[发明专利]一种盾构法修建海底隧道合理埋深计算方法

说明书

本发明公开了一种盾构法修建海底隧道合理埋深计算方法，确定拟建设海底隧道区域气象、水文和地质环境条件，并获得水力学参数值和岩土体物理力学参数；获取以往海底隧道案例，将不同地质条件、直径大小的单洞/多洞隧道建设信息进行整理，分析拟建设海底隧道区域存在的、影响埋深的因素；由工程类比法和数值计算方法，确定出各因素影响下的不同埋深值；由权重分析法，计算出各评判因子所占权重值，得到最终的埋深值。

技术领域

本发明涉及一种盾构法修建海底隧道合理埋深计算方法。

背景技术

经济发展和文化交流，对交通运输提出了更高的要求。海峡、河口像天堑般，将大陆与大陆、大陆与海岛、海岛与海岛之间隔开，给出行带来诸多不便。水下隧道，能很好地解决这一问题。水下隧道主要有矿山法、盾构法、沉管法、围堰明挖法等。盾构法，就是采用盾构机在地下掘进，修建隧道的全机械施工方法。自英国第一次使用盾构法在英国伦敦泰晤士河下修建隧道以来，盾构技术已有150余年的历史。随着科学技术的发展，盾构技术日臻完善，由于盾构法具有机械化施工、防渗透水性好、施工安全、工期可控、环境扰动小、不影响通航等优点，被世界各国广泛采用，逐渐成为修建城市地铁、输送管线和水下隧道的首选方法。

目前，我国已采用盾构法修建多条水下越江隧道，如武汉长江公路隧道、南京长江公路隧道、重庆长江输水隧道、广深港高铁狮子洋隧道等。但是，国内在盾构法修建海底隧道方面应用实例较少，2013年3月15日，国内首条海底盾构隧道广东台山核电站1&2号取水隧洞全部贯通，为今后修建长大海底隧道工程积累宝贵经验。目前，正在建设的盾构海底隧道有湛江弯盾构跨海隧道、汕头海湾隧道。未来规划的渤海海峡隧道、琼州海峡隧道、台湾海峡隧道等多项海底隧道工程，都将盾构法作为可选方案之一，展开可行性研究。

在盾构法修建海底隧道合理埋深问题上，存在以下问题：

一方面，海水冲刷卸载，会导致覆盖层厚度进一步减小，上覆岩土层厚度太小，会增加管片所受上浮力和接头所受剪应力，导致隧道稳定性降低，隧道突水涌水、管片破损可能性增加。间接增加防水、排水、支护和后期维护费用；上覆岩土层厚度太大，水下长度随之增加，因而建设费用提高，同时，管片外水土压力增大，影响了隧道的稳定性，对入仓作业造成极大困难。

另一方面，选取不同的隧道埋深，盾构机往往穿越不同的隧道，面对不同的地质条件和地层分布：掘进中岩层较多，将对掘进造成较大困难，影响掘进速度；掌子面软硬不均，将造成掘进方向偏移；在沙卵石层中掘进，孤石、沙卵石将对刀具、刀盘造成较大磨损；尤其在海洋水文条件复杂多样的情况下，大直径、长距离、高水压海底隧道施工建设，对盾构机选型上提出了更高的要求。

再者，海底盾构法修建隧道，开挖过程影响因素众多，除了上述水土压力、地质条件变化、水文条件(海床的冲刷强度、冲刷规律、潮汐强度)外，还有隧道断面尺寸、开挖面稳定性、不均匀沉降、海水腐蚀引起的岩土体和混凝土管片物理力学性质的弱化、地震等偶然荷载等因素。

总之，在设计和计算盾构法海底隧道合理埋深方面，缺少系统的计算方法, 能够将管片所受水土压力、海床地形地貌特征、地质条件、结构内力值、结构变形量、开挖面稳定、地基沉降量、地表沉降量、抗浮稳定性、潮汐强度、海床冲刷强度、水的侵蚀能力、隧道断面尺寸、隧道长度、注浆支护压力、掘进参数设置(推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度)、偶然荷载的结构响应与岩土层动力响应(沉船、爆炸、地震荷载)、竖井和渣土处理技术、工程经验、工程造价、环境保护要求、工程安全和职业健康管理这些因素作为综合考虑条件。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种盾构法修建海底隧道合理埋深计算方法，本发明将各个因素考虑其中，分别计算出在工程经验类比和数值计算下获得的不同埋深，找出影响了影响埋深的主要因素作为评判因子，采用权重分析法对海底隧道埋深评判因子进行权重计算，具有很好的适用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：