设为首页收藏本站

桥梁网

登录  |  注册  |  订阅

搜索
查看: 7134|回复: 0

[关注] 台湾海峡海底铁路隧道建设方案 [复制链接]

Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9Rank: 9

最后登录
2013-4-18
威望
0
金钱
3447
注册时间
2010-9-19
阅读权限
200
帖子
1141
精华
3
积分
3129
UID
1250
桥梁网 发表于 2012-1-5 11:32:02 |显示全部楼层 |          |
一键分享 一键分享

台湾海峡海底铁路隧道建设方案. h) o7 @/ U, m6 S7 h0 \! ~


- Y2 R/ s1 U3 I, Y) h8 r

文/王梦恕
" m( }. K1 T3 j- \4 @


+ \, C  {; {$ @' T  近年来,随着大陆和台湾经济、文化联系不断加强,修建一条通道联通两岸十分必要。目前,台湾海峡通道有桥梁和隧道两种方案,本文主要论述隧道方案。5 {: F! B6 ~) n: |0 P
  隧道工程线路有北线、中线、南线3个方案(见图1)。北线方案:福清-平潭岛-新竹,长约122km。中线方案:莆田笏石-南日岛-苗栗,长约128km。南线方案:厦门-金门-澎湖-嘉义,长约174km。& ]/ H0 t: q3 k; Y/ E% U) w: s
  通过对上述方案的优化、比选,北线地质稳定、线路最短,应优选,其造价2000亿元左右,工期约10年;南线可选用隧道群方案。根据地形图(见图2)海域最深处为80-100m,隧道工程宜深埋。" {! T* P, w* j. c


9 x8 B  T) w) I% `0 Y

" w" S7 P/ P4 N5 h+ N1 F  y

台湾海峡采用海底隧道的可行性和合理性3 I4 J8 v) {' ^. c! b


+ M- X% b2 ]! W0 ?3 I  当今世界上已修建了许多海峡隧道,正在筹建的也很多。这里重点介绍已建的6座隧道。日本在世界上最早用盾构法,1940年修建了关门海底铁路隧道,其长度3.6km。1975年日本用钻爆法在关门又建成了长18.7km的第二座海峡铁路隧道。1988年日本用钻爆法在津轻海峡建成了至今世界上最长的海峡铁路隧道——青函隧道,其长度54km,是目前正在论证的台湾海峡铁路隧道长度的一半。
& b& q/ N4 M& ~+ }' g6 C/ t+ y! G  1994年,英法两国用盾构和TBM硬岩掘进机法建成了英法海底铁路隧道,长度为50.5km,是世界第二长的海底铁路隧道。
" C3 y* w& j5 ~1 F  1991年丹麦斯多贝尔修建的海峡公路隧道长7.9km,总造价约40亿元。盾构法施工长7.26km,浅埋暗挖法施工长度0.64km,盾构直径8.782m,管片厚40cm。 $ c8 F  O) B' r* u. O1 F: Y
  日本东京湾海底公路隧道于1986年开工,1996年8月建成,10年工期,工程全长15.1km,其中海底盾构隧道长9.12km,是世界上最长的海底公路隧道。进、出口和2个竖井共8个工作面同时施工,8台泥水加压盾构,直径14.14m,双向6车道,采用复合式衬砌结构,管片厚65cm,二次衬砌钢筋混凝土厚35cm。薄管片+二次模筑=复合衬砌结构,该型式耐久性好,强度高,适于铁路隧道或重要通道。
7 k' x6 O) C( l+ X0 A* l


& {- u+ d) M& O( U( W8 q1 ^


9 X& Y9 w) y3 Y' m( ?# z: d6 C  基于国内外海底隧道修建的成功经验,一般隧道长度大于20km以上的均采用铁路隧道,电力牵引。这样可长距离不设通风竖井、运营安全、风险小、运营费低。海底公路隧道设计长度不能超过10km。
/ x3 |! ~# h) j7 Z0 [) Y- w8 Z


' X# M8 P" C# E# Q4 m1 f1 d


6 m% k2 Q. i! ~, f: T  上述六座海底隧道成功建成,凸显了世界各国对修建海底隧道的高度重视和极大热情,也说明了海底隧道的设计技术、施工技术和施工工艺等已基本成熟。只要我们进一步在隧道埋深、结构耐久性和运营通风与防灾等方面加以研究,修建台湾海峡海底隧道方案是可行和合理的。 $ G* L0 H: w! D8 v) f+ u9 L% [


