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钻爆法修建海底隧道的关键技术分析
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官方公共微信1．适用于各种地质条件和地下水条件。
2．具有适合各种断面形式（单线、双线及多线、车站等）和变化断面（过渡段、多断面等）的高度灵活性。
3．通过分部开挖和辅助，可以有效地控制地表下沉和坍塌。
4．与盾构法比较，在较短的开挖地段使用，也很经济。
5．与掘进机法比较，对围岩匀质性质无要求。
6．与明挖法比较，可以极大地减少对地面交通和商业活动的影响．避免大量的拆迁。
7．从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。【】 责任编辑：soso
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于水底隧道沉管压载水箱协调控制方法的设计的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：武汉理工大学硕士学位论文摘要‘水底隧道逐步成为跨越航运繁忙河道和连接陆地交通的第一选择。在各种修建水底隧道的工法中,沉管法因其显著的优越性在目前运用的非常多。这种工法包含复杂的水中作业,如管段的浮运、沉放,保障这一过程的顺利完成关系到整个沉管隧道工程的进度和质量。管段在沉放过程时由于受到风浪的影响,姿态会不断发生变化,为了保证管段在对接时的偏差在允许范围内,即保证完美对接不漏水,传统的沉放方法是运用三维定位测量持续不断提供管段的位置和姿态数据,再通过人工控制调节管段上端的钢索和预先设置在沉管内部的水箱内的进出水量来调整管段姿态。这种方法耗时较长,且需要更多的人力物力和财力。因此,研究开发一种沉管在沉放过程中的自动平衡的方法具有很重要的意义。目前,对于沉管水箱系统的研究集中于用来人工进行控制,专门针对各个水箱之间的协调关系而进行研究的工作少之又少。本文以武汉长江的地理位置为背景,在参考相关文献的基础上,设计了因地制宜的管段数量、形状和规格,水箱尺寸和数量。以此为基础,在协调各个水箱之间的耦合关系时引入协调控制的思想,建立了沉管水箱协调控制系统的整个框架。在解决沉管水箱系统在沉放过程中扰动多难以建立数学模型的问题时,提出了模糊逻辑控制实现方法。利用操作者的长期累积的经验值,结合各个水箱在沉管中位置不同所以对沉管姿态作用不同的特性,分别设计了三个不同的模糊控制器,并建立了其对应的沉管水箱控制系统的数学模型。在模糊控制器的设计中,根据不同控制精度的要求设计了不同隶属度函数和控制规则,让每个水箱系统各尽其职的完成工作。模糊控制器的设计主要由输入量的模糊化、模糊控制规则的生成、模糊判决等三部分组成,本文采用了MATLAB软件中的图形界面(GUI)来完成模糊控制器的设计。通过对沉管水箱协调控制系统的仿真,发现系统能够达到较好的控制性能,能基本保证对接的精确度要求。这种方法是一种尝试,对沉管沉放方案的设计能提供些许的参考价值。关键词:沉管;沉放;协调控制;模糊控制;MATLAB武汉理工大学硕士学位论文AbstractTunnels al'e good solutions to transportation problems in large cities separatedby large rivers.Immersed Tube Tunnel(I田is a principal choice because of itsunique advantage in the currently existing construction way.Above-water operationof tunnel elements is a key step of nT construction,and which plex and Canbe divided into element tugging,immersing and SO on.The posture of immersedtube will constantly change due to the influence ofwind and the waves when sinking.In order to ensure the deviation in the allowable range,or ensure perfect docking notleaking when join.The