海底隧道工程施工中的重難點及對策

目前，沿海城市的道路建設(shè)中，海底隧道工程的施工質(zhì)量與安全性的要求比其他隧道更加嚴格。眾所周知，隧道工程的施工非常的復(fù)雜，其涉及的范圍更加的廣泛，而海底隧道在隧道工程的施工中更加突出，存在更多的施工重難點，針對這些重難點進行全面系統(tǒng)的分析，并結(jié)合具體情況給出合理性的建議。

1  工程簡介

1.1  工程概況

青島膠州灣隧道工程是一項大規(guī)模的跨海工程。該隧道是一條以城市道路功能為主兼有公路功能的隧道，設(shè)雙向雙洞分離式六車道，中間設(shè)置服務(wù)隧道，隧道采用斷面為三孔橢圓形斷面的形式穿越海域段，兩側(cè)主隧道，中間服務(wù)隧道。隧道沿線設(shè)有通風豎井、海底泵房、車行橫洞、人行橫洞及各項運營管理設(shè)施，是目前中國大陸內(nèi)最長的大斷面海底隧道。該隧道的橫斷面布置如圖1所示。

1.2  水文

1.2.1  波浪

膠州灣海域是深入內(nèi)陸的半封閉性的海灣，以薛家島、團島連線為界與黃海相連通。灣口只有一條東南角寬約3公里的海峽，把海灣內(nèi)水域與黃海相連接。灣腹較大、灣內(nèi)水域闊，四周多山丘，岸線較曲折，地形比較復(fù)雜。水深變化較大，流速、流向隨地而異，故該海區(qū)的波浪狀況相對復(fù)雜。從海區(qū)的氣象條件、地形分布及地理位置可看出波浪主要是經(jīng)膠州灣灣口從外部海域傳入的涌浪和北向風在海灣內(nèi)形成的風浪。

1.2.2  潮汐

根據(jù)潮汐類型指數(shù)的計算結(jié)果可以看出，海域潮汐類型屬正規(guī)半日潮，經(jīng)統(tǒng)計分析計算膠州灣大港驗潮站的觀測資料，各站潮汐特征值如表1所示。

表1 膠州灣各站潮汐特征值(大港潮高基準面)

特征值 大港 特征值 大港

平均海平面 2.42 最大潮差 4.75

最高高潮高 5.5l(1997-08) 平均潮差 2.78

平均高潮高 3.80 平均漲潮歷時 5:39

最低低潮高 0.70(1980-10) 平均落潮歷時 6:46

平均低潮高 l.02

膠州灣區(qū)域內(nèi)潮流總的特點是落潮流速小于漲潮流速，膠州灣表層流速略大于底部流速，其它各層流速大致相同。落潮歷時大于漲潮歷時1～2h；最大漲潮流速比最大落潮流速大15cm/s以上，灣口附近漲落潮流速差最大超過57cm/s。最大漲潮和落潮流都出現(xiàn)在高潮前2～3h和高潮后2～3h，最小潮流發(fā)生時刻在高潮時左右。

灣口隧道斷面，最大漲潮流速可達1.6m/s，流向226°。灣口團島的岬角處和天然航槽處，最大漲潮流速可達1.38m/s，流向272°，最大落潮流速可達l.32m/s，流向94°。

1.3  工程地質(zhì)條件

項目主隧道、服務(wù)隧道巖性主要為花崗巖、正長斑巖、角礫熔巖、流紋斑巖、凝灰?guī)r等火山巖地層，依據(jù)其風化、完整程度及隧道頂板厚度等狀況分為Ⅱ～Ⅴ共4個等級。不良地質(zhì)主要為斷層破碎帶，特別是海域中的斷層破碎帶。因其巖體破碎，自穩(wěn)能力很差，施工開挖中極易發(fā)生坍方，并可能伴隨產(chǎn)生突泥突水，從而危害工程安全。

2  整體項目工程中存在的重難點

2.1 項目重點

2.1.1  海域段隧道施工避免突水、涌水和坍方事故的發(fā)生

項目隧道海域段通過8條斷層及其破碎帶，在斷層及兩側(cè)影響帶內(nèi)地下含水量較大，左線隧道、服務(wù)隧道最大涌水量為16 155.8m3/d、7 971.45m3/d，斷層及裂隙帶是海水滲流的通道，加上壓力較高的海水無窮補給，如果施工技術(shù)及安全方案不當、超前預(yù)支護及超前預(yù)注漿止水、堵水失敗，將會造成突水及涌水，其后果將不堪設(shè)想，因此如何防止突水、涌水和坍方事故的發(fā)生是項目的重點。 

2.1.2  海底隧道混凝土耐久性的施工質(zhì)量控制

項目的設(shè)計基準期100年，隧道混凝土設(shè)計為耐久性混凝土。混凝土耐久性質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到隧道的使用壽命及將來運營的安全，因此海底隧道的混凝土耐久性的質(zhì)量控制也是項目的一個重點。

