Civil Design Scheme of Subsea Tunnel Under Complex Conditions
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摘要: 大连某地铁跨海隧道工程地质条件复杂,临近加油站、大型船舶制造基地等建筑,同时下穿既有地铁、货运铁路、军港及大量建筑物,施工难度大、风险高。针对跨海隧道的特点和难点,从路由方案、工法比选、横断面方案、平面纵断面方案、盾构管片设计等方面进行分析,研究表明:(1)在本工程特定的环境条件下,应采用对环境影响小、施工风险较低的单洞双线大盾构方案跨海隧道施工工法;(2)隧道覆土最深处为管片受力的控制工况,内力最大值位于拱顶;(3)综合考虑机械设备和现场实施条件,2 m的管片环宽使隧道内环缝数量最少,对提高隧道的纵向刚度、加快施工进度、降低造价均有利;(4)采用拼装自动化程度高的通用型管片环方案,节约钢模数量,易于纠偏;(5)跨海隧道穿越地层软硬不均、结构受力较大,同时考虑抗震等要求,管片环、纵向连接接头均采用斜螺栓连接。Abstract: The engineering geological conditions of Dalian subsea tunnel are complex. It is close to gas station, large ship manufacturing base and other buildings. Meanwhile, it is difficult and risky to pass through the existing subway, freight railway, military port and a large number of buildings. According to the characteristics and difficulties of subsea tunnel, the route scheme, construction method comparison, cross-section scheme, horizontal and vertical section scheme and shield segment design are studied. The main research conclusions are as follows: (1) Under the specific environmental conditions of the project, the construction method of cross sea tunnel adopts the scheme of single tunnel double track large shield with less environmental impact and low construction risk; (2) the deepest soil cover of the tunnel is the control condition of segment stress, and the maximum internal force is located at the vault; (3) considering the mechanical equipment and site conditions, 2 m segment ring width makes the number of circumferential joints in the tunnel the least, which is beneficial to improve the longitudinal stiffness of the tunnel, speed up the construction progress and reduce the cost; (4) the universal segment ring scheme with high assembly automation degree is adopted, which saves the number of steel formwork and is easy to rectify deviation; (5) the cross sea tunnel passes through the stratum with uneven hardness and soft, and the structural stress is relatively high. Considering the seismic requirements, the segment ring and longitudinal connection joints are all connected by inclined bolts.
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Key words:
- subway /
- subsea tunnel /
- large-diameter shield /
- segment design
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表 1 跨海隧道路由综合比选
西线方案 中线方案 东线方案 方案
概述线路全长12.5 km,经过火车站后向西转入疏港路至香炉礁,沿规划长春路转向北,经香炉礁物流园区后下穿大连造船厂,沿规划路进入梭鱼湾地区 线路全长10.4 km,沿解放路经劳动公园转入友好街,下穿哈大铁路后沿规划友好街跨海通道至北岸梭鱼湾 线路全长11.1 km,由劳动公园向东转入胜利东路,沿延安路向北至中山广场,沿七一街至民主广场,沿规划光明路走廊下穿海湾,在北岸梭鱼湾片区上岸 方案
优点(1)线路西绕避免穿海,工程实施难度小;
(2)有利于服务疏港路沿线以及香炉礁物流园区内的客流(1)线性顺直,加强青泥洼—梭鱼湾两岸的联系;
(2)线路长度在三个方案中最短线路能够服务于中山广场、民主广场片区 方案
缺点(1)线路长度较长,投资大;
(2)线路下穿大连造船厂厂区,厂区内建筑、公建设施分布密集,实施难度大(1)由于线路穿海湾,该区间无法设站,客流效益差;
(2)线路下穿海湾,工程难度较大,投资较大(1)线路没有经过青泥洼商圈及梭鱼湾核心区,功能差;
(2)线路下穿海湾,工程实施难度较大,投资较大表 2 跨海隧道盾构方案综合对比表
方案 优点 缺点 单洞单线方案 (1)本断面方案洞体相对较小,减少了车站埋深,节省车站造价;
(2)与两端车站及区间能够顺接,车站避免设置喇叭口;
(3)两端车站均可设置为岛式车站,便于车站客流组织(1)两条单洞单线隧道土建成本显著高于单洞双线隧道,两站一区间总造价较单洞双线方案增加约1.5亿元;
(2)两条单洞单线隧道岩溶处理的长度和宽度均比单洞双线大,施工风险更高;
(3)盾构设备的通用性差单洞双线方案 (1)在区间隧道设置中隔墙,逃生通道便捷;
(2)可设置单渡线,增加防灾救援的灵活性;
(3)断面较大对岩溶的适应性相对较好;
(4)盾构设备的通用性更高(1)隧道穿越软硬不均地段更长,对盾构掘进不利;
(2)车站基坑较深,施工风险更大。同时本站为侧式站,使用功能稍差;
(3)工期较单洞单线方案长约6个月表 3 盾构管片内力计算结果
工况 位置 弯矩
/(kN·m)轴力
/kN工况1 拱顶 450 1560 拱肩 374 2110 工况2 拱顶 645 2960 拱肩 532 3790 工况3 拱顶 759 3250 拱肩 621 3900 -
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