traditional method of sinking is use three-dimensionalposition measurement to provide continuous position and attitude data of tubeelements,and then adjust upper wire and the water capacity in the water tank inartificial control in order to change the tube elements posture.This method needmore time and requires more man power.Therefore,the research of a method toself-balance in the tugging and immersing is very important.The system of tube elements water tank in the immersing are controlled byArtificially control usually in current,few studies in coordination between thevarious tanks.’‘’In this thesis,‘Yangtze River in‘Wuhan is chosen as the Geographicalbackground,on the basis of relevant literature,specifications of the tube,tank sizeand tank quantity are designed.And introduction of the idea coordinated controlhelps to establish a sinking tank the entire framework of coordinated control system.Meanwhile,in order to solve the problem of establishing a mathematical model,fuzzy logic control method is applied in it,three different fuzzy controllers aredesigned in this paper.Through the empirical value established immersed tube tankcoordinated control system mathematical model.In the design of fuzzy controller,depending on the control precision to design a different membership functions andcontrol rules,SO that each tank system for the edifying of pletion of the work.Mainly by the fuzzy controller design of fuzzy input,the generation of fuzzy controlrules,fuzzy posed of three parts,we use MATLAB’S graphical USern武汉理工大学硕士学位论文interface software(GUD plete the fuzzy controller.Through the immersed tube water tank control system simulation,found thatthe system can achieve better control performance canbasically guarantee uracy of control requirements.This approach is just all attempt,which canprovide some reference value in design tube immersing plan.Key words:tMATLABIII武汉理工大学硕士学位论文1.1沉管隧道的概述第1章绪论地球上存在着大面积的江河湖海,将便于人类沟通的陆地分成一块块的区域,这样就给交通和文化方面的交流带来一些阻碍。