海底隧道技术讲义-课件.ppt

1、越海隧道的矿山法修筑技术越海隧道的矿山法修筑技术厦门东通道海底隧道修建技术厦门东通道海底隧道修建技术 中的几个问题中的几个问题 关宝树关宝树海底隧道特点海底隧道特点n与陆域隧道比：海水是无限的，而且纵断面是凹与陆域隧道比：海水是无限的，而且纵断面是凹形的；形的；n海水是有侵蚀性的。海水是有侵蚀性的。海底隧道设计、施工海底隧道设计、施工2点要求点要求n在施工期间如何确保海水不侵入；在施工期间如何确保海水不侵入；n如何抗御海水对结构物腐蚀的影响。如何抗御海水对结构物腐蚀的影响。措施一措施一n避开富水性的地层；如第四纪地层、全避开富水性的地层；如第四纪地层、全风化地层以及风化囊地层等；风化地层以及风

2、化囊地层等；n根据地质条件，尽可能地在不透水层中根据地质条件，尽可能地在不透水层中通过。通过。计划通过对马海峡的总距离超过计划通过对马海峡的总距离超过250km的日韩隧的日韩隧道正处于前期研究阶段，为了勘察地质状况已经修道正处于前期研究阶段，为了勘察地质状况已经修筑了一座勘探斜井。该隧道的主要地质问题是要通筑了一座勘探斜井。该隧道的主要地质问题是要通过一段埋深较大（埋深约过一段埋深较大（埋深约1000m）的未固结层，在）的未固结层，在纵断面上，通过该区域时，隧道顶至少要保留纵断面上，通过该区域时，隧道顶至少要保留100m的距离，以侧安全。的距离，以侧安全。例一例一 日韩隧道日韩隧道例二例二 英

3、法海峡隧道英法海峡隧道 在纵断面设计上，英法海峡隧道的设计构在纵断面设计上，英法海峡隧道的设计构思是把两座直径思是把两座直径7.3m7.3m的隧道连同中央一座服务的隧道连同中央一座服务隧道穿过白垩质泥灰岩。简单的说，海峡地质隧道穿过白垩质泥灰岩。简单的说，海峡地质是由一些白垩层覆盖在泥灰质粘土上面。白垩是由一些白垩层覆盖在泥灰质粘土上面。白垩质泥灰岩为中等强度、均质和有些塑性的地层，质泥灰岩为中等强度、均质和有些塑性的地层，它实际上是不透水的岩层，对隧道开挖十分有它实际上是不透水的岩层，对隧道开挖十分有利。因此，在决定隧道纵坡时，基本上是沿着利。因此，在决定隧道纵坡时，基本上是沿着这层地层变化

4、的。这层地层变化的。措施二措施二n根据地质条件合理确定最小顶板厚度。根据地质条件合理确定最小顶板厚度。日本决定青函隧道的埋深时，曾参考矿山保安日本决定青函隧道的埋深时，曾参考矿山保安规则禁止在海底开采地点的规定，即：规则禁止在海底开采地点的规定，即：海底下的第四纪层在海底下的第四纪层在30m以上时，第三纪层的以上时，第三纪层的厚度不满厚度不满10m的地点；的地点；海底下的第四纪层不满海底下的第四纪层不满5m时，第三纪层厚度时，第三纪层厚度不满不满60m的地点；的地点；从海底的炭层露头沿该炭层不满从海底的炭层露头沿该炭层不满100m的地点。的地点。青函隧道主要通过第三纪层的沉积岩，线路上没青函隧

5、道主要通过第三纪层的沉积岩，线路上没有第四纪层沉积，因此原则上可以采用有第四纪层沉积，因此原则上可以采用的规定，的规定，埋深要求在埋深要求在60m以上。另外以上。另外 考虑沉积岩地风化深度考虑沉积岩地风化深度30m，故决定埋深，故决定埋深100m。例一例一 青函隧道青函隧道海底隧道的最大水深与埋深的关系海底隧道的最大水深与埋深的关系 隧道名称隧道名称最大水深最大水深(h)(h)最大埋深（最大埋深（H H）比值（比值（H/hH/h）地质条件地质条件青函隧道青函隧道140m140m100m100m0.710.71第三纪沉积岩第三纪沉积岩丹麦海峡隧道丹麦海峡隧道60m60m66m66m1.11.1

