基于工程技术措施下的水下隧道最小覆盖层厚度确定方法——以长沙市营盘路湘江隧道为例

为了保证隧道的交通功能,实现水下隧道与陆域道路的对接,解决隧道水下段最小覆盖层厚度问题,通过对国内外水下隧道最小覆盖层厚度确定方法的讨论,针对长沙营盘路湘江隧道水下段最小覆盖层厚度,提出一种更为经济合理的确定方法。该方法通过采用工程技术措施,以风险分析、数值计算、监控量测为手段,确定施工风险大小,结合交通功能、经济分析、社会效益,确定最小覆盖层的优选方案。最后,对提出的确定方法进行总结。     

城市水下隧道设计思路与方法浅析

结合城市水下隧道工程项目,对城市水下隧道的设计思路与方法进行探讨,包括隧道的功能设计、工法选择、最小覆盖层的确定、结构设计及机电系统等。通过对关键技术的剖析,提出城市水下隧道关键点设计的主要思路、参照指标与方法,可为其他类似隧道工程设计提供借鉴。     

工程类比法确定重庆朝天门两江隧道最小覆盖层厚度

隧道的成拱效应与覆盖厚度的大小有着密切关系。水下隧道的覆盖厚度对其建设的安全和造价起着重要作用。因此,对水下隧道的最小覆盖层厚度进行研究具有较大的工程意义。将重庆朝天门两江隧道与国内外一些知名海底隧道进行比较,得出其最小覆盖层厚度,对该工程的设计和施工具有重要参考价值。     

水下隧道大跨分岔结构设计与围岩稳定分析

长沙市营盘路湘江隧道主线与匝道分岔段为大跨扁坦结构,最大开挖跨度达21m,与单洞4车道相当,应作为特殊节点进行设计。通过调研与分析,从最小覆盖层厚度、净空断面、结构型式、支护参数等多方面分别对分岔隧道的最优设计方案进行论证,并采用地层一结构力学模型予以验证。研究表明,隧道东汉大跨结构最小覆岩厚度可按不小于12m进行控制;通过优化下半断面矢跨比可进行抗水压衬砌的内轮廓断面设计;江底隧道的抗水压支护结构体系应包含内、外2个层次;初步设计方案合理,技术先进。研究成果对于大型越江交通隧道工程具有参考意义。     

胶州湾海底隧道穿越破碎带渗流有限元模拟

水下隧道最小覆盖层分析是设计过程中关系安全和经济的重要因素。以青岛胶州湾海底隧道工程为背景,建立不同覆盖层厚度的海底隧道渗流有限元计算模型,分别就隧道穿越f3-1破碎带时的涌水量、渗流速度、孔隙水压力以及注浆圈参数选取开展研究和讨论。研究表明： Park公式与有限元涌水量计算结果较为吻合;覆盖层厚度较大时,渗流最快区域出现在拱脚;覆盖层厚度较小时,拱脚和拱顶中心均渗流较快;边墙和底板的孔隙水压力变化梯度随覆盖层厚度的增加而增大,拱顶规律相反,并且覆盖层厚度超过22 m后孔隙水压力变化梯度基本保持不变;从可靠性和经济性两方面综合考虑注浆圈厚度和渗透系数参数选取,本文给出了注浆圈参数建议取值范围为： 注浆圈厚度为4～6 m,渗透系数为1×10-7～2×10-7 m/s。     

水下盾构隧道的合理覆土厚度数值模拟分析

针对水下隧道长期赋存于富水环境中,围岩的力学性质较差,地层的成拱能力降低的特点,研究水下盾构隧道的合理覆土厚度,为设计与施工提供参考。在国内外学者研究成果的基础上,依托具体的工程实例,鉴于实际施工中盾尾管片壁后注浆对盾构隧道的动态上浮作用和对地层沉降的影响,进而确定对盾构隧道最小覆土厚度的影响,同时基于水下隧道突水风险研究,综合考虑水、土、注浆浆液的动态影响,通过对颗粒流数值模拟结果进行分析,给出水下盾构隧道合理覆土厚度和最小覆土厚度临界值的判定依据和条件,采取必要的信息化施工和响应联动措施,控制水下盾构隧道浅覆土穿越水体地层变位,保证工程和环境的安全。研究结果表明:双洞隧道的地表沉降曲线基本符合Peck沉降槽理论,随着埋深的增加,地表沉降将由2个独立的沉降槽逐渐发展叠加为1个新的沉降槽;对于依托工程而言,隧道覆土厚度的临界值为1.3D;围岩的竖向位移随距隧道中心线距离的增大而减小,当距离增大到0.5D后位移变化不再显著;隧道开挖后,由于隧道顶部土体拱效应的发挥,不同埋深情况下作用在管片上的土压力将明显小于初始土压力,且压力值与埋深成正比。     

