开挖顺序对隧道支护结构内力的影响进行了探讨。研究结果表明,采用CRD1、CRD2部超前开挖时的结构内力要略大于采用CRD1、CRD3部超前开挖时的结果,CRD3部的开挖对结构内力的影响较大,两种开挖顺序的安全系数都满足规范要求,所以结构是安全的。

海底隧道风化花岗岩流变试验研究

采用全自动三轴流变试验机对厦门东通道海底隧道风化槽地段岩石进行三轴压缩流变试验,研究了岩石在不同围压和不同应力水平作用下轴向应变随时间的变化规律。试验表明,强风化花岗岩时效特性较全风化花岗岩更加明显;围压对岩石蠕变变形存在很大影响,围压越大,蠕变变形量越小。通过分析岩石压缩流变过程中应力-应变关系可知,蠕变变形在弹性阶段不对岩石整体构成明显损伤。而进入塑性阶段后,黏塑性变形对岩石破坏影响较大。建议通过支护增加围压,以提高隧道围岩屈服强度和减小流变变形,防止隧道失稳破坏。

厦门海底隧道穿越F3风化深槽施工技术

针对厦门翔安隧道海域段F3风化深槽的地质特点,文章主要论述了采用周边帷幕注浆、超前长管棚进行预支护,以及采用三台阶法进行开挖的施工技术。经过综合超前地质预报,进一步探明了风化槽的规模、风化程度、涌水量及对施工的影响程度。施工过程中,根据掌握的地质资料,随时进行动态设计、动态施工,这种信息化的工作方法既能保证施工安全,又加快了工程进度,并能最大限度的节约建设投资。本工程施工中采用先进的施工设备以及现场组织管理工,作为顺利穿越F3风化深槽起到了很重要的作用。

浅谈海底隧道的地下水

海底隧道施工 ,地下水是施工中的最大风险。文章扼要介绍了海底隧道地下水的特点、国外海底隧道突水与地下水处理经验、对海底隧道地下水压力预测与处理 ,以及提出了地下水风险的规避对策 。

超大直径海底隧道盾构选型研究

根据复杂地质条件下超大直径海底隧道盾构选型的特点,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,文章回顾了国内外复合泥水盾构类似工程应用情况。通过调查研究表明,大直径泥水盾构的制造及在该海底隧道中的应用是可行的。

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构-土-海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律.计算结果表明:在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略.同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考.