6、挪威海峡隧道挪威海峡隧道40m40m40m40m1.01.0片麻岩、千枚片麻岩、千枚岩岩北岬隧道北岬隧道212212 云母片岩、砂云母片岩、砂岩岩关门隧道关门隧道22m22m20m20m0.910.91 舞鹤隧道舞鹤隧道14m14m26m26m 花岗岩花岗岩厦门东通道厦门东通道20m20m303040m40m1.51.52.02.0花岗岩花岗岩措施三措施三n 厦门海底隧道的埋深应该由隧道穿越的三条强厦门海底隧道的埋深应该由隧道穿越的三条强风化基岩深槽决定。从地质纵断面图看，应由风化基岩深槽决定。从地质纵断面图看，应由F4F4深槽决定。目前选定的纵断面图，不是在离开深深槽决定。目前选定的纵断面图

7、，不是在离开深槽下方一定距离处通过，而是穿越深槽。如果纵槽下方一定距离处通过，而是穿越深槽。如果纵坡容许，应考虑线路下移。目前隧道的坡度采用坡容许，应考虑线路下移。目前隧道的坡度采用最大最大3 3，完全可以增大坡度。例如关门隧道为了，完全可以增大坡度。例如关门隧道为了保证和山阳干线立体交叉及在海底有保证和山阳干线立体交叉及在海底有20m20m以上的覆以上的覆盖层，设置了盖层，设置了1818的陡坡。挪威的海底公路隧道的陡坡。挪威的海底公路隧道的坡度大多数在的坡度大多数在8%8%以上以上,因此对东通道海底隧道的因此对东通道海底隧道的纵坡应慎重决定纵坡应慎重决定.措施四措施四 加强排水设计加强排水设

8、计n由于主隧道的纵断面是凹形的。通畅的排水设由于主隧道的纵断面是凹形的。通畅的排水设计是异常重要的；计是异常重要的；n隧道的排水设计应充分利用服务坑道的有利条隧道的排水设计应充分利用服务坑道的有利条件；件；n竖井是集中排水的咽喉；竖井是集中排水的咽喉；n必须设置有充分排水能力的排水设备。必须设置有充分排水能力的排水设备。n 海底隧道与一般山岭隧道最显著的差异就是涌水海底隧道与一般山岭隧道最显著的差异就是涌水源是无限的海水，必须止水。在青函隧道中，主要源是无限的海水，必须止水。在青函隧道中，主要采用水泥浆和水玻璃进行压注，止水后的水压作用采用水泥浆和水玻璃进行压注，止水后的水压作用在压注域外周上

9、。完全地止水从时间、经费上都有在压注域外周上。完全地止水从时间、经费上都有困难，为了处理衬砌表面渗透的海水，要设置排水困难，为了处理衬砌表面渗透的海水，要设置排水结构。结构。n 因此，注浆与排水相结合应该是海底隧道设计的因此，注浆与排水相结合应该是海底隧道设计的一个重要思路。注浆是为了止水，排水是为了把进一个重要思路。注浆是为了止水，排水是为了把进入隧道的水排出。入隧道的水排出。n青函隧道的压注，实际上是一边压注一边测定钻孔青函隧道的压注，实际上是一边压注一边测定钻孔的涌水量，当涌水量达到预计要求时，就停止了压的涌水量，当涌水量达到预计要求时，就停止了压注。因此，青函隧道的止水，是不完全的。目

10、前青注。因此，青函隧道的止水，是不完全的。目前青函隧道洞内的涌水量约在函隧道洞内的涌水量约在25m3/min。共设。共设3个排个排水基地，包括备用在内共设置了水基地，包括备用在内共设置了12台水泵。每台台水泵。每台水泵的排水能力为水泵的排水能力为912m3/min。因此，隧道究。因此，隧道究竟容许多大的涌水量，也是一个需要解决的问题。竟容许多大的涌水量，也是一个需要解决的问题。措施五措施五 综合利用服务坑道综合利用服务坑道n厦门东通道既然考虑设置服务隧道，就必须在厦门东通道既然考虑设置服务隧道，就必须在设计上利用服务隧道，充分发挥服务隧道的功设计上利用服务隧道，充分发挥服务隧道的功能。即：服务

