海底隧道最小岩石覆盖厚度的研究-课件.ppt
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- 海底隧道 最小 岩石 覆盖 厚度 研究 课件
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1、青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究 李术才 山东大学 2007年10月16日 重庆青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心1、研究意义最小岩石覆盖厚度是影响海底隧道造价和安全的最重要的设计参数之一。有必要针对本工程条件下以钻爆法施工的海底隧道最小岩石覆盖厚度进行研究,确定合理的隧道埋置深度,为隧道的设计、施工提供参考。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心2、技术路线工程类比法数值计算法初步选定范围依据重要性建立权函数给出建议值国内外海底隧道调研,室内力学实验青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心技术路线与研究手段青岛
2、胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心3、研究内容国内外海底隧道调研室内岩石力学参数实验 工程类比法确定最小岩石覆盖厚度数值方法确定最小岩石覆盖厚度其它因素对岩石覆盖厚度的影响分析断裂损伤对最小岩石覆盖厚度的影响分析爆破对最小岩石覆盖厚度影响的动力分析 地震对最小岩石覆盖厚度影响动力分析渗流和注浆对最小岩石覆盖厚度的影响分析施工方法优化及最小岩石覆盖厚度的影响分析青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心4、工程概况青岛胶州湾南接薛家岛,北连团岛,下穿胶州湾湾口海域,平面线路如下图:青岛胶州湾隧道工程全长约7800m,其中:胶州湾隧道约6170m,海
3、底段约3950m;接线隧道长约1700m青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心地质情况工程所处胶州湾,平均水深7m左右,最大水深65m,湾口最大水深42m。海底大部分无覆盖层,地形起伏较大,基岩为中风化和微风化花岗岩与火山岩。中风化层很薄,岩石完整性好。隧址处无大断裂构造,所发现断裂大部分高角度、中新代脆性断裂构造,宽度在数米至数十米不等。基岩弱风化带多为中等透水性、少数弱透水性。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心设计概况按双向六车道城市快速路设计。设计车速80km/h,按地震烈度度设防。行车隧道为左右线设置,隧道中线线间距为55m,海域
4、段设置服务隧道。隧道断面位置关系图青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心钻爆法施工,复合式衬砌。海域段断面采用三心圆拱形断面,设置仰拱,净宽14.26m,净高10.4m。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心5、研究方案根据工程地质分析认为,左线隧道断层f2-3、f3-1、f4-1、f4-3,右线隧道断层f2-3、f3-2、f4-1、f4-3基岩风化层较厚,类似于风化深囊。为此,选取上述断层位置作为研究对象,如下图:此外,鉴于类岩只占垂直线路的6.2%,综合考虑左线选取6个完整岩石位置,右线选取5个完整岩石位置。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度
5、研究山东大学岩土与结构工程研究中心左线隧道分析剖面示意图 右线隧道分析剖面示意图右线隧道分析剖面示意图 注:红色表示断层位置;绿色表示完整岩石位置。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心左线隧道分析剖面地质参数 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心右线隧道分析剖面地质参数 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心6、最小岩石覆盖厚度研究现状日本关门海底铁路隧道是世界上最早的海峡隧道之一。该隧道是一双孔上、下行铁路隧道,全长3.6km,海底地段长度1.14km,隧道高度5.75m,最大坡度2.02.5%。海水深14m,
6、隧道覆盖的平均厚度约11m。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心日本青函公路隧道全长53.85km,海底部分长23.0km,位于火山岩、堆积岩中,有多处裂缝、断层。隧道最小覆盖层厚度100m,水深140m,当时主要是根据海底煤矿的经验,把理想的隧道深度确定为低于海底100m。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心挪威是世界上采用钻爆法修建海峡海底隧道最多的国家。挪威的交通(铁路、公路)海底隧道大部分位于比较坚硬的岩石层内,即古老的火成岩和变质岩。1993年Nilsen B对挪威已竣工海底隧道的最小岩石覆盖厚度进行了统计分析,给出了两条统计经
7、验曲线:青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心正在建设中的厦门翔安隧道工程全长8.695Km,其中海底隧道段长约5.95Km。隧道岩石覆盖厚度设计值与挪威经验曲线比较:厦门海底隧道岩石覆盖厚度设计值与挪威基岩埋深经验曲线比较 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心7、工程类比确定最小岩石覆盖厚度挪威建设经验法日本最小涌水量法国内顶水采煤法青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心7.1、挪威建设经验法挪威学者根据挪威已建的海海底隧道经验,统计出下图表示的经验曲线,即分别对比较好的岩石和比较差的岩石,确定了海底隧道最小岩石