岩溶隧道侧部岩盘突水机制研究

我国岩溶地区广泛分布,隧道建设穿越岩溶区域极易发生突水突泥灾害。为防止灾害的发生,采用隔水关键层原理对断层段岩盘突水力学机制进行了理论分析研究。就岩溶隧道断层段岩盘力学破坏机制探讨建立了溶腔位于隧道侧面条件下断层突水力学模型,推导了岩溶隧道断层段岩盘最小安全厚度计算公式,并结合工程实例对岩盘最小安全厚度的确定进行了讨论。对于压性断层,最小安全厚度计算依据以水压0.8 MPa为分界,小于0.8 MPa时应按抗弯强度分析,反之则应按抗剪强度分析,同时不能忽略零水压情况;对于张性断层,最小安全厚度计算需考虑侧方岩体上下部长度,较长部分更易被破坏,等长时下部易被破坏。确定岩盘最小安全厚度,综合考虑岩盘力学性质、溶腔水压及隧道半径等因素,对侧部岩溶隧道断层段设计施工提供了具体参考。     

地形变化对水下盾构隧道合理覆土厚度的影响研究

采用泥水平衡盾构在软土地层中开挖隧道,确定浅埋段的合理覆土厚度是一个重要的技术难点,而河床地面坡度的变化增加了问题的难度。本文依托某过江通道工程,建立盾构隧道在软土中掘进的计算模型,采用理论分析和数值模拟的方法研究地面坡度变化对合理覆土厚度的影响规律,得到如下结论:粘土地层的最小极限支护压力由盾尾通过计算断面时的计算值控制,砂土地层的最小极限支护压力由切口通过计算断面时的计算值控制。合理覆土厚度随河床地面坡度的增加而增加,对于粘土地层,当河床地面坡度大于20°时必须采取辅助施工措施。本文的研究成果对水下盾构的合理覆土厚度的选取提供了依据。     

城市水下隧道最小埋深的设计方法研究

基于城市水下隧道环境条件的特殊性,以长沙市营盘路湘江隧道为依托,提出水下隧道最小埋深的设计标准流程:首先,在对日本经验法、挪威经验法和顶水采煤法等工程经验法分析的基础上,提出隧道最小埋深的初始值;然后,通过线路纵断面的拟定,并结合典型隧道工程类比,不断调整该初始值;最后,结合数值分析法的验算结果,确定隧道最小埋深的合理...     

面向广义车路协同的江苏太湖智能隧道建设方案研究

江苏省太湖水下隧道是一座超长超宽的隧道,长度与宽度均超过港珠澳大桥。为保证水下隧道的营运安全,发挥智能交通的用途,使出行者得到全方位舒适的服务,管理者得到经济、高效的管理,本文以太湖隧道为背景,分析国内外隧道的现状,结合现有的政策分析,从需求分析出发,提出了"安全、舒适、经济"的目标,确定了以广义车路协同为基础的项目的总体框架,明确了太湖智能隧道的建设方案,为太湖隧道的设计和施工提供指导。目前太湖隧道已在施工中。     

大断面矩形顶管隧道管节结构优化设计

矩形顶管隧道在城市地下空间的开发和利用中优势明显，但其断面越大，顶管管节设计难度越大，施工风险越高。为解决大矩形断面管节设计的难题，依托郑州市红专路下穿中州大道机动车顶管隧道工程，采用数值模拟、理论分析等方法，对设计中覆土厚度、结构尺寸等关键内容的确定方法进行研究，并介绍管节设计方案、接头和纵向连接设计等要点。研究结果表明： 1）当覆土厚度不小于4 m时，沉降变形基本趋于稳定，最大沉降值为28 mm，沉降值大小安全可控。2）初步拟定断面形式后，需通过结构计算来拟定结构的尺寸，并通过施工阶段和使用阶段的计算验证其合理性。由分析可知，结构厚度初步拟定为600 mm是合理可行的，且无优化空间。3）在确保工程安全的同时，亦需充分考虑工程施工的便捷性和可操作性，需对管节预制方案、管节接头和纵向连接等做出针对性设计。     

矿山法海底隧道废水排水系统设计实践

以青岛胶州湾海底隧道工程为依托,对废水系统排水能力的确定、废水提升方案的选择及废水泵房优化设计等方面进行分析,探讨矿山法海底隧道废水排水系统的主要关键技术。主要结论如下： 1）废水排水能力确定的关键在于隧道的结构渗漏水的定量,常规的水下隧道的结构渗漏水量数据不一定适用于海底隧道,必须实际测量后确定; 2）废水提升方案关系到排水的经济性和安全性,核心在于选取安全可靠的水泵类型; 3）废水泵房优化主要从废水池有效容积、结构设计及设备检修等方面进行展开分析; 4）矿山法海底隧道废水排水系统的设计,必须从隧道实际情况出发,综合考虑各类影响因素,以达到安全、经济的设计目标。     

富春江通航隧道建筑限界及内轮廓设计研究

基于目前国内外对大断面通航隧道的设计和施工尚无可参照的标准规范,以富春江七里泷航道通航隧道工程项目为依托,分析满足隧道水下断面形状要求、水上部分建筑界限要求以及通航隧道安全保障的措施要求,并结合围岩及隧道结构的受力特点,应用最优化方法及相关分析计算,对隧道内轮廓进行优化设计,提出了满足Ⅳ级单线航道的大断面通航隧道断面,综合经济性及结构受力角度合理性考虑推荐采用曲墙式断面。     