11、隧道应具有排水、通风排烟、避能。即：服务隧道应具有排水、通风排烟、避难、火灾救援、对外通道等功能；难、火灾救援、对外通道等功能；n目前的服务坑道设计是不完善的，应进一步研目前的服务坑道设计是不完善的，应进一步研究。究。n英法海峡隧道的最大断面的宽度约英法海峡隧道的最大断面的宽度约21.2m21.2m、高度、高度15.4m15.4m，开挖断面积达，开挖断面积达252.2m252.2m2 2。采用双侧壁导坑。采用双侧壁导坑法修筑的。考虑了法修筑的。考虑了80m80m的水压。拱部二次衬砌厚的水压。拱部二次衬砌厚度采用度采用0.6m0.6m，为了避免钢筋的腐蚀，采用素混凝，为了避免钢筋的腐蚀，采用素混

12、凝土土.n 在海底下修建隧道，施工安全是一个问题，另在海底下修建隧道，施工安全是一个问题，另外一个问题就是耐海水性问题。隧道内的电气设外一个问题就是耐海水性问题。隧道内的电气设备等容易受到海水腐蚀的情况是存在的。因此，备等容易受到海水腐蚀的情况是存在的。因此，要极力避免海水的侵入，同时即使侵入，也不要要极力避免海水的侵入，同时即使侵入，也不要触及这些设施，通过导水路导水是非常重要的。触及这些设施，通过导水路导水是非常重要的。措施六措施六 提高结构物抗腐蚀的性能提高结构物抗腐蚀的性能 另外隧道本体是混凝土，在海水条件下劣化会另外隧道本体是混凝土，在海水条件下劣化会显著发展。因此防治混凝土盐害是非

13、常重要的课题。显著发展。因此防治混凝土盐害是非常重要的课题。海水对钢筋的腐蚀是很难避免的。如何避免，海水对钢筋的腐蚀是很难避免的。如何避免，例如英法海峡隧道就是采用素混凝土衬砌。青函隧例如英法海峡隧道就是采用素混凝土衬砌。青函隧道自多数情况下也是采用素混凝土。道自多数情况下也是采用素混凝土。就是采用素混凝土衬砌也要对混凝土地抗腐蚀就是采用素混凝土衬砌也要对混凝土地抗腐蚀性能进行验算和设计。性能进行验算和设计。日本青函隧道在施工中对影响耐海水性的影日本青函隧道在施工中对影响耐海水性的影响因素进行了一系列的研究。特别是对评价耐海响因素进行了一系列的研究。特别是对评价耐海水性的指标（抗压强度、抗拉强

14、度、动弹性系数、水性的指标（抗压强度、抗拉强度、动弹性系数、水密性及炭化深度），材龄按水密性及炭化深度），材龄按2828天、天、1 1年、年、2 2年、年、3 3年、年、5 5年进行了耐海水性试验。其中不同水泥和水年进行了耐海水性试验。其中不同水泥和水灰比的混凝土抗压强度的试验结果示于表灰比的混凝土抗压强度的试验结果示于表3 3。表表3 3 混凝土抗压强度混凝土抗压强度水 泥种类水灰比（）抗压强度（kgf/cm2）强度比水中海中海中/水中5 年 强度/3年强度28天1年3年5年1年3年5年1年3年5年NC454064694874774604764480.980.980.940.94553193

15、833913873563673400.930.940.880.93SRC454325145505555245605541.021.021.000.99553253874264183944283841.021.000.920.90SRSC454035765956205595966200.971.001.001.04553385045485404635315320.920.970.971.00注：NC:普通波特兰水泥；SRC:耐硫酸盐水泥；SRSC:耐硫酸盐矿碴水泥 根据试验结果，在青函隧道的衬砌采用了矿碴耐硫酸盐水泥。n预祝厦门海底隧道以一流的规划、一流预祝厦门海底隧道以一流的规划、一流的设计、一流的施工、一流的管理，早的设计、一流的施工、一流的管理，早日建成、造福人类。日建成、造福人类。