廈門翔安海底隧道

廈門翔安海底隧道廈門翔安海底隧道的施工風險評估和變形應對措施工程簡介r朝安廈門東通道（翔安隧道）工程是廈本島第六條進出島公路通道，連接門市廈門市本島和大陸架翔安區(qū)。是一項規(guī)模宏大的跨海工程，工程全長8.695km，其中海底隧道5km，跨越海域寬約4200m，是我國大陸地區(qū)第一座海底隧道。隧道最深處位于海平面下約70m，最大縱坡3%。隧道2005年9月開工，工程概算約31（97億元。廈門翔安海底隧道擁有數(shù)項世界罕見難題，建設者們依靠科技進步，加上自身的努力，一一克服了難題。據(jù)統(tǒng)計，從翔安海底隧道中開挖、棄運土石方約235萬立方米，幾乎可以將埃及大金字塔塞滿。支護用錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、襯砌鋼筋等鋼材約5萬噸，相當于7座巴黎艾菲爾鐵塔。工程地質、環(huán)境及主要施工方案概況工程地質情況：在路地段為全強風化閃長巖，在地下水位以下無自穩(wěn)能力，易崩解。地下水為陸域地下水，據(jù)其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風化基巖孔隙裂隙水，主要受大氣降水的補給，就近向低洼地排泄，略具承壓性，總體上屬于潛水。地下水水位變化隨降雨的頻率，變化劇烈，且有滯后現(xiàn)象。對鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。工程環(huán)境：廈門地區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候，每年2月到8月為雨季，7月到9月為臺風季節(jié)。廈門海域為正規(guī)半日潮，最高潮位4.53m,最低潮位-3.30m。場區(qū)內小型水體較多，池塘遍布。本區(qū)段主要場地開闊平坦，運輸較方便，水、電、通訊等均可直接引入，但附近居民工廠較多。主要施工方案：全強風化層采用拱頂超前小導管預支護及注漿加固，主洞采用CRD法開挖，服務洞開挖采用正臺階法。襯砌設計應用新奧法原理，采用復合式襯砌：初期支護由工字鋼拱架、雙層鋼筋網(wǎng)、30cm厚噴射混凝土組成;二次襯砌用55cm厚模筑鋼筋混凝土;初期支護與二次襯砌之間鋪設防竄流防水板作為防水層。隧道結構防排水采用全封堵方式，采用分艙的方式對隧道進行分區(qū)防水。在全強風化層施工階段采用壓入式通分方式。超前地質預報采用綜合勘探分析法，水平鉆探與物探相結合、鉆探與工程類比相結合、水平探孔與孔內地質雷達探測相結合、掌子面地質素描與短距離鉆孔相結合的綜合勘探分析法。施工風險辨識：根據(jù)現(xiàn)場管理人員及相關專家的經驗，采用專家調查法和層次分析法分析該工程的主要風險。該工程的主要風險有：超前支護注漿材料不當。使用不恰當?shù)淖{材料，致使注漿加固無效；拱頂土體未形成加固圈，導致隧道內進水;拱頂土體坍落，隧道失穩(wěn)等。注漿參數(shù)不符合要求。注漿管間距、注漿壓力等注漿參數(shù)不符合要求，導致注漿不飽滿,拱頂加固土體存在盲區(qū)等;開挖時拱頂土體坍落，發(fā)生突涌水,隧道坍塌等。頂進長度不足。導管頂進時不到位，致使末端土體注漿不飽滿，導致拱頂土體坍落等。開挖導致結構受力不均衡，隧道產生(1)不合理的開挖順序。采用不合理的開挖順序,失穩(wěn)等。遇到孤石。隧道開挖時遭遇孤石，爆破時將對土體產生擾動，且會導致隧道施工速度降低，隧道止水困難等。產生爆炸或其他人生健康和安全問題等。(3)遇到瓦斯。開挖時遇到瓦斯，設備不當。隧道開挖時使用不恰當?shù)脑O備，導致隧道施工進度慢，開挖質量進尺過大。開挖進尺過大，不能及時封閉成拱，導致掌子面土體坍塌，隧道失穩(wěn)等。護成拱時間過長。初期支護時間過長，不能及時封閉成拱，導致土體坍塌，隧道失穩(wěn)等。初支強度不足。初期支護強度不足，導致隧道變形過大，隧道失穩(wěn)等。(3)噴射混凝土質量不達標。