一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式及方法技术

本发明专利技术公开一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式及方法，两个所述车站之间设有陆域盾构段、岸边施工风井、水域硬岩矿山段、工法对接段、水域土层盾构段；所述陆域盾构段、岸边施工风井、水域硬岩矿山段、工法对接段、水域土层盾构段依次相连；所述陆域盾构段、水域土层盾构段分别与邻近的车站接通；施工两端车站和岸边施工风井，施工斜井的施工，施工正线区间，施工陆域盾构段和水域土层盾构段，水域矿山段和盾构段相向施工。本发明专利技术可达到适应复杂地层环境，工艺简单、便于操作、安全可靠的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式及方法
本专利技术属于城市轨道交通工程设计与施工
，涉及一种轨道交通区间隧道在长距离穿越水域或海底时，基于不同地质条件采用矿山法与盾构法动态自联合敷设型式和相应的设计施工方法，特别涉及一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式及方法。
技术介绍
随着我国经济的发展，需要更多便利的交通设施来适应发展的需要。越来越多地区和城市规划或正在建设穿江越海的交通工程，而安全性能好、对环境影响小的地下隧道型式更多的被采用。目前修建水下隧道常用的施工方法主要有以下几种：矿山法、盾构法、TBM法、沉管法、围堰明挖法等，各种施工方法的选择主要依据工程地质和水文条件、隧道断面尺寸、长度、施工技术水平、两岸建筑物和隧道功能需要等因素综合研究确定，同时要求所选择的施工方法应体现出安全适用、技术先进和经济合理。沉管法和围堰法属于在水域中的明挖法，施工快速，但明挖法需在水域内进行施工作业，对所述水域或海域的生态环境有一定影响，同时对航线、锚地、港口等都有一定的影响。矿山法和盾构法作为暗挖工法，对周边环境影响小，在城市隧道和地下工程中采用较多，在水下隧道中也都被较多的采用。盾构法在深堆积中等软弱的不透水地层中最为适用，因而在港湾下的浅水区和沿海地带经常采用。盾构水底隧道最为集中的地点在纽约，其在赫德森河、东河、哈莱姆河下采用盾构施工了39座隧道。1989年日本首先采用八台直径为14.14m的超大型泥水平衡盾构施工东京湾公路隧道。我国应用盾构施工技术始于20世纪50年代末，如黄浦江水底隧道(φ10.2m、φ11.32m)、武汉长江隧道(φ11m)、广深港客运专线狮子洋隧道(φ10.8m)等。矿山法是国内外修建隧道和其它工程常用的施工方法。世界上已建最长的矿山法海底隧道是日本的青函海底隧道，全长54km，采用矿山法修建海底隧道最多的国家是挪威，累计总长度超过100km。国内矿山法也成功地修建了多条越江(河)隧道，例如青岛胶州湾隧道、武广客运专线浏阳河隧道、长沙营盘路过江隧道以及厦门翔安隧道等。根据目前工程实践经验，盾构法特别适合于软土(或软岩)地层，在软弱地层中具有掘进速度快、施工风险小的优势，但对于全断面硬岩、软硬不均地层或断层破碎带，相对于矿山法其掘进速度不占优势，同时，对地质勘察的准确性要求比较高，一旦发生险情或事故，能够采取的措施有限。采用矿山法隧道修建水下隧道，其地层宜位于岩石中，岩石稳定和强度高较好，为尽量避免软弱地层，隧道一般采用深埋方式。矿山法机动灵活，实施组织方便，造价低，但控制地层变形能力稍差，在水下富水软弱地层中施工困难。轨道交通水下隧道根据具体的地质条件，选择盾构法或者矿山法进行施工。但当穿越水域的轨道交通海底隧道或水下隧道经过的地层条件差别较大时，如受地质构造影响，一边是以硬岩为主的岩石地层，一边是以第四系或全强风化地层为主的软弱透水地层，施工方法的选择就比较困难了。目前解决的方案一般有两种：一是采用围堰明挖或沉管法，明挖的方式回避地质条件的问题，但是此种方法对环境影响大，如存在限制条件将无法实施，同时沉管法投资也更多，经济上不合理；二是采用盾构和矿山两种不同施工方法，在地层变换分界处的水域设置人工岛，在人工岛上修建竖井，通过竖井组织盾构接收，分段实施整个隧道。但是人工岛影响航道通行，投资费用和施工难度都将显著增加，水深较深时无法实现。所以在海底或水下轨道交通隧道采用两种工法时，一般也都是在岸边设置竖井，实现盾构法和矿山法的连接。从上面的分析可以看出，当海域地层条件差别较大时，采用传统的施工方法和组织方式很难解决，采取的措施都必须对水域进行干扰，施工难度和风险都很大。而且轨道交通水下隧道采用单一盾构法存在施工组织不灵活和效率低明显缺点，盾构一旦出现问题没有好的应对解决方案，影响整个工程进度。基于软硬不同地层条件，为提高施工组织灵活性和效率，减小施工风险，提出一种矿山盾构自联合敷设方式，矿山法施工硬岩地段、盾构法施工软弱围岩地段、两种工法在水底洞内实现自身对接，而且可以动态调节不同工法长度，不影响环境，拓展水下长距离隧道的敷设方式和施工组织方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的传统单一工法组织差异很大，在地层水下隧道施工中存在的不足技术问题，提供一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式及方法，可达到适应复杂地层环境，工艺简单、便于操作、安全可靠的有益效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，包括车站(1)、陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；两个所述车站(1)之间设有陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；所述陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)依次相连；所述陆域盾构段(12)、水域土层盾构段(16)分别与邻近的车站(1)接通；所述陆域盾构段(12)为双线分离设置的两个单线标准盾构区间，采用管片衬砌结构，以一定间隔设置陆域段联络通道(8)；所述岸边施工风井(13)设于水域(101)岸边陆地，采用矩形框架多层结构；所述水域硬岩矿山段(14)为双线分离设置的两个单线矿山法区间，采用马蹄形断面，复合式衬砌结构；所述水域硬岩矿山段(14)设有水域矿山段隧道(5)；所述水域硬岩矿山段(14)的一侧设有施工斜井(3)；所述水域硬岩矿山段(14)与水域土层盾构段(16)之间通过工法对接段(15)连接；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段隧道(9)；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段联络通道(10)；所述陆域盾构段(12)设有陆域隧道(7)；所述水域矿山段隧道(5)靠近施工斜井(3)设有斜井施工通道(4)；所述工法对接段(15)设有对接段隧道(11)。