9 a0 n; H  {' o( _. T, Y

台湾海峡海底特长铁路隧道断面设计( C9 A9 q0 S9 M* b

3 U& A$ c+ R( O3 t) _$ O
  长大隧道必须采用双洞单线,以利于施工通风;通风采用巷道式射流通风。出渣运输采用大容量电力机车牵引,也可采用连续皮带机输送。连续皮带机相对有轨运输的优点如下:后配套系统设计可缩短;所需通风机功率将大为降低;减少机车、车辆、翻车机及洞外轨道调度系统,运行管理简单;安全性提高;仰拱结构可简单。( y2 O- m2 C% H' j0 O/ O+ a1 k- _

  连续皮带机的应用:美国80%长大隧道工程项目采用连续皮带机出渣;近些年来欧洲长大隧道也大多采用连续皮带机出渣;中间驱动技术、控制技术的发展使连续皮带机技术趋于成熟,已具有较高可靠性;理论上,连续皮带机可以无限延伸,但目前的技术水平为15km。国内大伙房输水工程采用连续皮带机出渣,最长运距达11.25km。铁路运营采用200km/h是最优速度 。
3 M6 m7 |. d! O; x/ y

3 \$ R. B7 k# J4 x5 ?, G
  隧道有效内净空面积:国内单线断面为60m2左右;双线断面为90m2左右。隧道净空面积的影响因素主要有以下几方面:隧道建筑限界线的间距;应预留的空间——安全空间、救援通道、工程技术作业空间、内部配件空间等;考虑空气动力学影响所需的空间。空气动力学效应如图7,高速列车在隧道内运行引起的问题。高速列车进入隧道时,会在隧道出口产生微气压波,使附近房屋震动,发出轰鸣声,引起扰民问题。不同运行速度,国内外高速铁路隧道内净空断面设计情况如表1、2所示。海底隧道洞门设计型式原则应为喇叭形,可防止突变,洞门设计应该借鉴图8。
4 G* N' O# K6 o- g  O& x0 Y

, m  }8 ]  y0 e# }. w9 K

& ^  u- l) @: \0 C

台湾海峡海底铁路隧道施工方法选择9 K# p  E7 J1 ]0 ?9 @  W


3 x, w% }) n1 l' E- q  无论从长度还是数量上看,日本都是率先建成和运营海底隧道最长、最多的国家,其次是挪威、丹麦等国。目前,连接国家之间、岛屿之间的海底隧道也正在筹建。
( R. w1 n$ |( H9 m5 \3 \

施工方法分析
7 @* m" ]$ P* R9 X. D, b0 C* J

# G3 l; @# p0 j, r  H+ \
  据统计,采用钻爆法修建的海底隧道占90%以上,因为它是安全风险易控制、最经济、施工工艺最成熟的一种施工方法。如挪威17条海底隧道全部采用钻爆法施工。因此,跨海隧道的施工方法宜优选钻爆法;其次是TBM、盾构法。" A0 o# [6 U- @! h, m
  水下隧道钻爆法和开敞式TBM施工,衬砌结构采用复合式衬砌,盾构法施工衬砌采用管片+二次钢筋混凝土,单层管片衬砌不利于百年寿命,日本已进行过这方面的研究。青函隧道设置超前疏水导洞,有利于提前排水,加快主洞施工进度。9 R. v7 W9 [$ \: P( @2 m
  水下隧道最小埋深与地质条件、施工方法和支护结构形式等关系密切。一般盾构法洞顶埋深为1倍洞径;TBM埋深为1.5~2倍洞径;钻爆法埋深为2~3倍洞径。城市水下隧道受地形限制一般采用浅埋;而台湾海峡隧道不受地形限制,且海岸地质变化大,采用深埋方案风险最小。施工方法可选用开敞式掘进机法和钻爆法。1 J& g) L* J2 g9 H
  台湾海峡隧道穿越硬岩,宜采用全断面开敞式掘进机,不宜采用双护盾掘进机。中间断层、软弱地带采用浅埋暗挖法,横通道采用钻爆法施工。9 ~) l0 Z; _6 m: A

