厦门翔安海底隧道和广州地铁工程调研课程论文Word格式文档下载.docx

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摘要：

介绍厦门翔安海底隧道和广州地铁二号线、三号线、五号线以及广佛线在设计施工过程中遇到的一些问题以及相关的处理方法。

总结相关类型隧道设计施工的方法，以及相关的经验教训。

关键词：

翔安海底隧道、暗挖钻爆法、防水措施、地铁、盾构法

一、厦门翔安海底隧道工程调研

1.1项目概况

图1翔安海底隧道

厦门东通道（翔安隧道）工程是厦门市本岛第六条进出岛公路通道，连接厦门市本岛和大陆架翔安区。

是一项规模宏大的跨海工程，工程全长8.695km，其中海底隧道长6.05km，跨越海域宽约4200m，是我国大陆地区第一座海底隧道。

计算行车速度80Km/h，贯通后，厦门岛与翔安区的车程将由1个半小时，缩短至8分钟，大大推动海峡西岸经济区的开发建设。

该隧道2005年9月开工，工程概算约31.97亿元。

2009年11月5日，经过4年多的建设全线贯通。

2010年4月27日凌晨12时，国内首条海底隧道福建厦门翔安隧道正式通车。

厦门翔安隧道是国内第一座海底隧道，它规模大、标准多、经验少、难度高。

采用钻爆法暗挖方案修建，隧道最深处位于海平面下约70m，最大纵坡3%。

施工地质条件复杂，大不良地质段包括软弱围岩、富水砂层、风化槽群（囊）；

开挖断面大，行车主洞开挖断面面积达170.7m2，绝对是世界上开挖断面最大的海底隧道；

海底施工地下水处理难度大，水压较高、富水，防排水要求高，施工堵水、注浆加固难度大；

施工风险大（涌水、塌方），由于头顶着一片汪洋大海，一旦出现涌水、围岩大变形、塌方、地表沉降开裂、岩石裂隙扩张等现象时，后果不堪设想；

工程耐久性要求高，由于长年在海水中浸泡，要求具有100年使用寿命的高抗海蚀结构。

它不同与其他山岭隧道的显著特点，成为中国隧道施工领域的窗口工程，更是全世界瞩目的工程，将起到里程碑式的作用。

翔安隧道为设置服务隧道的三孔隧道。

主隧道内轮廓采用多心圆形式，经济合理。

图2隧道断面示意

服务主隧道采用受力合理的似圆形断面形式，洞体上方预留检修车辆兼逃生空间，洞体下方内设置供水自来管道预留空间和22万伏特高压电缆预留空间。

主洞隧道建筑限界净宽13.50m，净高5.0m。

服务隧道建筑限界净宽6.5m，净高6m。

主洞隧道测设线间距为52m，服务隧道与主洞隧道净间距为22m。

考虑隧道施工的难度和风险性，以及运营期的交通量组成、通风方式、存在服务隧道等因素，根据安全要求设置了12处行人横洞、5处行车横洞。

结合隧道两端的地质情况、通风要求，分别在左右主隧道顶设置两处通风竖井。

通风塔是隧道工程特有的、唯一高耸地面的建筑物，将进行专门的景观设计，使其成为厦门翔安海底隧道的标志。

隧道洞口段主要包括：

洞门，遮光棚，明洞边坡开挖与防护，明洞。

1.2施工方法

厦门翔安海底隧道是国家“863”计划专题项目的重点工程，由中国自主设计、施工建设。