2.1.3  出碴排水

項目主隧道最大縱坡為3.448%，服務(wù)隧道最大縱坡為8.7%，下坡施工，出渣運輸為重車上坡。海底隧道的進口和服務(wù)隧道口都向上傾斜，地下水位就是海平面，滲水不能自然流出。進口至項目終點水位高差很大，需配足排水設(shè)備分段接力排出洞外，以防突水引起災(zāi)害。

2.2  保證隧道大斷面及小間距施工安全是項目的難點

因大斷面地段受斷層及其破碎帶、風化的影響，地質(zhì)松散，裂隙發(fā)育，自穩(wěn)能力較差。加上覆蓋層地面以上有建筑物、動載，覆蓋層地面以下有市政管線，設(shè)計為多導(dǎo)洞分部開挖，分部支護，拆小環(huán)拼大環(huán)，最后分段逐步封閉成環(huán)，分段襯砌，存在多次支撐應(yīng)力轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換均存在不同的沉降。因此保證大斷面施工安全、工程安全、地面建筑物安全是項目的重點和難點。

3  應(yīng)對措施

3.1  海域段隧道施工防止突水、涌水和坍方事故的應(yīng)對措施

1）海域段隧道施工以地質(zhì)調(diào)查、水平超前鉆孔、取芯鉆探、TSP203、地質(zhì)雷達和地質(zhì)素描等綜合手段進行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，并將幾種預(yù)報手段綜合運用，取長補短，相互補充及佐證,有針對性的采取防治措施，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

2）因服務(wù)隧道斷面較小，以服務(wù)隧道先行施工后施工主隧道的組織方案來探明前方地質(zhì)情況，并進行斷層破碎帶全斷面超前預(yù)注漿或帷幕注漿現(xiàn)場試驗，為主隧道后序施工提供技術(shù)支持；并及時檢查評價巖體前方及周圍注漿質(zhì)量，保證超前預(yù)注漿或帷幕注漿具有可靠的施工質(zhì)量。

3）注漿鉆孔時需安裝鉆孔防突、防涌裝置；鉆孔后快速注水泥-水玻璃雙液漿快速堵水及止水，必要時噴射混凝土或澆筑混凝土墻并注漿防水。

4）采用減震控制爆破方案，Ⅱ～Ⅲ級圍巖采用下導(dǎo)洞超前、擴挖法施工，Ⅳ級圍巖采用上下臺階法施工，Ⅴ級圍巖采用CD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法炸藥低單耗施工。

5）斷層破碎帶施工嚴格按“早預(yù)報、管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的二十四字方針進行施工。

3.2  隧道襯砌結(jié)構(gòu)混凝土耐久性施工的應(yīng)對措施

1）進行混凝土及膠凝材料抗裂性對比試驗，從中優(yōu)選抗裂性能良好的水泥及各項原材料，杜絕采用含有氯離子原材料；嚴把原料關(guān)和配比關(guān)，施工前應(yīng)進行混凝土試拌及現(xiàn)場試驗，以確定混凝土拌合施工工藝參數(shù)；嚴格控制混凝土攪拌、運輸、澆注、養(yǎng)護質(zhì)量。

2）建立有效的施工監(jiān)測和反饋系統(tǒng)，監(jiān)控混凝土拌合溫度、施工溫度，嚴格控制道襯砌結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3）采用纖維砂漿保護層塊來保證鋼筋保護層厚度尺寸及鋼筋定位的準確性，確?；炷帘Ｗo層厚度。

4）做好防排水施工，控制海水滲入，避免結(jié)構(gòu)腐蝕。

3.3  出碴排水的應(yīng)對措施

1）針對項目渣土運輸車應(yīng)采用大功率運輸車，車斗裝渣不宜過多，爬坡時采用低擋前進。

2）隧道外排水是在隧道進口段采用反坡，并設(shè)置排水溝，防止雨水進洞。

3）隧道內(nèi)排水是在泵房內(nèi)采用大功率抽水設(shè)備，分階段抽水，直至排到洞外。

3.4  保證隧道大斷面安全施工的應(yīng)對措施

1）嚴格按照上述二十四字方針進行施工 。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法多分步、分臺階開挖，及時分部襯砌；每個導(dǎo)坑均采用光面爆破，軟弱地層采用小段面機械開挖法施工，以減小對圍巖的擾動；

2）通過圍巖量測、地表沉降觀測、爆破振速等信息，及時掌握地層變形動態(tài)，用整理出的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)隧道施工。

4  結(jié)語

根據(jù)上述內(nèi)容，在海底隧道施工前，應(yīng)做到有疑必探、先探后挖，施工中采用超前地質(zhì)鉆孔、超前地質(zhì)預(yù)報、紅外探水、TSP203、RAMAC/GPR地質(zhì)雷達等綜合方法進行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報。確保在掌握地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的隧道施工技術(shù)。并且對施工中的重難點進行研究，通過針對性的技術(shù)措施，解決施工中的難題。提高海底隧道工程的施工質(zhì)量與安全。

本文來源：《城市住宅》：http://www.k2057.cn/w/kj/12544.html