双护盾TBM的施工问题
7 t; u! _' |" M) H* f- q

# _$ a3 y) l: X/ O$ U
  虽然双护盾式TBM有圆筒形护盾保护结构,它可在掘进同时进行管片的安装,但是它适用的地层是相对稳定、岩石抗压强度适中、地下水不发育的条件;当它通过地应力变化大、围岩破碎、岩体为块体结构的地层时,护盾常常被卡住,脱困难度极大。工程界有不少经验,介绍设备被卡住后的脱困处理技术极其复杂,且处理时间较长,台湾坪林隧道涌水及被卡后的脱困处理也是极其艰难的。) D/ i2 V: E, i  V( t
  采用双护盾施工时,由于施工经验及对护盾姿态控制等原因,会产生盾尾管片拼装空隙不足,从而引起管片错台、管片裂缝,严重时甚至导致隧道轴线偏离,应引起高度重视。此外,追求掘进速度而忽视管片背后注入豆砾石和灌浆工序,也会对工程带来严重的质量事故。# A* z0 ?6 g7 O" P: y$ X0 _# {6 H! K

开敞式掘进机是长大水下隧道最好的选择; ^. t! q+ Q5 z& }  z1 o

5 E& {" M9 s0 q. `  y- |! K$ z4 N
  由于任何隧道的地质状况、围岩性质都有显著的变异性、非均质性,开敞式掘进机除了具备硬岩掘进的性能外,在不借助其他手段和措施的条件下,还能够通过软弱围岩、断层等不良地质,独立地完成不良地质隧道的掘进。
3 d$ n5 {, e  }( U( ~  开敞式TBM在对付较完整、有一定自稳性的围岩时,能充分发挥出快速掘进的优势。特别是在硬岩、中硬岩掘进中,强大的支撑系统为刀盘提供了足够的推力;使用开敞式TBM施工可以直接观测到被开挖的岩面,有利于对已开挖的隧道进行综合地质描述,及时调整掘进参数。特别是开挖和支护分开进行,使开敞式TBM刀盘附近有足够的空间用来安装一些临时、初期支护的设备,如钢拱架安装机、锚杆钻机、超前钻机、喷射混凝土机械手等,应用新奥法原理使这些辅助设备可及时地、有效地对不稳定围岩进行支护。以维护和利用围岩的自稳能力为基点,采用锚喷联合支护体系,及时进行支护,有效地控制围岩的变形,使围岩成为支护体系的组成部分,形成了以锚杆、喷射混凝土和围岩三位一体的承载结构,共同受力,保持围岩的稳定。
; Z: F: b$ e/ Q3 A/ j) O7 \

1 a* r1 j3 n5 d' l5 |( b


9 O8 V9 j9 L( ~" w0 E  开敞式TBM两大特点:, o: t5 A" ~7 Z/ W5 ?2 n
  ◆灵敏度高、长度/直径≤1,易精确调整方向可在±30mm内;  V% }, l! S$ ?( C" f" I8 [
  ◆能够及时对不良地层进行支护,时空效应好,不易坍塌 。   I, p* D  ^) ?) k
  总之,开敞式TBM既适用于硬岩地层,也适用于软岩地层,大伙房87km供水工程应用非常成功。
8 P5 z8 U! `0 U; x1 ^* o7 U  双护盾、单护盾TBM具有四大缺点:灵敏度低,很难精确快速调整到位;由于后盾较长,不易及时支护,易塌方,易卡;造价高,是开敞式TBM的1.3倍;衬砌必须用管片,造价高于复合衬砌的2倍左右。因此,双护盾掘进机经工程实践验证不宜使用。6 [+ M7 l9 J  \8 A
  沉埋管段法不适于长大隧道(大于6km)、不适于硬岩地层,更不适用于台湾海峡。在软弱、不稳定地层宜采用盾构法施工,但盾构直径宜小于12m。如琼州海峡水下隧道长度34km,穿越软弱地层,宜采用土压平衡复合式盾构。
/ [) H1 ~9 a, D