作为优选，所述陆域盾构段的双线线间距为15m；所述陆域段联络通道(8)双洞之间间隔不大于600m；所述陆域盾构段根据地层情况设置，若地质条件基本为中微风化硬岩地层，则采用分离设置的两个单线标准矿山法区间。作为优选，所述陆域盾构段(12)和水域硬岩矿山段(14)通过岸边施工风井(13)连接；所述岸边施工风井(13)提供盾构组织和矿山法段施工工作面。作为优选，所述水域硬岩矿山段(14)所处地层为中微风化地层，线间距17m。作为优选，所述水域硬岩矿山段(14)中的两个单线矿山法区间之间通过多个水域矿山段联络通道(6)连接；所述水域矿山段联络通道(6)间距为300～600m；所述水域矿山段联络通道(6)设有废水泵房排放地下水。作为优选，所述工法对接段(15)位于较好围岩地段，先采用矿山法施工长20m左右封闭箱体，盾构机掘进进入封闭箱体后分段拆除盾构机各组成部件，盾构机外壳埋于地层中，然后再模筑二次钢筋混凝土衬砌连接水域硬岩矿山段(14)与水域土层盾构段(16)结构。作为优选，所述水域盾构段隧道(9)所处地层为第四系地层或全强风化软弱地层，为双线分离设置的两个单线盾构区间，线间距17m，采用管片衬砌结构，双洞之间间隔不大于600m，设置海域联络通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，包括车站(1)、陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；两个所述车站(1)之间设有陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；所述陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)依次相连；所述陆域盾构段(12)、水域土层盾构段(16)分别与邻近的车站(1)接通；所述陆域盾构段(12)为双线分离设置的两个单线标准盾构区间，采用管片衬砌结构，以一定间隔设置陆域段联络通道(8)；所述岸边施工风井(13)设于水域(101)岸边陆地，采用矩形框架多层结构；所述水域硬岩矿山段(14)为双线分离设置的两个单线矿山法区间，采用马蹄形断面，复合式衬砌结构；所述水域硬岩矿山段(14)设有水域矿山段隧道(5)；所述水域硬岩矿山段(14)的一侧设有施工斜井(3)；所述水域硬岩矿山段(14)与水域土层盾构段(16)之间通过工法对接段(15)连接；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段隧道(9)；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段联络通道(10)；所述陆域盾构段(12)设有陆域隧道(7)；所述水域矿山段隧道(5)靠近施工斜井(3)设有斜井施工通道(4)；所述工法对接段(15)设有对接段隧道(11)。...

【技术特征摘要】
1.一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，包括车站(1)、陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；两个所述车站(1)之间设有陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)；所述陆域盾构段(12)、岸边施工风井(13)、水域硬岩矿山段(14)、工法对接段(15)、水域土层盾构段(16)依次相连；所述陆域盾构段(12)、水域土层盾构段(16)分别与邻近的车站(1)接通；所述陆域盾构段(12)为双线分离设置的两个单线标准盾构区间，采用管片衬砌结构，以一定间隔设置陆域段联络通道(8)；所述岸边施工风井(13)设于水域(101)岸边陆地，采用矩形框架多层结构；所述水域硬岩矿山段(14)为双线分离设置的两个单线矿山法区间，采用马蹄形断面，复合式衬砌结构；所述水域硬岩矿山段(14)设有水域矿山段隧道(5)；所述水域硬岩矿山段(14)的一侧设有施工斜井(3)；所述水域硬岩矿山段(14)与水域土层盾构段(16)之间通过工法对接段(15)连接；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段隧道(9)；所述水域土层盾构段(16)设有水域盾构段联络通道(10)；所述陆域盾构段(12)设有陆域隧道(7)；所述水域矿山段隧道(5)靠近施工斜井(3)设有斜井施工通道(4)；所述工法对接段(15)设有对接段隧道(11)。2.根据权利要求1所述的一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，所述陆域盾构段的双线线间距为15m；所述陆域段联络通道(8)双洞之间间隔不大于600m；所述陆域盾构段根据地层情况设置，若地质条件基本为中微风化硬岩地层，则采用分离设置的两个单线标准矿山法区间。3.根据权利要求1所述的一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，所述陆域盾构段(12)和水域硬岩矿山段(14)通过岸边施工风井(13)连接；所述岸边施工风井(13)提供盾构组织和矿山法段施工工作面。4.根据权利要求1所述的一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，所述水域硬岩矿山段(14)所处地层为中微风化地层，线间距17m。5.根据权利要求1所述的一种长距离水下隧道矿山盾构动态自联合敷设型式，其特征在于，所述水域硬岩矿山段(14)中的两个单线矿山法区间之间通过多个水域矿山段联络通道(6)连接；所述水域矿山段联络通道(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋超业，贺维国，李少波，段悟哲，杜宝义，黄宝龙，檀业霖，刘远法，李凯，范国刚，
申请(专利权)人：中铁第六勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12