为了解决这些不便利的因素,人类采用了很多方法,如船运、修建桥梁、建造隧道等。这其中,船运有很大的局限性,因为气象条件对它的顺利航行有很大的影响,同时它的路线比较曲折,不是一步到位,还需要人员转运物资,就造成了很多麻烦。而桥梁的建造中,通航净空高度往往会对跨江桥梁的高度产生限制,同样天气情况对它也有很大的干扰,在大风期间桥梁往往会被关闭。比起前面两种方式,水底隧道是一种较隐蔽的工程,它不暴露在空气中,所以不受恶劣的天气影响,也不怕被船撞破,不影响航运。由此可见,水底隧道在当今诸多的水上交通方法中有它独到的优势,已逐步成为跨越江河湖海的新方式。它不仅能很好的解决水域的跨越问题,还能降低对周围环境的影响,成为工程界普遍认同的跨越航运繁忙的河道的第一选择fl】。目前修建水底隧道的主要方法有:钻爆法、盾构法、沉管法和明挖法等。这些方法具有不同的适用范围:在水下岩层中修建隧道,一般采用钻爆法;在水下松软地层中修建隧道常常使用盾构法;明挖法修建水下隧道需截流改河,分段地进行。采用这种方法修建隧道,防水问题较易处理,但隧道洞身处在软弱地基上,要采取防止上浮的措施;在海港城市或有条件的地方,用沉管法修建水下隧道是很合宜的。其优点可使大部分地下工程移到地面上进行,改善了作业条件。其中,沉管法和盾构法是经常使用的两种方法。因为它们的建造不需要特别考虑水下的地质条件,可以广泛使用。相比盾构法,沉管法施工质量高、工程造价低、施工安全性高,所以沉管法已逐步成为修建水底隧道首要选择的方法。1.1.1沉管隧道的定义沉管法就是:首先在江河湖海中挖好沟槽,再在专门的干坞中按照事先设计的材料、形状和规格预制沉管管段。管段的两头为了防止进水用临时的隔墙武汉理工大学硕士学位论文密封,舾装后浮运到隧址位置的上方,慢慢沉放在沟槽中,用水力压接法拼装成一体。然后回填砂石把沉管管段埋到原来的地基中【2】。水底沉管隧道的断面结构包括了管段基槽、基础、管段和覆盖层等几个部分。若按沉管管段的布局来分,可分为单孔的或多孔的管段;按沉管管段的断面形状来划分,可以是矩形管段、圆形管段或是这两种组合的组合形管段;按建筑材料可将沉管管段划分为两种,分别是为钢壳混凝土和钢筋混凝土管段;如图1.1所示是管段的各种形式:伉‘i\:飞K. 溯tJ图1.1 分别为圆形(单孔式)、矩形(组合式)、混合形(组合式)1.1.2沉管隧道施工流程沉管法施工的一般工艺流程如下图1.2所示,其中管段制作、基槽浚挖、管段的沉放与水下连接、管段基础处理、回填覆盖是施工的主体。武汉理工大学硕士学位论文篓H溜按时卜一盏冒千坞l l”“墓糟浚挖l瞄时支座设鼹警段出坞、浮运、磊泊援救与连接墓确:魅理圈填覆羹内部安装与楚罄竣工图1.2沉管法施工工艺流程其中与管段息息相关的几个步骤有干坞的设计、管段的制作、沉管隧道的浚挖、管段的出坞、管段的浮运、管段的沉放、管段的水下连接f31。各个步骤的具体施工内容如下。干坞的设计:预制隧道管段是在干坞中进行的,干坞是一种水池式的建筑,坞底的深度小于水面。一般在修建矩形沉管隧道时一定会建造干坞,往往是选择在离隧址不远的地方挖一块低洼的场地作为干坞[41。干坞只有在修建沉管隧道的时候才会出现,当工程完成之后就会将它填平。干坞设计包括干坞形式、位置的选择,深度、面积等规模大小的确定,坞坡、坞底、坞首、坞门结构的设计等。管段的制作:沉管管段是在地面上建造的,因此它跟其它大型钢筋混凝土结构的物件所采用的技术和工艺都是基本相同的。沉管管段制作完成后要经历浮运沉放等作业流程,然后被沉埋在已挖好的隧址中,所以沉管管段的对称性和水密性需要达到一个相当的标准。管段的顺利浮运和下沉操作还要借助端封墙和压载设施来共同保证。沉管隧道的浚挖:沉管隧道的浚挖工作一般有沉管的基槽浚挖、航道临时改线浚挖、出坞航道浚挖、浮运管段线路浚挖、舾装泊位浚挖。管段的出坞:管段在干坞中预制好、沉管基槽开挖及基础处理好后便可进行管段的出坞、浮运、沉放与水下连接工作,是沉管隧道难度最大的一道工序。管段在干坞内预制完毕后,安装了全部浮运、沉放及水下对接的施工附属设备设施后,就可向干坞内灌水,使预制管段在坞内逐渐浮起,直到坞内外水位平衡为止,打开坞门或破坞堤,由布置在干坞坞顶的绞车将管段逐节牵引出坞。上浮时要利用干坞四周预先布设的锚位,用地锚绳索对管段进行控制。管3武汉理工大学硕士学位论文段出坞后,先在坞口系泊。分次预制管段时,也可在拖运航道边临时选一个水域抛锚系泊。管段在坞内起浮前应对压载水仓注水调平,安装好系缆柱、缆绳导轮等。起浮时要逐步排出压载仓内的水,保证管段慢慢安全地起浮。