Golder and Associates wzmacnia jeden z największych na świecie podmorskich tuneli TBM na nowo zrekultywowanym terenie.
Staranne modelowanie z wykorzystaniem aplikacji geotechnicznych firmy Bentley zapewniło jakość, bezpieczeństwo i 120-letnią żywotność.
Przyspieszenie transportu w Hongkongu dzięki przeprawie pod oceanem
Aby usprawnić transport drogowy w Hongkongu, władze lokalne podjęły decyzję o budowie połączenia Tuen Mun-Chek Lap Kok (TMCLKL).
Ta droga łączy Nowe Terytoria Północno-Zachodnie, Przejście Graniczne Hongkongu (BCF), Most Hongkong – Zhuhai – Makau, Międzynarodowy Port Lotniczy w Hongkongu i Północny Lantau.
Projekt TMCLKL musiał uwzględniać istniejące drogi, linię brzegową i 55-kilometrowy most Hongkong – Zhuhai – Makau, który obejmuje mosty wantowe, cztery sztuczne wyspy i tunel podmorski.
W rezultacie TMCLKL musiał obejmować dwupasmowy tunel podmorski o rekordowej głębokości 55 metrów pod powierzchnią, długości 4,1 kilometra i całkowitym koszcie budowy 6,1 miliarda dolarów.
Projekt geotechniczny oraz analiza dwóch tuneli w południowym miejscu wyjścia na ląd w ramach rekultywacji BCF, przeprowadzona przez Golder Associates Hong Kong, wymagałaby użycia jednej z największych na świecie maszyn do drążenia tuneli, z wiertłem o średnicy 17,6 metra, a także dwóch mniejszych maszyn do drążenia tuneli, które wykorzystują wiertła o średnicy 14 metrów.
Firma Golder Associates wykorzystała aplikacje firmy Bentley do zarządzania informacjami geotechnicznymi, takie jak gINT i HoleBase, do przetworzenia setek odwiertów, badań terenowych i testów laboratoryjnych.
Znacznie mniejsza maszyna do drążenia tuneli, z wiertłem o średnicy 3,6 metra, miała wywiercić łącznie 57 przejść poprzecznych.
Ułożenie tuneli w miejscu południowego wyjścia na ląd wymagałoby od Golder Associates przejścia pod falochronami wspartymi na kamiennych kolumnach, pod budynkiem wentylacyjnym, w pobliżu połączeń z szybami wentylacyjnymi oraz wokół złożonych warunków geologicznych.
Dodatkowo, ciśnienie wody byłoby wysokie, ponieważ odległość od poziomu gruntu do szczytu tunelu wahała się od 28 do 42 metrów.
Sytuacje te stwarzały liczne wyzwania geotechniczne, które zespół projektowy musiał pokonać.
Tunelowanie przez złożone warunki geologiczne w miejscu południowego wyjścia na ląd
Warunki gruntowe w miejscu południowego wyjścia na ląd obejmują nasyp podścielony miękkimi osadami morskimi, aluwium, całkowicie rozłożony granit i skały. Poziom tunelu znajduje się w warstwach gliny aluwialnej i piasku.
Ponieważ rekultywacja południowego wyjścia na ląd została wykonana niedawno, w latach 2013–2015, firma Golder Associates musiała uwzględnić wszelkie resztkowe zagęszczenia i osiadanie warstw gliny podczas prac nad projektem geotechnicznym i konstrukcyjnym obudowy tunelu segmentowego, przebiegającego poniżej południowego wyjścia na ląd.
Jednym z kryteriów projektowych było resztkowe osiadanie mniejsze niż 500 milimetrów w projektowanym okresie eksploatacji wynoszącym 120 lat.
Kolejnym powodem, dla którego firma Golder Associates wiedziała, że tradycyjne metody geotechniczne będą niewystarczające, było drążenie tunelu, które musieli wykonać w ramach tego projektu.
Podczas drążenia tunelu w nowym miejscu rekultywacji przy południowym wyjściu na ląd, ciśnienie szlamu musiało być utrzymywane na wystarczająco wysokim poziomie, aby zapewnić stabilność czoła tunelu i osiągnąć projektowany współczynnik utraty objętości mniejszy niż 2%. Rzeczywiste zmierzone współczynniki utraty objętości spowodowane drążeniem tunelu wynosiły zazwyczaj mniej niż 1%.
