事例:ヒマラヤトンネル工学の複合地質学を克服

ヒマラヤトンネルプロジェクトの背景

インドとユーラシアの鉄板の衝突によって形成されるヒマラヤ山脈の範囲は、地質的に若い、活動的な山ベルトです。このプロジェクトは、3,000〜4,500メートルの間の高度で15.2〜kmのツインチューブロードトンネルを構築することを目的としており、前々に隔離された谷間の一年中-気象リンクを提供します。トンネルは、6時間旅行時間を短縮し、燃料消費を削減し、遠隔地の状況の統合を有効にするために設計されました。2014年に建設されたほとんどの地域では、最も有利な地域に直面しました。

地質設定とインシデンシャル調査

プレコンストラクション地質調査には、穴、表面マッピング、地質学的検査が含まれています。しかし、極端な地理的検査と深い過負荷(最大1,900メートル)は、完全な画像を得るために不可能になりました。ロック塊は、主に、断層的なシューティング、グネシス、クオーツ、およびフィライトで構成され、多数のせん断ゾーンと欠陥。メインセントラルスト(MCT)の存在 - 主な機能 - 複雑な構造物が、複雑な構造物に圧力をかけ、高い構造体が、コンクリートの圧力を装備し、コンクリートの圧力を装備しました。

主地質的課題の遭遇

予測不可能なロック動作 - 硬質石英から弱み、通気性のschist への急速な移行は、TMM の詰まりとカッターヘッドの損傷を引き起こしました。
[]高地震[]] - トンネルは、いくつかのアクティブな障害を交差します。建設中に発生した大きさ-7.8地震(2015年4月)は、ポータルエリアに3ヶ月の操業停止と重度の損傷を引き起こします。
] スクイージンググラウンド - 高過負荷と低岩強度のゾーンでは、最大40%削減されたトンネル断面、重鋼セットとショットリートが必要です。
[] 水中侵入 - 予報とフラクチャオオオゾン流は、いくつかのセクションで毎秒150リットルを超える、洪水、地面の喪失、およびTBMの背後にあるスラリーのような条件を導きます。
]高温 - ロック温度は、作業者の安全のための換気と冷却システムを必要とする深さで60 °Cに達しました。

エンジニアリングソリューションの実装

従来のドリルとブラスト(D&B)とトンネルボーリングマシン(TBM)の手法の組み合わせを採用し、広範囲にわたるリアルタイムモニタリングで条件に適応しました。次のイノベーションは重要でした。

高度な地質予測

3D地震イメージング - 対面地震調査(TSP – トンネル地震予測)と地上の浸透レーダー(GPR)は、障害ゾーン、水相耐え難い状況を特定し、150m先までの岩質の変化に使用されます。
リアルタイム地質学的監視 – 連続データを提供したライニングにおけるコンバージェンスメーター、圧力セル、およびサポートクラスの迅速な調整を可能にします。
] 掘削中にGeophysicalロギング - TBMの顔を先導するプローブホールは、水圧と岩の完全性をマップするために、音圧と抵抗のロギングと組み合わせました。

トンネル掘削装置 & 方法適応

2つの12.4-mの直径のハードロックTBMはヒマラヤの条件のためにカスタマイズされました。主な特徴は下記のものを含んでいます:

可変周波数ドライブ[ - TBMが混合された表面条件に遭遇したときにトルクと速度を即座に調整できるようにしました。
高容量カッターヘッド - 粘液粘土の詰まりを抑えながら、硬質石英(UCS最大250MPa)を処理するために、マックリング設計に19インチのディスクカッターを装備。
[]ラピッドレスポンスグリッパー&シールドシステム - 伸縮シールドは、スチールアーチを取り付けながら、瞬時にシールドを引き起こすことで、TBMがスクイーズゾーンで動作を維持できるようにしました。
連続発泡アースコンディショニング – 混合地面にトルクを削減し、シールドテールリング操作中に水侵入を最小限に抑えます。

D&Bセクション(全長約4km)では、トンネルプロファイルは、複数の-driftメソッド(トップヘッディング、ベンチ、反転)を使用して、シーケンシャルの掘削で構築されました。スチールセット0.5〜1.0 m間隔、250 mmのスチール-ファイバ強化ショットリート、6 mフォアポール/フララは弱い岩を安定させるために使用しました。フルフェイスの掘削は、ロックの質量評価(RMR)が60を超える場合にのみ可能でした。

地上支援・地震設計

トンネルライニングは複合システムとして設計されました:第一次サポート(ショットリート+格子のガードラーまたは鋼鉄肋骨+ロックボルト)は、永久的な鋳造物の‐場所によって補強されたコンクリート内部のライニング、過負荷に応じて厚さ0.3 mから0.6 mの後に続きます。主な革新:

] 溶接ロックボルト[ - スクイーズセクションでは、ヘッドとデボンドボルト(ダイワダグ/スウィンドンタイプ)は、ボルトの故障なしで制御変形を許可しました。
]変形性ショットリートレイヤー – A 100-mm “犠牲”レイヤーがインストールされ、メイン構造のライニングがキャストされる前にひび割れ、変形するように設計されました。
] 地震エネルギー吸収ジョイント - トンネルに沿って12mごとに、水密性を損なうことなく、地震の変位を最大150mmまで収容する柔軟なジョイントが設置されました。
[排水ブランケット - 内部ライニング制御水圧の背後にあるジオコンポジット排水層と最終的なシェルの静水荷重を防止します。

イノベーションとテクノロジーの展開

スタンダードツールキットの向こうに、プロジェクトはいくつかの技術を開拓しました。

リアルタイムデータ統合プラットフォーム

集中監視システムは、TBM、地理工学機器、換気、安全センサーからデータを収集しました。アルゴリズムは、初期のプローブホールデータで訓練された機械学習モデルを使用して、異常と予測された地上動作24時間前を強調しました。これにより、エンジニアは、排卵パラメータを変更したり、条件が劣化する前に追加のサポートをインストールすることを許可しました。

高機能材料

コンクリートミックスには、無水層(硫酸〜リッチ、塩化物〜ベアリング)で高い耐久性を達成するために、無水ケイ酸ヒューム、ポリプロピレン繊維、および収縮-減少の混和剤が含まれています。鋼繊維(40 kg / m3)は、多くのショットリートゾーンで従来のメッシュ補強を交換し、建設時間を切断し、延性を改善しました。

自動マック処理&換気

スチール・コア・ベルト・トランスポート・マッキャ15kmを最大1,200t/hまでのレートで輸送した連続コンベアシステム。コンベアは、リアルタイムガスセンサー(CO、NOx、メタン)に基づいてエアフローを調整する換気システムと統合しました。ホットゾーン(ロック温度>50 °C)では、チラーは、作業者の快適性を維持するエア冷却を提供しました。

プロジェクトアウトカム&パフォーマンス

トンネルは、2015年の地震と予期しない障害ゾーンによる予定の約2年後に、総建設期間が8年後に完了しました。しかし、約1.8億米ドルの最終費用は、初期見積の10パーセント以内でした。安全性能は例外的でした。2つの死亡率が発生した(岩場による1つ、運搬事故による1つ) - 百万人あたりの0.2死亡率、ハイマレープロジェクトのための業界標準下まで。

運用上のメリットは既に実現されています。トンネルは、8時間から2時間以内の2つの谷間の旅行時間を短縮し、年間25万リットルの年間燃料を削減します。このルートは、モンスーンの土地が数週間前に表面道路を閉鎖したにもかかわらず、年間365日オープンしています。地域における経済活動は、開封後2年間で30%増加しました。

レッスンで学ぶ& 将来の影響

今回のプロジェクトでは、高地質・リスク・トンネルの学習に欠かせないレッスンを実施しています。

[]] 全体に詳細なサイト調査を行なう - 山の面アクセス制限は、この挑戦をしますが、深い穴、微小孔、および指向のコアロギングの組み合わせは不可欠です。ヘリコプターポータブルリグの使用は、カバレッジを増やすことができます。
[迅速なアップグレードが可能な柔軟なサポートシステムの設計 – 日中TBMからD&Bへの歩留まりサポートをインストールし、大きな利点だった。 15〜20の地上タイプで「サポートクラスマトリクス」があらかじめ定義されるべきである。
[] は、小数点の故障モードを避け、ダクタイルライニングコンポーネント(スチールファイバー、変形可能なジョイント)を使用して、大地震後の操作を行えるようにします。

] 文化を発掘しながら学習を割り当てる - リアルタイム監視プラットフォームは、各障害ゾーンを文書化し、その後の発掘セクションに知識をフィードし、未知のものを減らすことを可能にします。

[ 水中侵入を第一次危険として計画する - 顔(Ahead-of-Face Grouting、AOFG)の先を溝入れ、マイクロファインセメントと化学的溝が最悪のゾーンで90%の流入を削減する。専用の溝入れチームは24時間利用可能である必要があります。

プロジェクトの目的は、300-kmレールリンクや複数の水力発電トンネルを含む、他の野心的なヒマラヤインフラの参考事例として、このプロジェクトは、このようなプロジェクトが、困難地で最高の練習として、それに引用しています。

コンテンツ

Himalayanトンネルプロジェクトは、地質工学のランドマーク的な成果として立っています。高度なサイト調査、堅牢で適応可能なサポートシステム、革新的なTBM設計、およびデータ主導の意思決定のアプローチを組み合わせることにより、チームは地球上で最も困難な地質的な条件のいくつかをうまくナビゲートしました。このトンネルは、遠隔コミュニティのための重要なライフラインとして機能し、tectonical活動的な山帯域の将来のインフラのためのモデルとして機能します。授業は、特に柔軟性、リアルタイム監視、および世界的な技術に関する知識の知識の知識の知識の知識を習得することの重要性を重要視しています。

ヒマラヤトンネルの厳しい地質技術リスク管理に関するさらなる読書については、トンネルオンライン記事] と詳細の検索結果を参照してください。専門会社(ESF) のレポート[ は、計測アプローチをカバーします。