一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构及施工方法技术

一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构及施工方法，属于土木工程领域。针对传统隧道结构和施工方法难以满足复杂地质条件下长距离水下隧道的施工建设要求、抗震性能差、易发生突水事故等问题，本发明专利技术提供一种，先盾构后顶管的组合式长距离海底隧道结构及施工方法，在盾构界面与二次顶管空隙填充柔性防水、抗震材料，并将水引入围岩内侧，利用海水连通式自平衡特性加强围岩承载能力。给出了利用水压自平衡提升围岩支护效果的算法，并提出了刚性壳‑弹簧阻尼‑接触面的抗震结构模型。与现有隧道结构及施工方法相比，解决了传统长距离海底隧道易透水、难施工、抗震能力差的问题。是一种适合复杂海况、地质条件的新型海底隧道结构形式及施工方法。

A Composite Submarine Tunnel Structure and Construction Method Based on Water Pressure Self-supporting Characteristic

A composite submarine tunnel structure and construction method based on the self-supporting characteristics of water pressure belongs to the field of civil engineering. Aiming at the problems that traditional tunnel structure and construction method can not meet the construction requirements of long-distance underwater tunnel under complex geological conditions, such as poor seismic performance and prone to water inrush accidents, the present invention provides a composite long-distance submarine tunnel structure and construction method, which first shield and then pipe jacking, fills flexible waterproof and seismic materials in the shield interface and the space between secondary pipe jacking, and puts water into it. Introducing the inner side of the surrounding rock, the bearing capacity of the surrounding rock is strengthened by utilizing the self-balancing characteristic of seawater connection. In this paper, an algorithm for improving the supporting effect of surrounding rock by water pressure self-balance is presented, and an aseismic structural model of rigid shell-spring damping-contact surface is proposed. Compared with the existing tunnel structure and construction methods, it solves the problems of the traditional long-distance submarine tunnel which is easy to penetrate, difficult to construct and poor seismic resistance. It is a new structural form and construction method of submarine tunnel suitable for complex sea conditions and geological conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构及施工方法
本专利属于土木工程领域，涉及一种长距离复杂地质条件下海底隧道的施工结构及方法，尤其涉及一种利用水压自平衡能力及柔性充填材料进行隧道支护、抗震及防水的组合式隧道结构及施工方法。
技术介绍
21世纪被称为“海洋的世纪”，在陆地交通高速发展的背景下，海洋交通运输领域将成为未来巨大的发展空间。水下隧道作为新兴的交通方式，横跨江海、沟通两岸，近年来在我国得到了广泛的应用。相较于传统的水上桥梁类工程，隧道结构抵抗风浪的能力强，对水上交通、航运的影响小，使得空间运输效率更加合理高效。但海底复杂的地质条件以及不稳定的海况条件给海底隧道尤其是长距离海底隧道的设计施工提出了巨大挑战，海域内分布的侵蚀陡坎、潮流沙脊、海底滑坡等不良地质条件等会进一步的增加海底隧道的设计施工难度。目前世界上最长的成功修建并运营的水下隧道为日本的青函海底铁路隧道，全长53.85公里。而我国目前处于规划设计中的烟大海底隧道施工里程预计可达123公里，横跨渤海海峡，海域海底地质条件复杂多变，部分地段淤泥沉积承载力差，超长的施工里程也使得施工技术难度加大，施工的安全性难以得到保证。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构，其特征在于，该复合型海底隧道结构包括一次盾构掌子面(1)、围岩锚喷支护层(2)、顶管固定弹性支座(3)、半刚性顶管(4)、抗震层(5)、引水孔(6)、中空注浆锚杆(7)、钢缆(8)和剪力键(9)；所述的一次盾构掌子面(1)是由盾构机作用于注浆加固后的海底岩层形成的，其表面光滑、平整，具有防水能力；所述的围岩锚喷支护层(2)靠近一次盾构掌子面(1)，用于加固支撑隧道围岩；所述的顶管固定弹性支座(3)内连围岩锚喷支护层(2)，外连半刚性顶管(4)，用于固定半刚性顶管(4)；所述的抗震层(5)为柔性防水材料，用于填充围岩锚喷支护层(2)与半刚性顶管(4)...

【技术特征摘要】
1.一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构，其特征在于，该复合型海底隧道结构包括一次盾构掌子面(1)、围岩锚喷支护层(2)、顶管固定弹性支座(3)、半刚性顶管(4)、抗震层(5)、引水孔(6)、中空注浆锚杆(7)、钢缆(8)和剪力键(9)；所述的一次盾构掌子面(1)是由盾构机作用于注浆加固后的海底岩层形成的，其表面光滑、平整，具有防水能力；所述的围岩锚喷支护层(2)靠近一次盾构掌子面(1)，用于加固支撑隧道围岩；所述的顶管固定弹性支座(3)内连围岩锚喷支护层(2)，外连半刚性顶管(4)，用于固定半刚性顶管(4)；所述的抗震层(5)为柔性防水材料，用于填充围岩锚喷支护层(2)与半刚性顶管(4)之间的空隙；所述的引水孔(6)设置于围岩锚喷支护层(2)外围，且与围岩锚喷支护层(2)内侧相通，用于引水，在围岩锚喷支护层(2)与抗震层(5)之间形成水密承压层；所述的中空注浆锚杆(7)设置于围岩锚喷支护层(2)外围，用于锚固和支护围岩锚喷支护层(2)；所述的钢缆(8)，用于连接、加固半刚性顶管(4)；所述的剪力键(9)设置于半刚性顶管(4)上，用于提高半刚性顶管(4)的抗剪性能。2.一种基于水压自承特性的复合型海底隧道结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：步骤一，探水、堵水、注浆加固；即在隧道开挖之前，在工作面四周钻孔，探明地下水以及石质情况，然后用注浆泵把不透水的水泥-水玻璃凝结物从钻孔中压入岩层裂隙，截断地下水流，固结破碎围岩；步骤二，采用大直径掘进机进行一次盾构，再利用中空注浆锚杆(7)进行围岩的锚固和支护，形成一次盾构掌子面(1)；盾构的过程中，需要探水注浆一段、盾构一段，段段稳步推进，且每一次盾构的长度应小于注浆加固的长度，留一段不盾构作为下一次探水注浆的止水岩盘，防止未注浆段地下水涌入作业面或下一次注浆时跑浆；步骤三，利用新奥法原理进行支护衬砌；即通过在一次盾构掌子面(1)上打入中空注浆锚杆(7)，依次注浆、挂网、喷射混凝土保护层，形成围岩锚喷支护层(2)；步骤四，在围岩锚喷支护层(2)内壁上安装顶管固定弹性支座(3)，并分段顶进半刚性顶管(4)，在半刚性顶管(4)之间设置剪力键(9)，剪力键(9)之间通过钢缆(8)连接；步骤五，在围岩锚喷支护层(2)内侧和半刚性顶管(4)外侧空隙处充填柔性防水材料，形成抗震层(5)，起到防水、抗震的作用；步骤六，在海面进行船上作业，在围岩锚喷支护层...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴华富，孙安元，杨庆，杨钢，石杰洋，羊玓雯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21