高速公路深覆土超大跨明挖隧道断面形式研究

为探索深覆土超大跨明挖隧道的合理断面形式及优化思路，以覆土厚5 m、单孔跨度31 m的广州新白云国际机场第二高速北段工程为依托，开展结构力学行为、技术经济、施工工艺等多方面分析。借助有限元法建模计算，明确直墙折板式断面总体最优，适用于高速公路深覆大跨隧道断面； 且通过探讨不同直墙折板尺寸对隧道结构内力的影响，得到折板最优尺寸(2 m×1.25 m)方案。同时设置不同断面高度与增设横隔梁等方式，提出在隧道顶覆土大于5 m区段断面抬高1.5 m的措施，并对超大跨的断面分析可知，难以通过加大隧道结构顶板厚度来满足深覆土承载要求，为此制定了在隧道顶设置空心板的结构设计方案。     

深中通道海底隧道排烟系统总体方案

为解决超大断面海底沉管隧道火灾排烟及防灾救援难题，依托深中通道沉管隧道工程，在传统全侧壁排烟方式不能满足火灾排烟的情况下，提出利用顶部横向排烟联络道结合侧壁排烟孔的新型排烟体系，解决超长、超宽沉管隧道火灾排烟难题。与传统全侧壁排烟方式相比较，新型排烟系统可充分利用烟气流动特点，排烟效率明显升高，可用疏散时间得到较大幅度增加，进一步提升了超大断面海底沉管隧道防火安全性。针对水下枢纽互通结构形式及通风流场特点，提出水下枢纽互通区的排烟和疏散方案。入口合流匝道段采用纵向通风+吊顶排烟道方案，并在分岔及合流位置重点排烟或设置竖井排烟，可有效控制火灾烟气。在设置防灾设施的条件下，结合周边路网交通特点、救援力量分布情况等，建立深中通道沉管隧道防灾救援技术体系。     

高速公路隧道出口至互通立交最短距离的探讨

针对连续长下坡隧道出口与互通段的交通安全问题,从驾驶员的视认特性的角度出发,通过分析驾驶员在隧道出口与互通段获取标志信息并实施操作的过程,明确了交通标志在隧道内外时出口与互通的最小间距设置参数和计算方法；通过现场试验,研究出特长隧道出口处驾驶员瞳孔直径变化规律以及瞳孔直径变化比率波动幅度,计算出驾驶员在隧道出口的明适应时间均值为1.782s,建议交通标志位于隧道内外时隧道出口与互通段的最小间距分别为400m和500m。     

高速公路隧道入口区域交通工程设施改善对策与应用

高速公路隧道入口区域交通事故率高于普通路段,尤其是追尾、撞击洞门事故频发,容易造成群死群伤。为提升高速公路隧 道入口区域的交通安全,在《公路隧道提质升级行动技术指南》对交通工程设施相关规定的基础上,提出隧道入口区域交通工程设 施应满足空间路权、驾驶人因和驾驶任务的基本原则。隧道入口区域典型问题集中于可变信息板、标志信息和视线诱导设施上,主 要是信息组合不良、交通标志位置不当、诱导信息不连续和不一致。由此进一步提出隧道入口区域标牌内容、形式和位置的设置建 议,并提出通过增设环形立面标记、隧道轮廓带、警示型线形诱导标、柔性警示柱和防撞桶等视线诱导设施来加强隧道入口区域的 视觉环境过渡的方法。最后,基于空间路权、驾驶人因和驾驶任务3 个基本原则对交通工程设施改善效果进行评价。     

衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道（崇明越江通道）变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明：基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。     

青岛胶州湾海底隧道总体设计与施工

海底隧道修建在我国处于起步阶段,没有规范和成熟的经验可以借鉴。为了科学、安全、经济地建设青岛胶州湾隧道,为我国海底隧道建设积累经验和规范的编制奠定基础,从工程调研类比分析、理论计算分析、室内试验、现场试验、工程实践等方面对胶州湾海底隧道进行系统的科学研究,对跨海通道的型式（轮渡、环湾高速公路、大桥、隧道）进行比较分析,得出以下结论： 1）总结出海底隧道全〖HJ2.5mm〗天候、经济运行的优点; 2）得出三车道海底隧道最小岩石覆盖层厚度25 m、线净间距一倍洞径和最大纵坡4%等总体设计关键参数; 3）得出采用复合式衬砌、多心圆椭圆型的合理断面和支护参数; 4）采用“以堵为主、限量排放”的防排水方案,限排标准为04 m3/(d•m),保证了结构安全和最小排水量; 5）采用控制爆破保护围岩、多重防腐锚杆、C35湿喷高性能混凝土、C50耐久性混凝土等系统耐久性设计,预测使用寿命超过120年; 6）采用超前钻3～5个钻孔进行超前探水结合地质素描、物探等手段的综合超前地质预报,查明了工程地质和地下水情况; 7）采用凿岩台车、湿喷混凝土机械手等大型机械全断面或台阶法的快速安全施工方法以及综合的防塌方涌水技术措施等,保证了施工安全。