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根据渤海海峡的宽度、水深、地形、地质、地震、交通运输等条件,进行线位方案设计和比选。初步选择4条线位方案,如图17所示。 线位1:最短距离方案,老铁山—蓬莱东港,海域宽102 km,可利用大竹山岛设置竖井,还需设置一座人工竖井。 线位2:连岛方案,老铁山—北隍城岛—大钦岛—砣矶岛—北长山岛—南长山岛—蓬莱东港,长114 km,在北隍城岛、北长山岛设置竖井。 线位3:部分连岛方案,老铁山—大钦岛—北长山岛—南长山岛—蓬莱东港,海域宽111 km,在大钦岛、北长山岛设置竖井。 线位4:部分连岛方案,老铁山—大钦岛—南长山岛—蓬莱东港,海域宽114 km,在大钦岛、南长山岛设置竖井。 这4 条线位的最大水深、地层结构及地质构造基本相同。最大水深约85 m;第四系地层30 m左右,其下为板岩与石英岩互层、花岗岩地层;4 条线位均位于两组北北东向断裂带中间,主要穿越两条北西向断裂带,距主要发震断裂的郯庐断裂带约40 km,如图18 所示;线位1 距历史上发生过的7 级以上地震较近,如图19所示。 综合分析比较后,推荐线位2(连岛方案)为最优方案。海面宽度114 km,最大水深85 m,穿越两条主要断层。该线位是海峡最窄的部位,同时可不修建人工岛而利用已有岛屿修建竖井来解决施工及通风问题。 三、渤海海峡海底铁路隧道建设方案 图17 图18 图19 1、无论从海底隧道的长度来看,日本是率先建成和运营的最长、最多的海底隧道国家,其次是挪威、丹麦等国。目前,国内连接国家之间、岛屿之间的海底隧道也正在筹建。据统计,采用钻爆法修建的海底隧道占90%以上,因为它是最经济、安全风险易控制和施工工艺最成熟的一种施工方法。如挪威17条海底隧道全部采用钻爆法施工。 因此,跨海隧道的施工方法宜优选钻爆法;其次是TBM、盾构法。 2、水下隧道钻爆法和开敞式TBM施工,衬砌结构采用复合式衬砌;盾构法施工衬砌采用管片+二次钢筋混凝土;单层管片衬砌不利于百年寿命,日本已进行过这方面的研究。 3、青函隧道设置超前疏水导洞,有利于提前排水,加快主洞施工进度。 4、水下隧道最小埋深与地质条件、施工方法和支护结构形式等关系密切。一般盾构法洞顶埋深为1倍洞径;TBM埋深为1.5~2倍洞径;钻爆法埋深为2~3倍洞径。城市水下隧道受地形限制一般采用浅埋;而渤海海峡隧道不受地形限制,且海岸地质变化大,采用深埋方案风险最小,施工方法可选用开敞式掘进机法和钻爆法。 5、渤海海峡隧道穿越硬岩,宜采用全断面开敞式掘进机,不宜采用双护盾掘进机。中间断层、软弱地带采用浅埋暗挖法,横通道采用钻爆法施工。下面介绍使用掘进机施工的有关水下隧道。 6、沉埋管段法不适于长大隧道(大于6km)、不适于硬岩地层、更不适用渤海海峡。 7、在软弱、不稳定地层宜采用盾构法施工,但盾构直径宜小于12m。如琼州海峡水下隧道长度34km,穿越软弱地层,宜采用土压平衡复合式盾构。 四、渤海海峡海底铁路隧道施工方法选择 图20 引黄北干渠(4189m) 图21 上 公 山 隧 道 (1)双护盾TBM的施工问题 虽然双护盾式TBM有圆筒形护盾保护结构,它可在掘进同时进行了管片的安装,但是它适用的地层是相对稳定、岩石抗压强度适中、地下水不发育的条件;当它通过地应力变化大、围岩破碎、岩体为块体结构的地层时,护盾常常被卡住,脱困难度极大。工程界有不少经验介绍设备被卡住后的脱困处理技术极其复杂,且处理时间较长,台湾坪林隧道涌水及被卡后的脱困处理也是极其艰难的。采用双护盾施工时,由于施工经验及对护盾姿态控制等原因,会产生盾尾管片拼装空隙不足,从而引起管片错台、管片裂缝,严重时甚至导致隧道轴线偏离,应引起高度重视。此外,追求掘进速度而忽视管片背后注入豆砾石和灌浆工序,也会对工程带来严重的质量事故。 由于任何隧道的地质状况、围岩性质都有显著的变异性、以及非均质性,因此选择开敞式掘进机的目的是除发挥出它所具备的硬岩掘进性能外,它还具备了在不借助其他手段和措施的条件下,具有通过软弱围岩、断层等不良地质的能力,可独立地完成不良地质隧道的掘进。 开敞式TBM在对付较完整、有一定自稳性的围岩时,能充分发挥出快速掘进的优势。特别是在硬岩、中硬岩掘进中,强大的支撑系统为刀盘提供了足够的推力;使用开敞式TBM施工可以直接观测到被开挖的岩面,有利于对已开挖的隧道进行综合地质描述,及时调整掘进参数。特别是开挖和支护分开进行,使开敞式TBM刀盘附近有足够的空间用来安装一些临时、初期支护的设备,如钢拱架安装机、锚杆钻机、超前钻机、喷射混凝土机械手等,应用新奥法原理使这些辅助设备可及时地、有效地对不稳定围岩进行支护。 以维护和利用围岩的自稳能力为基
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