初期支護時，噴射混凝土不密實，存在空洞，噴混凝土質量、厚度不達標,導致隧道滲水，噴層大量開裂，隧道坍塌等。(4)鋼支撐連接處強度不足。初期支護鋼支撐連接板厚度過薄，連接螺栓強度不足等，造成初支大量開裂，隧道失穩(wěn)等。(5)二次襯砌質量不達標。二次襯砌厚度過薄，混凝土防水、防腐不符合要求,施工質量不達標,將影響隧道的使用壽命等。防排水防水材料質量差。防水材料達不到隧道防水要求，導致隧道滲水，使用壽命縮短等。防水板焊接不牢。防水板之間以及防水板與止水帶的焊接不牢，導致二次襯砌部位部分滲水，影響隧道的使用壽命等。排水能力不足。排水設備不到位，排水系統(tǒng)失效，排水能力不滿足要求，不能及時地排除掌子面積水及隧道涌水，致使隧道地層軟化，加劇巖體失穩(wěn)而坍塌等。環(huán)境保護周邊道路、管線及建筑物。因隧道沉降過大或隧道坍塌，造成周邊道路沉降、地下管線損壞，尤其煤氣、電力等運輸管線，以及周邊建筑物傾斜、倒塌等。地下水系破壞。由于隧道開挖，造成地下水位下降、地下水遭污染等。(3)洞內環(huán)境差。由于洞內通風、除塵、降溫、降噪等效果不明顯，造成塵肺、中暑、職業(yè)性噪聲聾、眼部灼傷以及電光性眼炎等職業(yè)病。6.他特殊風險暴雨襲擊。臺風暴雨將影響隧道正常施工,造成隧道進水，土層自穩(wěn)性(1)臺風、降低等。(2)地質勘探孔涌水。前期地質勘探孔由于封堵不密實，鉆孔時周圍巖體受干擾,完整性變差,施工中可能產生涌水或可能誘發(fā)潛在的高壓突水。(3)施工用電、用火不符合要求。施工用電用火不符合要求，造成漏電、火災等嚴重后果。高空作業(yè)。高空作業(yè)產生的各類墜落和墜物，導致人員傷亡等。(5)施工機械風險。機械在運輸、安裝及運行時，發(fā)生事故造成財產損失,人員傷害等。工風險估計:由于估計的主觀性，項目風險管理者或風險專家對項目風險概率及風險損失很難給出精確的大小，而只能給出模糊的大小。本文運用模糊集理論對風險因素模糊性進行量化。將風險發(fā)生概率P分為5個等級風險損失C分為4個等級（表3）。表2風險概率分級級別事件頻率可能性發(fā)生概率％A罕有幾乎不可能發(fā)生＜0.1B難得不怎么可能發(fā)生0.1~1C偶爾不太可能發(fā)生1~10D可能有可能發(fā)生10~50E頻繁很可能發(fā)生＞50風險損失分級等級程度損失工期人員傷亡環(huán)境1輕微可以忽略對進度影響可忽略可忽略可忽略2中等大于預算1%對進度影響＞5%人員受傷輕度環(huán)境損傷3嚴重大于預算10%對進度影響＞10%人員死亡環(huán)境影響明顯（無法修復）4災難性大于預算50%對進度影響＞50%較多人員傷亡危害公共健康或自然資源在經過相關風險評估后所的出的總體施工峰先評價：總體施工風險評價風險等級1234評價結果超前支護0.0150.0410.8520.0923開挖0.1990.1340.5860.0813支護0.0380.1550.7670.0203防排水0.2060.4870.2500.0572環(huán)境保護0.1800.0680.5930.1593其他特殊風險0.0750.5250.3590.0412總體施工風險0.1100.1730.6390.0733在綜合考慮各風險因素對施工風險評價的影響，得到總體施工風險評價等級為3級。變形分配控制原理海底的施工是一個龐雜的系統(tǒng)該工程，涉及到多種工藝、多道工序，是動態(tài)的、一直變化的過程，因此它對拱頂下沉、周邊收斂和地表下沉的影響是一個累積的效果，所以可以把對拱頂沉降和地表下沉的控制標準分解到每一個施工步驟中，使單個步驟的沉降量得到控制，從而影響最終變形量，這就是變形分配控制原理。廈門翔安隧道工程運用此理論成功地將隧道控制在設定范圍內。St后住市詛示■首先需要確定目標控制值，在工程中采用的是CRD法變形分配，來確定每個施工部分需要控制的變形比率，然后確定目標控制值。其次，分析變形異常的原因。其主要原因有：周圍巖石泥多易滲水。2.步距過長。據(jù)觀察，步距越長產生的下沉越大。