探矿工程在线 > 正文

 伊斯坦布尔16.8m超大直径三层隧道的设计挑战

发布时间:2019年12月12日
来源:隧道网公众号(2019-12-11) ​作者:STECJacob​

大伊斯坦布尔三层隧道项目将穿越博斯普鲁斯海峡,通过单管隧道内的地铁与公路连接欧亚大陆。工程在设计阶段便面临着诸多挑战:极高的静水压力、复杂的地质条件、隧道的超大直径、紧张的施工工期、密集城区内TBM始发/接收与过渡结构设计、共轨合建模式下的隧道线路设计等。本期带大家了解三层隧道设计中的挑战与解决方案!

 

工程简介

2015年,土耳其运输和基础设施部进行了一项调研,评估了伊斯坦布尔地区两大洲之间现有和未来的运输需求。结果显示,博斯普鲁斯海峡口岸的交通量在2015年为130万人次/天,而到2023年则将猛增至380万人次/天,现有的桥梁、隧道等基础设施到2020年即无法满足通行需求。

为此,土耳其当局提出建设一项全新的高运量运输基础设施——大伊斯坦布尔工程,这是一个连接欧亚两大洲的公铁合建隧道项目,包含16.5km公路、31km地铁线路与14个车站。其中,穿越博斯普鲁斯海峡的三层隧道部分是一条长4.3m、直径16.8m、位于海平面以下130m深的TBM法单管隧道,隧道内设2×2高速公路车道与双轨地铁线。工程开通后,通过公路与地铁穿越海峡的时间分别只需14分钟与6分钟。

图中橙色为公路,黄色为地铁,绿色为隧道

工程概念:将双层公路隧道与双管地铁隧道合并至一条单管隧道内

设计挑战与解决方案

隧道设计面临多项挑战:

 极高的静水压力;

 复杂的地质条件;

 隧道的超大直径(16.8m);

 紧张的施工工期;

 密集城区内TBM始发/接收与过渡结构设计;

 公铁合建系统中的隧道线路设计;

 紧张的总体设计时间(300天)。

地层地质勘探

根据博斯普鲁斯海峡下现有的三条隧道(马尔马雷沉管隧道、亚欧公路隧道与梅伦水下隧道)的地质研究,隧道主要穿越两种地层:

■ 上方是由沙、淤泥与粘土沉积物组成的Holosen层;

■ 下方则是由砂岩,粉砂岩,泥岩,页岩与砾岩组成的Trakya层。

地质勘探图

由于隧道采用超大直径TBM掘进,因此需在较稳定的Trakya层内掘进,且保持尽可能较浅的埋深。20177月进行的地质勘探在海床以下80m处进行了7次钻孔勘测,确定隧道较为理想的掘进深度为海平面以下约130m,隧道沿线主要位于Trakya层,另含长300m不透水砂层,最大静水压13bar

隧道沿线地质

TBM隧道设计与断面优化

建设方邀请了海瑞克、日立造船与日本JIMT(由JFE钢铁、石川岛播磨,三菱三家公司共同组建的TBM厂商)进行了隧道掘进方案与TBM设计。

隧道原始概念设计中,地铁位于三层隧道的中间层,上下两层分别为公路的两个方向。该设计下,由于无法加入纵向支撑构件,因此出于地铁系统带来的沉重荷载,中层的底板厚度需要大幅增加。为保证底板厚度与列车之间的安全距离,隧道直径将增加至19m以上,或将超过现有TBM施工的极限。

隧道断面原始概念设计

因此,设计中对原方案进行了变更,将地铁线置于隧道底层,上方两层为公路。该方案中可设纵向支撑构件,在不加厚底板的条件下保障了结构稳固与列车之间的安全距离,隧道外径也减小到16.8m

新断面设计

根据结构分析,隧道管片确定为10+1形式,管片厚度65cm。此外,主隧道旁20m设直径6.3m导洞,与隧道平行,施工中用作地质超前探测,隧道完工后则用于放置管线。

主隧道导洞

TBM始发/接收结构与过渡结构

隧道原始概念设计中,TBM段全长6.5km,后续通过变更始发/接收井位置使其靠近海峡,而使TBM段缩短至4.3km,以平均每天4m的预计掘进速度计算,可节约工期1.5年。

三层隧道与地铁/双层公路之间的过渡段采用明挖法施工。原始设计中的过渡段全长300m,但是随着隧道截面的减小,过渡段长度也缩短至80m,深度保持在50m以保证稳定的覆土。