7 r  F( }* j) _' t+ Z/ q

' Z0 d/ _, A4 w( }& n

建设理念
1 x4 o/ f/ {% a1 y( y


3 q5 i/ D* }9 l* a( `1 y# @. g  ~  审核一个工程修建的好坏应遵守环境效益第一、社会效益第二、工程本身效益第三的次序进行评定,确保建一个工程就给人民和后代留下精品遗产,不要留下让人唾骂的遗憾工程。修建任何工程都应遵守少拆迁、少占地、少扰民、少破坏周边环境的原则。$ w( H( A5 e. b2 O( b5 s$ {
  提倡修建城市隧道,尤其在市区修建过江隧道,与修建桥梁相比有五大优点:不破坏航运,不破坏大自然,有利于环境的保护;隧道两端不占地,少拆迁,不影响周边环境,引线比桥梁短,工程造价低于桥梁,且隧道寿命不少于100年;不受天气、大风、大雾的影响,可以全天候运营;具有很强的抵抗自然灾害(如地震)和突发事件的能力;隧道易于和两端交通接线,形成路网。, i* v7 ?; x# B) R7 a7 i
  过江、过海隧道方案,应满足交通宜疏不宜集的原则,应方便乘客多地点过江,应安全可靠;过江、过海的方案应遵守确保建设全过程的安全风险最小,按安全、可靠、适用、经济、先进的次序进行。: ?2 j6 y7 Q8 z) s; M) v( A
  随着人们对环境理念的提高,从减少设计、施工和今后运营的安全风险出发,隧道修建的优势越显突出。( r( w. |' e# ?2 |" ^

(作者系中国工程院院士)
3 C2 ?) }" X% N3 y8 E(编辑:王少杰)$ d6 }% N) S  y0 ]# ^/ c


, c$ n( f3 k1 V$ e! `
! }1 @2 }, }: q- ]8 V. e' r
附件: 你需要登录才可以下载或查看附件。没有帐号?注册
百度谷歌雅虎搜狗搜搜

举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册



常务理事单位        

武汉一冶钢结构有限责任公司
北京市市政工程研究院
江苏沪宁钢机股份有限公司
中交第二公路工程局有限公司
无锡路桥集团有限公司
林同棪国际(中国)工程咨询有限公司
北京城建道桥建设集团有限公司
山东高速集团有限公司
上海市城市建设设计研究总院
湖北省交通规划设计院
四川省交通厅公路规划勘察设计研究院
四川公路桥梁建设集团有限公司
广东省长大公路工程有限公司
武桥重工集团股份有限公司
贵州桥梁建设集团有限责任公司
中交第三公路工程局有限公司
湖南省交通规划勘察设计院
中国船级社实业公司
北京中交桥宇科技有限公司
江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司
华杰工程咨询有限公司
北京建达道桥咨询有限公司
天津市市政工程设计研究院
广州市市政工程设计研究院
贵州省公路工程集团有限公司
中铁大桥勘测设计院有限公司
上海市市政规划设计研究院
中交第二公路勘察设计研究院有限公司
武汉二航路桥特种工程有限公司
深圳市市政设计研究院有限公司
江阴大桥(北京)工程有限公司
广西交通规划勘察设计研究院
河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司
江苏省交通工程集团有限公司
天津城建设计院有限公司
同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
合诚工程咨询股份有限公司
广州交通投资集团有限公司
上海公路桥梁(集团)有限公司
中交第一公路勘察设计研究院有限公司
天津市路驰建设工程监理有限公司
天津二十冶建设有限公司
湖南路桥建设集团有限责任公司
上海隧道工程股份有限公司
山东高速路桥集团股份有限公司
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
衡水益通金属制品有限责任公司
武汉市市政建设集团有限公司
郑州新大方史托克机械设备有限公司
江苏宏远科技工程有限公司
汇通路桥建设集团有限公司
交通运输部公路科学研究院
江西省交通设计研究院有限责任公司
中铁十二局集团第四工程有限公司
山西省交通科学研究院
四川省交通运输厅交通勘察设计研究院
大连理工大学桥隧研发基地
中铁山桥集团有限公司
西安方舟工程咨询有限责任公司
陕西旭泰交通科技有限公司
江苏扬子大桥股份有限公司
港珠澳大桥管理局
上海振华重工(集团)股份有限公司
四川西南交大土木工程设计有限公司

理事单位        

行业相关机构        

媒体链接        

行业链接        

回顶部