跨江越海大断面暗挖隧道修建关键技术与应用
完成单位:中铁隧道勘测设计院有限公司
获奖情况:2016年度国家科技进步二等奖
成果水平:国际领先
简要技术说明:
由于江海阻隔,严重影响了国家整体快捷交通路网的形成与城市的均衡发展,而且交通绕弯而行,效率低、能耗大、污染重。突破海湾和河流对交通的制约已成为我国可持续发展的急迫需求。跨江越海隧道具有全天候、运量大、交通便捷、对航运与环境影响小等特点,必将成为穿越江海交通的重要方式。本课题在国家自然科学基金、中国铁路工程总公司科技研究开发计划等持续立项资助下,历时十年针对跨江越海隧道接线方式、设计理论与方法、施工技术等关键问题开展研究,主要技术及创新点如下:
1.构建了跨江越海隧道设计理论与方法。创建了基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法,缩短了隧道长度;揭示了水下隧道水压力分布规律,研发了水下隧道排水系统防堵塞技术,确保了排水系统畅通,解决了结构长期稳定性难题;构建了水下隧道立交模式及大断面隧道新型支护结构体系,克服地面立交占地多、环境影响大等缺点。
2.创建了跨江越海大断面隧道防突水施工技术体系。提出了水下隧道典型突水模式及不良地质体的精确探测方法,实现了海底风化深槽、断层破碎带等不良地质体的位置、规模、渗透性的精确探测;开发了目标型注浆成套技术及钻注一体化配套设备,制定了注浆效果的五参数评价标准,大大降低了跨江越海隧道施工风险,提高了注浆效率;建立了水下大断面隧道施工位移分级控制方法及立交节点施工技术,实现了施工全过程动态管理,有效地控制了隧道整体变形和稳定性。
3.创立了超高水土压环境下盾构长距离掘进核心技术体系。开发了超高水土压下盾构换刀装备与技术,突破了超高水压对跨江越海盾构隧道修建的重大技术障碍;建立了0.8MPa水土压以下强透水软硬不均地层盾构“减压限排”换刀新方法;创新了高水压环境不稳定地层盾尾刷更换技术,首次实现了高水压条件下盾尾刷的一次性全更换,解决了长距离盾构掘进盾尾刷更换的技术难题。
推广应用情况:
研究成果已整体应用于跨江越海大断面隧道的设计与施工中,为成功建成我国首座高速铁路水下特长隧道—广深港狮子洋隧道、首座水下立交隧道—长沙营盘路湘江隧道等9座总长50.9 km的大断面隧道工程提供了技术支撑,取得了显著的社会、经济和环境效益,节约投资15.6亿元。
目前推广到了正在建设中的衡阳湘江隧道、汕头海湾苏埃通道、青岛地铁一号线跨海隧道等工程。