2018/12/16

水下大直径盾构隧道面临的工程风险与对策

作者:钱七虎,引自链接。以下为部分内容摘要。

 1、我国部分建成、在建及拟建水下隧道统计
  • 香港红磡水下隧道,香港,1972年,公路,沉管
  • 香港东区水下隧道,香港,1989年,公铁两用,沉管
  • 香港西区公路隧道,香港,1998年,公路,沉管
  • 高雄过港隧道,台湾,1984年,公路,沉管
  • 打浦路过江隧道,上海,1970年,公路,盾构
  • 珠江水底隧道,广东,1994年,公路,沉管
  • 甬江水底隧道,浙江,1995年,公路,沉管
  • 玄武湖隧道,江苏,2003年,公路,明挖
  • 厦门翔安水下隧道,福建,2010年,公路,钻爆
  • 胶州湾水下隧道,山东,2011年,公路,钻爆
  • 武汉长江隧道,湖北,2009年,公路,盾构
  • 南京长江隧道,江苏,2010年,公路,盾构
  • 庆春路过江隧道,杭州,2011年,公路,盾构
  • 浏阳河水下隧道,长沙,2010年,公路,钻爆
  • 营盘路过江隧道,长沙,2012年,公路,钻爆
  • 大连湾水下隧道,辽宁,2003年提出构想,公路,钻爆
  • 台湾海峡水下隧道,福建-台湾,1948年提出构想,铁路,TBM
  • 琼州海峡水下隧道,广东-海南,1980年提出构想,铁路,盾构
  • 渤海湾水下隧道,大连-烟台,—,铁路,—
  • 狮子湾水下隧道,深圳-东莞,在建,铁路,盾构
  • 港岛-大屿山水下隧道,香港,拟建,公路,—
  • 汕头海湾苏埃水下隧道,广东,在建,公路,盾构
  • 深圳-中山通道海底隧道,广东,在建,公路,沉管
  • 杭州湾水下隧道,浙江,拟建,铁路,TBM/钻爆
  • 济南黄河隧道,山东,拟建,公路,盾构
  • 南水北调中线穿黄隧道,河南,2008年,输水,盾构
  • 南水北调东线穿黄隧道,山东,2010年,输水,盾构
  • 武汉三阳路长江越江隧道,武汉,在建,地铁,盾构
  • 武汉长江地铁8号线越江隧道,武汉,在建,地铁,盾构
  • 厦门轨交2号线过河隧道,厦门,在建,地铁,盾构
  • 和燕路长江隧道,南京,即将开建,公路,盾构
2、钻爆法修建的水下隧道事故
  • 青函水下隧道由于工程及其复杂,施工条件又非常差,自隧道动工以来,有33名工人丧生,1300人伤残。隧道先后发生4次涌水,2次被海水淹没,导致工期延误达24年之久。相应的,隧道建设费用也比原计划翻番,仅工程建设费用就达到了50亿美元。
  • 挪威奥斯陆海湾海底公路隧道长7.2m,因在施工期未探明海湾底部一条宽15m的松散冰渍沉积带,导致工程施工期涌水而被迫停工。后采用冻结法才艰难通过此段。
  • 英法水下隧道发生了火灾事故,虽未造成人员伤亡,但隧道内部结构物却遭到严重破坏,使得隧道半年时间不能正常运营,导致本来就已发生重大经济危机的英法海峡隧道公司雪上加霜。
  • 挪威瓦多(Vardo)隧道施工过程中,出现2次坍塌事故,第1次出现坍塌时,开挖工作面处地质非常复杂,上部岩石覆盖层厚度35m,隧道前上部破碎带坍塌长度约10m,海水以10L/min的速度从钻孔涌出。两次坍塌均采用注浆法进行处理,即先将坍塌区用混凝土施作止浆墙,然后进行注浆固结,最后采用短进尺开挖通过。
  • 恩林索伊(Ellingsoy)隧道的坍塌工作面上部岩石覆盖层厚度大约45m,水深70m,处在断层带内。在断层内的膨胀粘土和裂隙承压水的作用下,隧道顶部6个小时内塌落了8-9m。由于断层内土体过于破碎,无法进行超前锚杆支护,因此首先利用大约700m3的混凝土把塌落区回填密实,然后在凝结后的混凝土内开挖,隧道才安全通过。