Barrety zostały zainstalowane na liniach sprężystych tunelu o zoptymalizowanej długości i odstępach wzdłuż przebiegu tunelu, co pozwoliło utrzymać owalizację tunelu na poziomie mniejszym niż 1% jego średnicy przez cały okres jego eksploatacji.
Prognozowanie zachowania się gruntu i osiadania
Po uwzględnieniu złożoności i zakresu projektu, firma Golder Associates wybrała aplikacje firmy Bentley do zaprojektowania tego wymagającego projektu tunelowania.
Wykorzystano PLAXIS 2D i PLAXIS 3D jako główne aplikacje ze względu na ich wszechstronność i udokumentowane osiągnięcia w modelowaniu problemów interakcji grunt-konstrukcja.
Model Soft Soil Creep został wykorzystany do prognozowania osiadania pełzającego w warstwach gliny, gdzie parametry wejściowe zostały skalibrowane za pomocą dedykowanych, wysokiej jakości terenowych i laboratoryjnych badań gruntu.
W przypadku innych gruntów, model Hardening Soil Small został wykorzystany do modelowania degradacji sztywności gruntu przy bardzo małym odkształceniu i do przewidywania bardziej realistycznego ruchu gruntu w wyniku odciążenia podczas drążenia tunelu.
Te zaawansowane modele konstytutywne gruntu – w połączeniu z modelowaniem drążenia tunelu w 2D i 3D – pozwoliły na stworzenie projektu, który spełniał wymagane ciśnienie zawiesiny w powierzchni czołowej TBM, aby zachować stabilność.
Projekt zapewni również firmie Golder Associates kontrolę nad ruchami gruntu i optymalizację baret podtrzymujących tunele pod względem rozmiaru, odstępów i długości.
Zespół był w stanie zaprojektować również wjazd i wyjazd głównej maszyny TBM z i do szybów oraz przyległych tuneli wykopanych metodą odkrywkową, a także wjazd i wyjazd mini maszyny TBM w celu budowy przejść poprzecznych między dwoma głównymi tunelami.
Interpretując i zarządzając informacjami na temat złożonych warunków gruntowych w miejscu rekultywacji południowego wyjścia na ląd, firma Golder Associates wykorzystała gINT i HoleBASE do przetworzenia setek odwiertów, badań terenowych i laboratoryjnych
W wyniku tej praktyki powstały modele geologiczne w 2D i 3D, przekroje geologiczne oraz plany konturowe, które zostały wykorzystane w projekcie geotechnicznym. Firma wykorzystała również MicroStation do tworzenia rysunków technicznych na potrzeby budowy.
Zapewnienie bezpieczeństwa i jakości przy jednoczesnym obniżeniu kosztów
Dzięki przeprowadzeniu analiz czułości i analiz parametrycznych w oprogramowaniu PLAXIS 3D, firmie Golder Associates udało się zmniejszyć liczbę baret potrzebnych do kontroli owalizacji tunelu ze 158 do 106, a 46 z nich skrócono z 19,2 metra do 16,4 metra
Ta optymalizacja pozwoliła zaoszczędzić około dwóch miesięcy budowy, zredukować emisję dwutlenku węgla o 1500 ton i zaoszczędzić 16 milionów dolarów. Zespół był w stanie udostępnić wysokiej jakości, kompleksowe dane z monitoringu oprzyrządowania przed, w trakcie i po budowie tunelu.
Zmierzone osiadania gruntu, przemieszczenia poziome, ciśnienie wody porowej i odkształcenia obudowy tunelu były generalnie zgodne z przewidywaniami i/lub niższe.
Dzięki wykorzystaniu cyfrowych przepływów pracy do zarządzania informacjami, analiz i modelowania z wykorzystaniem aplikacji Bentley, firma Golder Associates pomogła w uruchomieniu projektu drogowego TMCLKL 27 grudnia 2020 r
Nowy tunel skraca dystans podróży między Północno-Zachodnimi Terytoriami a Międzynarodowym Portem Lotniczym w Hongkongu o 22 kilometry, skracając czas podróży z 30 do 10 minut