在施工阶段,过渡结构也可作为TBM始发/接收结构,在密集城区内有效节约施工用地。

过渡段结构断面

欧洲的接收区与亚洲的始发区

隧道线路设计

设计方花费了极大的精力对隧道线路进行了设计,满足这条公铁合建三层隧道在结构、岩土与掘进技术中的综合要求:如隧道需要在尽可能埋深较浅的稳定地层中穿越海峡,过渡结构和临近地铁站的高度与现有地铁站保持一致等。

图中绿圈为隧道起点与终点

隧道线路图

隧道截面渲染图

在超大直径、复杂地质、超高水压、紧张用地、有限工期等挑战下,大伊斯坦布尔三层隧道对原设计进行了大刀阔斧的修改与优化:重新布置功能断面以缩小直径、隧道线路设置于低渗透性地层中以应对13bar水压、缩小并共用过渡与始发接收结构以节约施工用地等。

隧道目前尚未开工,但相信随着未来工程的建设与运营,三层隧道也将成为一个具有代表性的超大直径隧道工程。

[责任编辑:dc]

行业要闻 >>
全国石油天然气资源勘查开采通报(2020年度)
安徽省地矿局313地质队一科研成果达到国际先进水平
中国地质调查局与江苏省人民政府签订战略合作协议
中国地质调查局与安徽省人民政府签订战略合作协议
中央财政积极推动长江经济带生态环境保护修复
审慎稳妥推进碳市场建设
中国地质调查局与中国地震局签署战略合作协议
多部门会商部署全国重点地区防汛工作
《关于完善科技成果评价机制的指导意见》
自然资源部从四方面应对“七下八上”地灾高发期
业界资讯 >>
强强联手推进压裂技术发展
47处国家首批智能化示范煤矿预计年内建成投产
石油科学家要攀登世界科技的屋脊
最大钻井深度9144米 智能深水钻井平台南海开钻
水平定向钻进技术破解西渝高铁施工难题
创造两项亚洲纪录!
“近海底高精度水合物探测技术”项目完成验收海试
多边合作,为了后疫情时代的发展与繁荣
“一带一路”国际地学合作与矿业投资论坛召开
圆满召开!院士大咖云集,共话水热型地热的未来
会展预告 >>
查收!中国地质学会2021年学术年会三号通知!
第八届中国矿业展将于明年5月在京举办
中国国际矿业大会各项工作有序推进!
延期召开“全国探矿工程(岩土钻掘工程)学术交流年会”
第八届中国矿业展将于明年5月在京重磅举办
第八届地下管线工程风险防控及非开挖工技术发展论坛
第二十一届全国探矿工程学术交流年会网上注册开通啦!
2021年全国地灾防治与应急救援高级培训班将在西宁举办
2021国际矿产品投资与发展高峰会议6月举办!
以丝路合作为主题,矿业创新邀请赛明年7月在新疆举办
人物访谈 >>
我国采矿科技即将进入一个新阶段
汪集暘院士:“十四五”期间地热市场潜力巨大
苏义脑:陆上8000米以上超深井钻完井技术及其装备进展
曾梅香:我国地热发电现状与展望
赵阳升院士:把创新成果融入地热等采矿工程领域
《人民日报》发表章建华署名文章:
杨文采院士:人类能上天下海,却难以入地13公里
中国工程院院士多吉:投身地质勘探 踏遍青藏高原
在深海处演绎“冰与火”的传奇
孙友宏校长在人民日报发表《为高校营造良好创新环境》
热点观察 >>
2020年全国科技经费投入统计公报
势头强劲!上半年全球矿产勘查强势复苏!
市场透视 | 您知道地球上还剩多少黄金储量?
华为创建首支军团 为何首选煤矿切入
湖南省地勘单位改革具体方案出台
“双碳”背景下新能源矿产发展的机遇在哪
“地质云3.0”新在哪
奋力谱写新时代四川地质事业发展新篇章
地勘单位改革的难点及对策思考
地矿油行业特色高校建设“破五唯”对策思考
企业动态 >>
恭贺 河北永明 入选 工信部 专精特新 小巨人企业
新年首发CSD1300KT型车载式全液压动力头钻机
便携式钻机小角度施工,东北地区“以钻代槽”成果显著!
河北永明八、九月份交付十套大型钻井装备
小口径成就大梦想
英格尔钻机助力发现世界级锂矿!
地矿三院“山东省栖霞东北部地热资源调查”项目开钻
钻井装备中钢丝绳保护女神-里巴斯绳槽
凝心聚力谋发展,砥砺奋进铸辉煌
遭遇用工荒?无人化操作的智能钻机解决您的难题