隧道地质条件复杂，建设中相继遇到了全强风化地层、透水砂层、风化深槽等三道世界性难题。

工程场区以燕山早期花岗岩及中粗粒黑云母花岗闪长岩为主，穿插辉绿岩、二长岩、闪长玢岩等喜山期岩脉，隧道海域段需穿越四处全强风化深槽破碎带。

图3翔安海底隧道纵断面图（左线）

1.2.1全强风化地层

翔安隧道两端陆域部分是在全强风化层下挖隧道。

全强风化层，通俗地说就是泥土。

由于泥土缺乏足够的支撑力，类似翔安隧道断面这么大的隧道，如果全洞一次性开挖掘进，塌方的风险就非常大。

针对土层施工，工程人员在主隧道采用了CRD四部工法和双侧壁导坑法施工。

这两种办法都是将大断面分解成若干个小断面依序进行挖掘与支护，松软土层的压力得以巧妙地分解。

相对于CRD法，采用双侧壁法开挖隧道引起的沉降量较小，水平位移较大。

总的来说，采用这2种工法时引起的隧道变形相差不是很大，都能较好地控制地层的变形。

厦门翔安隧道A1标，A3标均采用交叉中隔壁法（CRD）施工；

A2标因地表沉降较大，由CRD法改为双侧壁法施工。

图4双侧壁法示意图图5CRD法示意图

1.2.1.1控制变形的辅助措施的研究：

1）快速封闭

在采用CRD法施工时，临时仰拱对抑制初期结构的下沉和水平位移起关键作用，应尽早施作临时仰拱，形成闭合支护结构。

2）控制台阶长度

隧道在采用CRD法施工时，在CRD1部和CRD3部均布置了拱顶下沉测点，拱顶下沉时态曲线模型见右图。

拱顶下沉由分段曲线组成，总体呈台阶状上升，正常情况下最后趋于稳定。

每条曲线分布多个反弯点，每个反弯点和图6拱顶下沉时态曲线模型后曲线

后续施工分部通过该监测断面有关；

曲线中的上反弯点基本出现在分部开挖面到达监测断面前5m左右，当分部开挖面经过该监测断面10m呈现明显的收敛趋势，即下半断面施工部开挖对隧道变形有显著影响的范围一般是该开挖面前方5m至后方10m的范围；

曲线中的下反弯点与开挖分部仰拱闭合相对应，即仰拱闭合对控制拱顶下沉十分关键。

3）初期支护背后及时径向充填注浆加固

拱部衬砌与地层之间的间隙应及时注浆填充，进行初期支护背后径向充填注浆加固，可以改良初支背后围岩，增强初支与围岩的密贴程度，提高围岩和初支的承载力和自稳力，控制沉降和变形，通常是滞后工作面3m左右，在拱部左右45°

处埋设注浆管，当喷好混凝土1d后即可填充，否则可能增加30~40mm的沉降值。

4）设置锁脚锚管

每榀工字钢在距离临时仰拱或仰拱1m高处打入两对共4根φ42中空注浆锁脚锚管，两对锚管上下间距0.75m。

锁脚锚管以45°

打入，中隔墙上的锚管在后续开挖时拆除，这可以减小开挖中的整体下沉。

加锁脚锚管后，1部和3部拱顶下沉分别减小15.9%和17.8%，上部水平收敛略有增大，下部水平收敛减小了12.2%。

这表明采用锁脚锚管可以减小拱顶下沉和下部水平收敛。

5）及时抽排拱脚积水

对于强风化花岗岩，含水量对于其力学性能有很大影响，一般而言，含水量增加，会由于失去由毛细管应力或弱结合水形成的表面黏聚力，使承载力下降，同时含水量的增加也会使土的内摩擦角减小；