3.初支部自成環(huán)及全斷面成環(huán)的時間長，成環(huán)時間越長導致沉降變形加大。4.永久仰拱未能及時緊跟。5.初支背后填充注漿不及時。異常變形控制措施及應用效果分析1.盡早設置臨時仰拱（為改善上部支護結構受力條件而設置在隧道底部的反向拱形結構）從現(xiàn)場量測和數(shù)值分析結果來看，仰拱及時閉合對減小拱頂沉降量起到決定性的作用。針對工程實際情況，各部自開挖至初支封閉成環(huán)不超過3d;全斷面初支封閉成環(huán)時間不超過30d，永久仰拱距4部開挖面不超過30m?？刂剖┕みM尺及臺階長度當封閉距離和封閉時間縮短時，拱頂下沉量減小得非常明顯，因此支護應盡快封閉。芭芭L-.【陡匕平5.初期支護背后及時填充注漿進行初期支護背后徑向填充注漿加固，可增強初支與周圍巖石的密貼程度，提高周圍巖石和初支的承載力和自穩(wěn)力，控制沉降和變形。4（控制I部下沉量從實際情況來看，在各種條件下看，首先開工的部分引起的拱頂沉降的比例是最大的。因此，控制導洞I的沉降量對減少最終的沉降十分重要。超前支護用CRD法施工的地層多是無膠結、土質松散、自穩(wěn)性差的。如果拱架間距較小、拱架厚度較大、排管角度較小時易造成地層坍落、超挖（爆破后，井巷斷面周界大于設計尺寸的現(xiàn)象）。設置鎖腳錨桿及時設置鎖腳錨桿可以減少整體沉降量的10%。由圖可知，采用鎖腳錨桿后，拱頂下沉趨勢減緩。加強初期支護表6兩弟工況下咎洞室施工時引起的拱頂下瓦M」部升口部開筮支護3部開抱支護J都汗拘支護1牌時中隔既摳除總侃丁湃1：斷百ZK11物55,4T：42：后可mi『蹄眥：S"3.6S5現(xiàn)2皿4由于工況2采用18工字鋼而工況1采用14工字鋼，工況2的沉降明顯小于工況1。進行仰拱注漿表8 仰雄注紫或后拱頂下沉平均速度折而仰甚注鼓日叫(anti*■d'4卿拱注漿田〔miA'il'1>土丁”亡*碩IL.7fl.4氣3*⑵3.9在仰拱注漿后，拱頂下沉平均速度大幅減少。及時處理拱腳積水含水量會對隧道周圍的巖石的力學性質產生很大影響。一般而言，含水量增加，會使得巖石的承載力下降。因此及時抽排拱腳積水，減輕基底浸泡弱化引起的沉降量的增加。鋼拱架拱腳設置墊塊為了控制拱頂下沉，在軟土隧道施工中通常在鋼拱架腳增加剛性墊塊，以增大拱腳作用面積，分散拱腳集中作用力。拱腳墊塊材料通常用混凝土塊或方木塊。降水效果分析表9井真降水前后位移對比T.況松唄下下/皿水平收貌/皿CRDICRinCRLJiCRD2CRIHCRLHUK62O2-.5I45J[95.111"65.5律水巖的.7ft9.fiI1LI|四一」S3.|3在降水后拱頂?shù)某两得黠@減小。這說明降水能減小隧道結構變形。12.組合治理措施在變形比較嚴重的地段，單一的措施往往很難把變形控制在預定的范圍之內，這時可以用兩種方式共同作用。表1。組合措1施下隧道抵移對比垣含方式拱頂下濕灰平收斂CRD1CRP3CRLUCJW2CRP3無US,ft1:43.1195.]H7.C6-5.5組合措施一fiS.41【庭機951.6霜合措儺二601H.5IW&0.0+S.&13.加工施工過程動態(tài)管理引起沉降變形和失穩(wěn)的原因很多而且存在許多不確定性，因此需要監(jiān)控并且及時反饋，發(fā)現(xiàn)問題及時快速地動態(tài)調整，通過一些列措施將沉降變形控制在預期的范圍內，確保施工過程中的穩(wěn)定性。結束語廈門翔安隧道的施工擁有數(shù)項世界罕見難題一一世界上覆蓋層最淺的海底5.7米;行車主洞開挖斷面隧道，最薄處面積達170.7平方米，在世界海底隧道建設史上尚屬首例;軟弱圍巖（俗稱爛泥巴）、富水砂層、風化槽群（囊）這些不良地質段規(guī)模之大也為世界罕見。為攻克這些世界級難題，建設者們依靠科技進步，加強地質超前預報，使用傳統(tǒng)與創(chuàng)新相結合的辦法，因地制宜，安全穩(wěn)步推進隧道建設。他們采購了當今世界有最先進的RPD180C多功能鉆機，秉承“險必探、無險也探、先探后干”的原則，確保建設