8、覆盖与海水水深的关系曲线。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心比较胶州湾隧道所选剖面基岩的纵波波速和挪威海底隧道较好岩石和较差岩石的纵波波速的平均值。对挪威较差岩石曲线值与挪威较好岩石曲线值,按照线性插值的方法得到胶州湾海底隧道所选断面的岩石覆盖厚度建议值。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心左线隧道,挪威经验建议值左线隧道,挪威经验建议值青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心右线隧道,
9、挪威经验建议值右线隧道,挪威经验建议值青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心7.2、日本最小涌水量法日本用钻爆法施工的隧道,确定埋深的主要依据是涌水量。通过选取不同的岩石覆盖层厚度计算出对应的涌水量得到涌水量和覆盖厚度的曲线,对应曲线上最小涌水量的岩石覆盖厚度为最小岩石覆盖厚度。例如关门隧道、青函隧道、早崎濑户隧道及长岛海峡隧道。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心0.000E+001.000E-052.000E-053.000E-054.000E-055.000E-056.0
10、00E-050102030405060708090100110120130140岩石覆盖厚度(m)涌水量Q(m3/sec)涌水量Q(m3/sec)早崎濑户海底隧道最小涌水量与岩石覆盖厚度关系曲线 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心0.000E+005.000E-061.000E-051.500E-052.000E-052.500E-053.000E-053.500E-054.000E-050102030405060708090100110120130140岩石覆盖厚度(m)涌水量Q(m3/sec)涌水量Q(m3/sec)长岛海峡海底隧道最小涌水量与岩石覆盖厚度关系
11、曲线 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心日本最小涌水量法确定的左线隧道最小岩石覆盖厚度日本最小涌水量法确定的左线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心左线隧道,日本最小涌水量方法最小岩石厚度值与海左线隧道,日本最小涌水量方法最小岩石厚度值与海水深度关系水深度关系 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心日本最小涌水量法确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度日本最小涌水量法确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心右线隧道,日本最小涌水量值与海水深度
12、关系右线隧道,日本最小涌水量值与海水深度关系 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心7.3、国内顶水采煤经验法海底隧道的最小岩石覆盖厚度的确定和顶水采煤安全开采上限的确定类似之处。考虑海底隧道的特点,海底隧道最小岩石覆盖厚度的选择,可结合隧道的地质条件,借鉴顶水采煤安全防水煤岩柱高度的确定方法。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心式中,H为防水岩柱高度(m);h为隧道破裂带高度(导水裂隙带高度)(m);s为保护层厚度(m);a为表面裂隙深度(m)。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心顶水采煤法确定的左线隧道最小岩
13、石覆盖厚度顶水采煤法确定的左线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心顶水采煤法确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度顶水采煤法确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心7.4、工程类比小结挪威经验法、最小涌水量法考虑覆岩厚度与海水深度的关系,确定的最小岩石覆盖厚度趋势一致,与海底走势也是一致的。顶水采煤综合考虑了地质条件,与海水深度没有确定的关系。由于受断层位置控制,与海底走势差异较大。最小涌水量法确定的最小岩石覆盖厚度介于挪威完整岩石值与挪威破碎岩石值之间。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学
14、岩土与结构工程研究中心工程类比确定的左线隧道最小岩石覆盖厚度工程类比确定的左线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心工程类比法确定的左线隧道关键剖面拱顶线高程 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心工程类比确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度工程类比确定的右线隧道最小岩石覆盖厚度 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心8、数值计算确定最小岩石覆盖厚度根据工可阶段的岩石力学参数和室内试验所得参数,应用断裂损伤分析和FLAC3D进行了数值分析
15、。对于每个分析剖面,根据工程类比成果初步选定隧道岩石覆盖厚度范围,比如20m30m。每间隔1m作为一个计算工况,初始地应力场为自重场、侧压力系数0.8两种情况。取隧道轴线长度100m,以选定的分析剖面为中心,左右各50m;以海底面为上边界;下边界取隧道底板以下50m。总共完成了520个弹塑性和断裂损伤分析计算。青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度研究山东大学岩土与结构工程研究中心数值方法研究思路22数值计算上抬或下移线引道段240m山岭段3100mAN1K33+44013600m-118-138-158-38-58-98-78-182强风化凝灰岩微风化凝灰岩弱风化凝灰岩细砂含砾亚粘土卵石夹中粗砂亚粘
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