含水量增加还使土有效重度减小从而降低了土的承载力。

因此，及时抽排拱脚积水，减轻基底浸泡弱化引起沉降量的增加。

6）钢拱架拱脚设置垫块

为了控制拱顶下沉，在软土隧道施工中通常在钢拱架拱脚增加刚性垫块，以增大拱脚作用面积，分散拱脚集中作用力。

拱脚垫块材料通常用混凝土块或方木块。

7）仰拱注浆

对于支护封闭后出现整体下沉的情况，一般采用注浆加固方法，加固范围一般在仰拱下部1.5m。

仰拱注浆后1部和3部拱顶下沉分别减小16%和20.5%，上下部水平收敛变化较小。

这表明采用仰拱注浆可以在一定程度上减小拱顶下沉，但对水平收敛影响较小。

在松软土层的隧道施工，需要随时对已挖掘的隧道进行支撑和保护，施工进度一般只能达到每天1米，而在岩层施工，因为岩层支撑能力好，一天可以达到10米。

翔安隧道采用的施工技术每天能掘进1至1.5米，与国内类似工程相比，其进度是相当快的。

为加快进度，施工方在隧道两端的浅滩地段修筑了直径约100米的人工岛，从上往下开挖竖井直至主洞处。

挖一个井增加了两个作业面，施工方就能从土层两端同时掘进。

而这两个竖井还将成为隧道的通风井。

1.2.2、透水砂层

隧道翔安端的浅滩段还存在一段450米长的透水砂层。

砂层就像一块巨大的海绵，一端在陆地一段在海里，砂粒之间充满了水。

在这样的地方挖隧道，存在严重的涌水、塌方、透砂风险。

设计方案为高压旋喷桩注浆，构成洞室外的止水帷幕。

通过抽芯试验对试桩成桩直径、强度及渗透性进行检测。

结果显示各项指标未能满足设计要求。

对此，工程人员结合工程实际采用了不同于原设计的新方案。

地表技术方案：

“防渗地下连续墙+降水井”封闭、疏干减压相配合措施；

洞内施工方案：

采用CRD工法超前支护、注浆加改良相结合措施。

施工中整体来说疏干防渗效果是成功的，基本保证了三个洞室开挖初支少水和无水作业，但还有少数降水井连续抽水始终抽不干，因而根据抽不干水井的里程在进入该里程前就加强超前支护，采用图7掌子面泥塑状不稳定

小导管预注浆施工技术，并进行了注浆试验。

经过试验数据的声波检测和数据结果显示，注浆之后砂层的横波速、动弹性模量均得到提高，砂层加固效果明显。

所谓“防渗地下连续墙+降水井”的办法，即切断砂层与海水的连通，再把砂层里的水排干。

首先，施工人员在砂层上方的滩涂填筑围堰，使滩涂成为真正的陆地；

然后，在隧道上方地表划定一个长方形的工作面，沿着工作面四周深挖壕沟至砂层下，用混凝土造出隔水墙，将砂层与海水隔开。

工程人员在工作面内挖掘了189口深井，砂层中的水便沿着砂粒间的缝隙流入这些井里，接着被抽离。

透水砂层里没了水，涌水难题也就迎刃而解了。

1.2.3风化深槽

穿越透水砂层后，隧道施工就来到了海底花冈岩层。

其实，在全岩层挖掘隧道是较为安全和快速的，但海底岩层的风化深槽却让工程遭遇了最大的施工挑战。

风化深槽是海底岩层因风化作用形成的深坑，就像一只嵌在岩石中的V型水缸，下半部装满了淤泥沙石。

风化深槽竖直地嵌入岩层，与海水相通，一旦施工不慎，就像在几十米的海水下把隧道撕开了一个口子，整条隧道都有报废的危险。

穿越风化深槽的难度之大、风险之大为国内外罕见。

施工人员曾经朝风化深槽里钻了个探测孔，取出岩芯一看，竟是一摊混着海水的黄褐色烂泥，甚至一些专家都认为不可能再继续挖下去。

因此，四条从几十米到百余米深的海底风化深槽（囊）成了翔安隧道施工的最大障碍。

在借鉴和总结国内外有关工程经验的基础上，众多国内外专家经过反复论证，最终采用全断面预注浆堵水加固方案。

简单地说，就是隧道掘进到达风化深槽前约5米时，在已开掘的隧道尽头（俗称掌子面）修一个平整面，在图8全断面帷幕注浆施工

这个平面上钻出200多个直达风化槽的小孔，通过这些小孔，注浆机将强力速干水泥注入风化槽，几个小时后，前方风化槽的烂泥、碎石就板结成了与岩石硬度相当的水泥块。

下一步钻隧道，就像是在一个巨大的岩石中凿一个孔。

“我们所使用的全断面帷幕注浆技术，是世界上最先进的。

”翔安隧道工程指挥部总监理工程师曾超博士介绍。

工艺难度决定了进度。

“全断面帷幕注浆工艺是十分安全的，缺点是速度太慢，半年能挖100米就很不错，但这种施工方案是完全正确的，急不得。

”中国科学院资深院士、81岁高龄的孙均老先生在施工现场说。

1.2.3.1施工总体方案

1）总体方案原则。

以超前地质预报为前提，帷幕注浆是关键，技术方案是核心。

采取注浆队伍专业、注浆设备先进、质量检测可靠、预案针对性强等措施，达到风险可控。

2）总的指导思想。

认真搞好超前地质预报和围岩变形的监控量测；

严格执行注浆工艺，确保注浆效果；

选择合理的开挖施工方法（预留行车道的台阶法开