  • 挪威比约卢(Bjoroy)海底隧道当隧道掘进到大约700m的地方,遭遇断层,此处海水深为72m,上部岩石覆盖层厚度大约30m。在施工中进行常规超前探孔,孔深达到8-10m时,探孔中出现涌砂、涌泥现象,且海水以200L/min的速度从51mm钻孔中流出。最终采用了物理和化学注浆加固技术,同时对渗漏海水进行疏导的方式才得以顺利通过。
  • 厦门翔安海底隧道在施工过程中遭遇三大难关:一是陆域全强风化地段大断面浅埋暗挖施工,二是浅滩段透水砂层施工,三是海底风化深槽施工。在翔安端服务隧道掘进至NK12+088时,砂层比设计位置提前出现,发生了突水、流砂现象,由于海底突水引起了地表的塌陷,严重影响了施工进度。
3、TBM/盾构法修建的水下隧道
  • 日本冈山县仓敷市正在建设中的水下隧道发生了塌方透水事故,事故现场位于海底30m深处,水下隧道及盾构机全部被海水淹没,导致5人死亡。
  • 常熟发电厂江底盾构取水隧道由于沼气未充分探明,施工沼气压力颠覆已拼装管线,发生突水涌砂事故。最终采用填充冻结法来形成临时冻结封堵墙,然后排出隧道内积水,隧道才安全通过。
  • 上海地铁4号线近黄浦江段的水下隧道施工时浦西联络通道由于冻结壁强度不足,引发隧道围岩渗水,随后又因大量流沙涌入,引起地面大幅沉降。地面建筑物的楼房发生倾斜,其主楼裙房部分倒塌,黄浦江防汛墙断裂,给人民的生活和国家财产带来了巨大损失。
  • 穿黄隧道盾构机刀具、刀盘磨损严重,停工半年。
  • 南京长江隧道施工过程中,面临盾构直径超大,施工中承受的水土压力高,隧道埋深大,地层透水性极强以及江底盾构覆土厚度较浅等技术难题,国内外关于超大直径水下盾构隧道的设计理论和经验几乎空白,施工中一次掘进距离长,地质条件复杂,盾构机刀具、刀盘磨损严重,且在掘进过程中刀具更换极为困难,被迫停工半年。
  • 穿越珠江的高铁狮子洋隧道是我国首条水下铁路特长盾构隧道,全段要三次穿江越洋,深埋处达62m,地质复杂多变、高水压、强透水、掘进风险大,还需面对“地中对接施工”等世界级难题,也是因为刀具磨损严重,给施工带来了极大的困难。
  • 南京纬三路过江通道工程面临的问题是需长距离穿越高渗透性的砂卵石地层和中风化的砂岩等复合地层,最大水压达0.74MPa,是我国目前难度系数最大的水下隧道。在其修建过程中也由于盾构刀具严重磨损,开挖面多次坍塌,盾尾刷失效,突水突砂。
  • 丹麦大贝尔特(Great Belt)海峡东隧道,TBM掘进500m后发生轴承损坏,原因是密封润滑系统钻渣污染。
4、沉管法修建的水下隧道事故
  • 港珠澳大桥海底沉管隧道由于要适应30万吨油轮的通航,管槽深达30m以上,带来管槽回淤严重、管节对接困难,特大特长管节带来拖航浮运困难,致使工期和投资严重超出预期。
  • 甬江沉管隧道运营期发生沉降过大问题。
5、水下大直径盾构隧道面临的工程风险
  • 超大直径、富水高压、长距离、复合地层隧道施工,掌子面不易稳定,水底覆盖层存在击穿风险
  • 隧道穿越岩溶地层、区域断裂带地层、盾构施工突水突泥,卡机风险大
  • 隧道穿越中风化石英砂岩、强-中风化硅质岩等硬岩,岩石石英含量高,对刀盘、刀具、泥浆管路、泵的磨损严重
  • 极端上软下硬地层对刀盘刀具冲击大,导致刀座、刀具异常损坏
  • 上软下硬地层施工,刀盘受力不均,刀盘和主轴承、密封损坏
  • 粉质黏土,全、强风化岩层掘进时刀盘容易结泥饼
6、盾尾密封失效风险及对策
  • 目前已发生纬三路过江隧道盾尾密封失效导致突水突泥事故,其预防措施是增加密封强度:4道盾尾刷+1道钢板刷+1道止浆板
  • 4道盾尾刷中前2道为螺栓连接,可更换
7、主驱动密封失效风险及其对策
  • 丹麦Great Belt海峡隧道事故即为密封失效,铅渣污染导致轴承损坏,其对策是主驱动密封采用唇形密封+驱动箱加压技术,以满足高水压要求
本文结束

没有评论:

发表评论