多管段一次预制时,可按出坞浮运地顺序一节一节地起浮。起浮后,管段的一侧可利用干坞的系缆柱系泊,另一侧可利用尚未起浮的管段系缆绳,要确保起浮的管段平稳无漂移。如采用双吊驳吊沉管段,则需将双吊驳对着坞口中线在坞口附近系泊好。管段通过绞车系泊缆绳系统逐步牵引出坞。出坞作业应选在海水高潮的平潮前半小时进行。管段的浮运:将管段从存泊区(或干坞)拖运到沉放位置的过程叫浮运【51。管段浮运可采用拖轮拖运或岸上绞车拖运,具体浮运方式很多。当水面较宽,拖运距离较长时,一般采用拖轮拖运。水面较窄时,可在岸上设置绞车拖运。管段浮运到沉放位置后,要转向或平移,对准隧道中线待沉。管段的沉放:管段的沉放在整个沉管隧道修建过程中占有相当重要的地位。沉放方法有很多种,需根据不同的水文条件、气候条件、航道条件和沉管本身的规模以及设备条件进行合理选择【6】。管段的沉放方式大致分为吊沉法和拉沉法。沉放、对接过程中,管段将不可避免地受到风、浪、流等外力的作用,要保证沉放对接过程中管段的稳定,必须对管段进行牢固的定位。定位作业主要由锚碇系统完成,常用的锚碇方式有“八字型&和“双三角型&。如图1.3、1.4所示)c管◇段】(图1.3八字型锚碇系统图1.4双三角形锚碇系统恶劣的水上气候条件会影响管段沉放和对接工作,应该选择在气候条件允许的时候进行施工,这些条件有明确的规定,例如要满足:风速&gm/s,波浪4武汉理工大学硕士学位论文的高度&0.4m;水的流速&0.5￣o.7m/s,空气的能见度&l 000m等限制条件。沉放作业的步骤一般可分初次下沉、靠拢下沉和着地下沉三个步骤进行,如图1.5所示。图1.5沉管的3次下沉管段的水下连接:管段沉放就位后,还要与已连接好的管段连成一个整体。该项工作在水下进行,故又称水下连接。‘。‘‘很早之前的水下连接采用的是混凝土连接法,随着时间的推移,这种方法的弊病一一展现出来,如操作困难,需要长时间的潜水工作,密封效果不好等等。自上世纪50年代丹麦工程师早加拿大成功研发水力压接法后【71,传统的混凝土连接法逐步被取代。因为水力压接法的优点特别突出,它操作很简单,实时效应好,密封效果经得住时间考验,不再需要大量的潜水工作或者根本不需要。水力压接法以绝对的优势在沉管隧道的修建中普遍采用。1.1.3沉管法评述总的来说,沉管法所具备的优点是很明显的,以下就是沉管法的优势所在:(1)一般的地质和水文条件都能满足沉管隧道修建的环境,施工过程不繁琐,操作易掌握。在软弱的地基上依然可以拔地而起,受地质条件约束较小,武汉理工大学硕士学位论文地基承载力不够强的时候也可以考虑采用此方法,(2)施工工期短,对航运干扰最小,施工质量容易保证。管段在干坞中呈长段预制,沉放连接时间短,对航运干扰次数少、时间短。沉管隧道的主要工序可平行作业,各工序间干扰少,可缩短工期。(3)工程造价较低。沉管隧道的埋深很浅,水底需要进行的土方工程量较小,沉管隧道的长度也相对缩短,造价也因而降低。(4)有利于多车道和大断面布置。沉管隧道的断面既可做成圆形,也可做成矩形或其它形状,十分灵活。(5)接头少、密实度高、隧道防渗效果好。由于沉管隧道的管节比较长,节数少,因而接头数量少。(6)具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。除了以上优点外,如果沉管隧道在施工时,不注意一些原则,将受气象、水文条件的制约,一定程度上影响航运。选择沉管隧道要考虑以下原则:(1)与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调。要保证隧道与两岸所需衔接的道路具有良好的连接。(2)要具备良好的航道条件、河床条件和水文条件。一般选择在河(江)的下游修建沉管隧道。但倘若该河道水流过急,或者水流情况无法确定,河床底部有陷进去的大沟,或者有峭壁,都不符合修建沉管隧道的条件,因为这会给管段的沉放和对接工作造成非常大的阻碍。·一(3)施工条件满足要求。如航道能否有足够的水深和宽度实施浮运、转向和储放;隧址附近有无合适的干坞修建地带等。1.1.4沉管隧道的发展及应用(1)沉管隧道的国外发展状况1810年CharlesWyatt第一次在英国对沉管隧道进行了施工试验,但是由于当时的技术知识有限,关键的防水问题没有得以解决。当时间延伸到19世纪末期,沉管工法才在实际的实施中得以完善。随着1885年自来水管工程在西特奈湾建成,接着1894年美国人在波士顿建成了下水管线,这些仅有2.70 m直径的管段虽然与现在规模宏大的水底隧道无法比拟,但因其原理与现在采用的施工方案是一样的,所以它们就是沉管隧道修建的雏形,对沉管隧道的事业起到了抛砖引玉的作用。