厦门翔安海底隧道.docx

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厦门翔安海底隧道

厦门翔安海底隧道

厦门翔安海底隧道的施工风险评估和变形应对措施

工程简介

厦门东通道（翔安隧道）工程是厦

本岛第六条进出岛公路通道，连接门市

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5km，跨越海域宽约

4200m，是我国大陆地区第一座海底隧

道。

隧道最深处位于海平面下约70m，

最大纵坡3%。

隧道2005年9月开工，

工程概算约31（97亿元。

厦门翔安海底隧道拥有数项世界

罕见难题，建设者们依靠科技进步，加

上自身的努力，一一克服了难题。

据统计，从翔安海底隧道中开挖、弃运土石方约235万立方米，几乎可以将埃及大金字塔塞满。

支护用锚杆、钢架、钢筋网、衬砌钢筋等钢材约5万吨，相当于7座巴黎艾菲尔铁塔。

工程地质、环境及主要施工方案概况工程地质情况:

在路地段为全强风化闪长岩,在地下水

位以下无自稳能力,易崩解。

地下水为陆域地

下水,据其赋存形式分为松散岩类孔隙水、

风化基岩孔隙裂隙水,主要受大气降水的补

给,就近向低洼地排泄,略具承压性,总体

上属于潜水。

地下水水位变化随降雨的频率,

变化剧烈,且有滞后现象。

对钢筋混凝土结

构中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀

性。

工程环境:

厦门地区属亚热带海洋性气候,每年2月到8月为雨季,7月到9月为台风季节。

厦门海域为正规半日潮,最高潮位4.53m,最低潮位-3.30m。

场区内小型水体较多,池塘遍布。

本区段主要场地开阔平坦,运输较方便,水、电、通讯等均可直接引入,但附近居民工厂较多。

主要施工方案:

全强风化层采用拱顶超前小导管预支护及注浆加固,主洞采用CRD法开挖,服务洞开挖采用正台阶法。

衬砌设计应用新奥法原理,采用复合式衬砌:

初期支护由工字钢拱架、双层钢筋网、30cm厚喷射混凝土组成;二次衬砌用55cm厚模筑钢筋混凝土;初期支护与二次衬砌之间铺设防窜流防水板作为防水层。

隧道结构防排水采用全封堵方式,采用分舱的方式对隧道进行分区防水。

在全强风化层施工阶段采用压入式通分方式。

超前地质预报采用综合勘探分析法,水平钻探与物探相结合、钻探与工程类比相结合、水平探孔与孔内地质雷达探测相结合、

掌子面地质素描与短距离钻孔相结合的综合勘探分析法。

施工风险辨识:

根据现场管理人员及相关专家的经验，采用专家调查法和层次分析法分析该工程的主要风险。

该工程的主要风险有:

1.超前支护

（1）注浆材料不当。

使用不恰当的注浆材料,

致使注浆加固无效;拱顶土体未形成加固圈,

导致隧道内进水;拱顶土体坍落,隧道失稳等。

（2）注浆参数不符合要求。

注浆管间距、注浆

压力等注浆参数不符合要求,导致注浆不饱满,

拱顶加固土体存在盲区等;开挖时拱顶土体坍

落,发生突涌水,隧道坍塌等。

（3）顶进长度不足。

导管顶进时不到位,致使

末端土体注浆不饱满,导致拱顶土体坍落等。

2.开挖

导致结构受力不均衡,隧道产生

（1）不合理的开挖顺序。

采用不合理的开挖顺序,

失稳等。

（2）遇到孤石。

隧道开挖时遭遇孤石,爆破时将对土体产生扰动,且会导致隧道施工速度降低,隧道止水困难等。

产生爆炸或其他人生健康和安全问题等。

（3）遇到瓦斯。

开挖时遇到瓦斯,

（4）设备不当。

隧道开挖时使用不恰当的设备,导致隧道施工进度慢,开挖质量差等。

（5）进尺过大。

开挖进尺过大,不能及时封闭成拱,导致掌子面土体坍塌,隧道失稳等。

3.护

（1）成拱时间过长。

初期支护时间过长,不能及时封闭成拱,导致土体坍塌,隧道失稳等。

（2）初支强度不足。

初期支护强度不足,导致隧道变形过大,隧道失稳等。

（3）喷射混凝土质量不达标。

初期支护时,喷射混凝土不密实,存在空洞,喷混凝土质量、厚度不达标,导致隧道渗水,喷层大量开裂,隧道坍塌等。

（4）钢支撑连接处强度不足。

初期支护钢支撑连接板厚度过薄,连接螺栓强度不足等,造成初支大量开裂,隧道失稳等。

（5）二次衬砌质量不达标。

二次衬砌厚度过薄,混凝土防水、防腐不符合要求,施工质量不达标,将影响隧道的使用寿命等。

4.防排水

（1）防水材料质量差。

防水材料达不到隧道防水要求,导致隧道渗水,使用寿命缩短等。

（2）防水板焊接不牢。

防水板之间以及防水板与止水带的焊接不牢,导致二次衬砌部位部分渗水,影响隧道的使用寿命等。

（3）排水能力不足。

排水设备不到位,排水系统失效,排水能力不满足要求,不能及时地排除掌子面积水及隧道涌水,致使隧道地层软化,加剧岩体失稳而坍塌等。

5.环境保护

（1）周边道路、管线及建筑物。

因隧道沉降过大或隧道坍塌,造成周边道路沉降、地下管线损坏,尤其煤气、电力等运输管线,以及周边建筑物倾斜、倒塌等。

（2）地下水系破坏。

由于隧道开挖,造成地下水位下降、地下水遭污染等。

（3）洞内环境差。

由于洞内通风、除尘、降温、降噪等效果不明显,造成尘肺、中暑、职业性噪声聋、眼部灼伤以及电光性眼炎等职业病。

6.他特殊风险

暴雨袭击。

台风暴雨将影响隧道正常施工,造成隧道进水,土层自稳性

（1）台风、

降低等。

（2）地质勘探孔涌水。

前期地质勘探孔由于封堵不密实,钻孔时周围岩体受干扰,完整性变差,施工中可能产生涌水或可能诱发潜在的高压突水。

（3）施工用电、用火不符合要求。

施工用电用火不符合要求,造成漏电、火灾等严重后果。

（4）高空作业。

高空作业产生的各类坠落和坠物,导致人员伤亡等。

（5）施工机械风险。

机械在运输、安装及运行时,发生事故造成财产损失,人员伤害等。

工风险估计:

由于估计的主观性,项目风险管理者或风险专家对项目风险概率及风险损失很难给出精确的大小,而只能给出模糊的大小。

本文运用模糊集理论对风险因素模糊性进行量化。

将风险发生概率P分为5个等级风险损失C分为4个等级（表3）。

表2风险概率分级

级别事件频率可能性发生概率%

A罕有几乎不可能发生<0.1

B难得不怎么可能发生0.1~1

C偶尔不太可能发生1~10

D可能有可能发生10~50

E频繁很可能发生>50

风险损失分级等级程度损失工期人员伤亡环境

1轻微可以忽略对进度影响可忽略可忽略可忽略

2中等大于预算1%对进度影响>5%人员受伤轻度环境损伤

3严重大于预算10%对进度影响>10%人员死亡环境影响明显（无法修复）

4灾难性大于预算50%对进度影响>50%较多人员伤亡危害公共健康或自然资源

在经过相关风险评估后所的出的总体施工峰先评价:

总体施工风险评价风险等级1234评价结果超前支护0.0150.0410.8520.0923

开挖0.1990.1340.5860.0813

支护0.0380.1550.7670.0203防排水0.2060.4870.2500.0572

环境保护0.1800.0680.5930.1593其他特殊风险0.0750.5250.3590.0412总体施工风险0.1100.1730.6390.0733

在综合考虑各风险因素对施工风险评价的影响，得到总体施工风险评价等级为3级。

变形分配控制原理

海底的施工是一个庞杂的系统该工程，涉及到多种工艺、多道工序，是动态的、一直变化的过程，因此它对拱顶下沉、周边收敛和地表下沉的影响是一个累积的效果，所以可以把对拱顶沉降和地表下沉的控制标准分解到每一个施工步骤中，使单个步骤的沉降量得到控制，从而影响最终变形量，这就是变形分配控制原理。

厦门翔安隧道工程运用此理论成功地将隧道控制在设定范围内。

首先需要确定目标控制值，在工程中采用

的是CRD法变形分配，来确定每个施工部

分需要控制的变形比率，然后确定目标控

制值。

其次，分析变形异常的原因。

其主

要原因有:

