渤海海峡隧道支护结构形式及参数研究

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1、渤海海峡隧道支护结构形式及参数研究万飞，王云龙，吴永胜(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)【摘要】借鉴已建成海底隧道的成功经验，采用工程类比法进行渤海海峡隧道支护结构形式及参数设计。通过调研及对比分析，支护结构形式采用复合式衬砌，针对各级围岩初期支护采用相应的支护措施组合方案。隧道主要采用限量排放的防排水系统，衬砌外水压力采用折减系数法计算。在衬砌结构受力分析时，分析了不同水压力下衬砌的安全系数，并初步确定衬砌的设计参数。【关键词】渤海海峡；海底隧道；结构形式；支护参数【中图分类号】U456．3[文献标识码】A[文章编号

2、】1009—1742(2013)12—0061—061前刖言昂2衬砌倒水压力7】计丌算异方力法据不完全统计，到2006年年底世界各国已建的2．1国外外水压力确定方法比较知名海底隧道已有37条，其中，我国已建的比在采用复合式衬砌时，总是假定在防水层的外较有影响的海底隧道6条，这些工程都为渤海海峡边存在静水压力，因而内层衬砌的设计需要抵抗此跨海通道的研究和建设提供了大量宝贵经验和人静水压力。但是对于外水压力是否折减与如何才支持。]。折减，各国都没有系统研究成果，仅有几种估算方与世界主要海峡隧道相比，渤海海峡的工程地法。概括起来，有如下3种

3、方法：a．折减系数法，综质条件较好，其震级较低，区域稳定性好，最大海水合各国实际工程采用的折减系数在0．15～0．9变压力比青函隧道和琼州海峡隧道低得多。因此，从化，澳大利亚、美国、日本有时采用此法；b．全水头地层岩石的可钻性、地下水、断层破碎程度及隧道法，取1，德国、日本常用此法，美国有时也采用此长度、工期来看，渤海海峡隧道施工，选用tunnel法；C．可能最大水头值，认为最高可能地下水位在地boringmachine(TBM)法为主、钻爆法为辅的工面，按这一水位的静水头作为隧洞衬砌设计外水压法是比较可行的。力，巴西、加拿大常采用此

4、法。苏联的公路隧道规渤海海峡隧道海底段主要通过板岩及花岗岩范也将外水压力作为设计的永久荷载，并规定设计地层，具有很好的自稳能力和隔水作用，有利于减时地层压力选取应依据在相似的环境下、相似的施小水压力。而且硬岩隧道中，敞开式TBM法灵活性工经验所获取的数值。好、经济性突出。综合工程实际情况以及国内已有2．2国内外水压力确定方法的施工经验p，经过多方面的分析和比较，初步设计目前，我国在隧道衬砌水荷载的计算中，铁路、主隧道施工采用敞开式TBM法，借鉴已建成工程的交通部门还没有制定统一的规范，大多还是参照水成功经验，采用工程类比的方法对该隧道

5、支护结构工隧洞设计规范和经验方法，我国隧道衬砌外水压形式及参数设计进行了初步研究。力的计算方法可以归结为4种方法。【收稿日期】2013．10-09【作者简介】万飞(1982一)，男，山东东营市人，北京交通大学博士研究生，主要从事隧道及地下工程方面研究；E—mail：dywf5167@163．com2013年第15卷第12期611)在浅埋矿山法修建的山岭隧道中，对地下水3隧道支护结构形式处理采用“以排为主”的条件下，铁路隧道设计规范不考虑衬砌承受水压力；但有研究表明，在衬砌背常用的支护结构形式有锚喷衬砌、模筑衬砌、后设置透水垫层排放地下

6、水的情况下，衬砌仍然要拼装衬砌及复合式衬砌4种。工程实践表明，海底承受一定的水压力。在城市地铁隧道不允许地下隧道衬砌结构最好采用复合式衬砌或管片加二次水排放时或采用全封堵防水，衬砌上水压力采用该衬砌，尽管单层管片衬砌在已建成的海底隧道中也处的静水压力(即该处的静水头)。有采用，但它并不适用于百年寿命的隧道。2)水头较高的山岭隧道，为了保护隧道周边的TBM法隧道支护结构形式一般有两种，即复合地下水资源和环境的要求，采取“以堵为主，限量排衬砌和管片衬砌。采用TBM法进行施工的隧道断放”的原则，多借鉴水工隧道计算水压力的方法面多为圆形，围岩

7、条件较好，采用管片结构可以实——水压力折减系数法。现隧道连续作业。而复合衬砌灵活，对围岩条件变3)铁路、公路隧道工程防排水系统的设置与水化适应性较强，特别是在处理围岩稳定性、隧洞涌利、水电工程上的隧洞存在着很多的差别，只是运水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等不良地质问题更用折减系数法明显存在着不足。近年来研究提出具有独特的优势。按照达西渗流定律，对隧道同岩渗流场进行分析，3．1复合衬砌支护形式来确定衬砌上的外水压力。目前国内外采用复合衬砌支护的海底隧道主4)考虑渗流场与围岩应力场耦合作用的方法要有青岛胶州湾海底隧道、挪威海底隧道、厦门翔是

8、比较精确和合理的一种方法，但针对隧道工程的安海底隧道及青函隧道。排水和结构特点对衬砌上作用水压力研究的还很1)青岛胶州湾海底隧道。青岛胶州湾海底隧少，因此进行这方面的研究需要进行较多的模型试道主隧道结构采用复合式衬砌结构