6武汉理工大学硕士学位论文世界上第一座沉管隧道,也是极具历史意义的隧道是由美国人在1910年修建。这条隧道穿越美国密执根州底特律河,与加拿大接壤,气势非凡,享誉了很多后人的称赞。它的成功,标志着钢壳管节制成的沉管隧道在现实生活中可行性,并以它为蓝本解决了很多技术方面的难题。有了这个成功的典范,美国随后又在北美洲大兴土木,先后建造了几十座钢壳沉管隧道。而真正的混凝土沉管隧道的建设风气是始于马斯河隧道,它于1942年在荷兰鹿特丹建成。它设计的断面为矩形,材料选择的是混凝土结构,宽度是24.77m,高度是8.39m,为双向二车道,还另外为人和自行专门设置了通道。除此之外通风设备很完善,提高了隧道内的空气质量,显然技术已经很完善。这样一来,沉管隧道的两种类型,钢壳式沉管和混凝土式沉管就应运而生了。1959年,一直停滞不前的对接技术有了突破性的进展,水下压接法在加拿大德迪斯隧道的建造中完美的完成了管段对接任务。与此同时,一直在沉管隧道事业上孜孜不倦的荷兰人发明了Gina止水制引。随着这一难题的解决,沉管隧道施工法慢慢从少数发达国家走向了世界的各个地方。迄今为止,全世界己建成的沉管隧道多达150多座。其中,美国遥遥领先,独占30多座。荷兰和日本紧随其后,也拥有20多座。值得一提的是日本在沉管隧道研究方面也是贡献颇多,自在1944年为大阪地铁网修建的第一座沉管隧道以来,先后推出混凝土法和压浆法,并在抗震方面有其专业的设计。在这些己投入使用的沉管隧道中,沉管隧道的最大水深是50m,最大海水流速是3.0/s,最大长度是5825m,最长管段是268m,最多车道是8车道。..... ....由此可见,国外的一些发达国家很早就将沉管隧道的想法付诸实践,并在一次又一次的成功的例子中完成了技术的重大革新。(2)沉管隧道的国内发展状况相比国外沉管隧道工法的的起步早研究多发展快,我国在这一工法上的起步较晚。但在吸取这么多优秀的技术和经验后,我国沉管隧道法在近一段时间内发展的也是非常迅猛的。自1972年香港做了第一次勇敢的尝试,其建成的城市道路海底隧道穿越了维多利亚港,也激起了我国用沉管法建造水底隧道的热潮。紧随其后的广州也在1974年跃跃欲试,开展了用沉管法建设城市道路水下隧道的深入探讨,在对项目的可行性,设计方案的肯定后,也迈开了兴建的第一步。直至1984年,台湾省高雄市过港沉管海底隧道也众望所归中成功建成并通车。说明我国小型沉管隧道修建技术到此时已发展比较完善,是时候向大型沉管隧道迈进了。7播放器加载中，请稍候...
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南京过江隧道施工可用四种方法 专家已勘查初审
　　日14:53　　扬子晚报
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　　本报讯　引人瞩目的南京过江隧道工程设计方案，经过来自北京、上海等地的15位专家的初审，昨天形成初步共识，但究竟采用何种方式施工尚无定论，并将继续进行研究。这一结果，使人在有些“意外”的同时，更对专家们科学严谨的态度产生敬佩。　　南京段上游过江隧道，将是长江下游也是我省第一条过江隧道，堪称是一项百年工程。专家们在详细研读可行性研究报告、现场勘察后，对开建过江隧道的必要性基本达成一致，认为过江隧道的建设是南京现代化建设发展的大势所趋。　　目前担任研究任务的单位推荐越江工程段采用左汊公铁合建沉管隧道、右汊公路桥梁的设计方案，专家们着重就这一方案可能存在的难题进行反复讨论。如有专家提出越江隧道位于地下，噪声、尘土对周围环境影响小，但隧道通风可能会对大气环境造成影响。有专家提出，因为长江流量大、流速快、河底情况复杂，建设隧道难度也会很大。尤其是三峡水库和今后几年上游金沙江、大渡河、雅砻江十几个大水库建设后，长江河床变化的规律一时还难以完全掌握，这也是建设“万里长江第一隧”面临的最大难题。为此，评审会上，南京市计委专门请来河流冲刷方面的专家，大家共同对过江隧道建设做全面、科学的论证。　　据初审专家组组长、中国工程院院士、总参科技委副主任钱七虎将军介绍，隧道施工有4种方法：钻爆法、盾构法、沉管法及悬浮法。这几种方法各有所长，南京过江隧道预可研报告选择了其中一种方案，最终究竟采取何种方法施工，要等到对长江下游的河底冲刷情况有了明确的掌握再作决断。众专家也一致认为，像这样重大工程一定要做好科学、严谨的论证，以确保安全可靠、万无一失。（薛蓓　祖六四）　　转自搜狐
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