1.周围岩石泥多易渗水。

2.步距过长。

据观察，步距越长产生的下沉越大。

3.初支部自成环及全断面成环的时间长，成环时间越长导致沉降变形加大。

4.永久仰拱未能及时紧跟。

5.初支背后填充注浆不及时。

异常变形控制措施及应用效果分析

1.尽早设置临时仰拱（为改善上部支护

结构受力条件而设置在隧道底部的反向

拱形结构）

从现场量测和数值分析结果来看，

仰拱及时闭合对减小拱顶沉降量起到

决定性的作用。

针对工程实际情况，各

部自开挖至初支封闭成环不超过3d;

全断面初支封闭成环时间不超过30d，

永久仰拱距4部开挖面不超过30m。

2.控制施工进尺及台阶长度当封闭距离和封闭时间缩短时，拱顶下沉量减小得非常明显，因此支护应尽快封闭。

3.初期支护背后及时填充注浆

进行初期支护背后径向填充注浆加固，可增强初支与周围岩石的密贴程度，提高周围岩石和初支的承载力和自稳力，控制沉降和变形。

4（控制I部下沉量

从实际情况来看，在各种条件下看，首先开工的部分引起的拱顶沉降的比例是最大的。

因此，控制导洞I的沉降量对减少最终的沉降十分重要。

5.超前支护

用CRD法施工的地层多是无胶结、土质松散、自稳性差的。

如果拱架间距较小、拱架厚度较大、排管角度较小时易造成地层坍落、超挖（爆破后，井巷断面周界大于设计尺寸的现象）。

6.设置锁脚锚杆

及时设置锁脚锚杆可以减少整体沉降量的10%。

由图可知，采用锁脚锚杆后，拱顶下沉趋势减缓。

7.加强初期支护

由于工况2采用18工字钢而工况1采用14工字钢，工况2的沉降明显小于工况1。

8.进行仰拱注浆

在仰拱注浆后，拱顶下沉平均速度大幅减少。

9.及时处理拱脚积水

含水量会对隧道周围的岩石的力学性质产生很大影响。

一般而言，含水量增加，会使得岩石的承载力下降。

因此及时抽排拱脚积水，减轻基底浸泡弱化引起的沉降量的增加。

10.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。

11.降水效果分析

在降水后拱顶的沉降明显减小。

这说明降水能减小隧道结构变形。

12.组合治理措施

在变形比较严重的地段，单一的措施往往很难把变形控制在预定的范围之内，这时可以用两种方式共同作用。

13.加工施工过程动态管理

引起沉降变形和失稳的原因很多而且存在许多不确定性，因此需要监控并且及时反馈，发现问题及时快速地动态调整，通过一些列措施将沉降变形控制在预期的范围内，确保施工过程中的稳定性。

结束语

厦门翔安隧道的施工拥有数项世界罕见难题——世界上覆盖层最浅的海底

5.7米;行车主洞开挖断面隧道，最薄处

面积达170.7平方米，在世界海底隧道建

设史上尚属首例;软弱围岩（俗称烂泥巴）、

富水砂层、风化槽群（囊）这些不良地质段

规模之大也为世界罕见。

为攻克这些世界级难题，建设者们依

靠科技进步，加强地质超前预报，使用传

统与创新相结合的办法，因地制宜，安全

稳步推进隧道建设。

他们采购了当今世界

有最先进的RPD180C多功能钻机，秉承“

险必探、无险也探、先探后干”的原则，

确保建设的每一步都心中有数;他们创新

性地改造了传统CRD施工作业法，在软弱

围岩中连续月掘进速度超过60米，最高值

达73米，创造了同等地质条件下世界特大

断面海底隧道施工进度纪录;他们采用

“地下连续墙井点降水”法，成功穿越630

多米的富水砂层;用“全断面帷幕注浆技

术”和“注浆小导管技术”，克制了强风化槽的肆虐。

正是依靠自主创新，翔安海底隧道安全性得到了最大程度保障。

其抗腐蚀、抗渗水度均为最高等级，能抵抗8级地震，施工工艺达世界顶级水平，工程质量合格率100%，被交通运输部确定成为全国三大样板工程之一。