廈門(mén)翔安海底隧道

廈門(mén)翔安海底隧道廈門(mén)翔安海底隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和變形應(yīng)對(duì)措施工程簡(jiǎn)介r朝安廈門(mén)東通道（翔安隧道）工程是廈本島第六條進(jìn)出島公路通道，連接門(mén)市廈門(mén)市本島和大陸架翔安區(qū)。是一項(xiàng)規(guī)模宏大的跨海工程，工程全長(zhǎng)8.695km，其中海底隧道5km，跨越海域?qū)捈s4200m，是我國(guó)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(kāi)工，工程概算約31（97億元。廈門(mén)翔安海底隧道擁有數(shù)項(xiàng)世界罕見(jiàn)難題，建設(shè)者們依靠科技進(jìn)步，加上自身的努力，一一克服了難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從翔安海底隧道中開(kāi)挖、棄運(yùn)土石方約235萬(wàn)立方米，幾乎可以將埃及大金字塔塞滿(mǎn)。支護(hù)用錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、襯砌鋼筋等鋼材約5萬(wàn)噸，相當(dāng)于7座巴黎艾菲爾鐵塔。工程地質(zhì)、環(huán)境及主要施工方案概況工程地質(zhì)情況：在路地段為全強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，在地下水位以下無(wú)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(lèi)孔隙水、風(fēng)化基巖孔隙裂隙水，主要受大氣降水的補(bǔ)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(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。工程環(huán)境：廈門(mén)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(tái)風(fēng)季節(jié)。廈門(mén)海域?yàn)檎?guī)半日潮，最高潮位4.53m,最低潮位-3.30m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)小型水體較多，池塘遍布。本區(qū)段主要場(chǎng)地開(kāi)闊平坦，運(yùn)輸較方便，水、電、通訊等均可直接引入，但附近居民工廠(chǎng)較多。主要施工方案：全強(qiáng)風(fēng)化層采用拱頂超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)及注漿加固，主洞采用CRD法開(kāi)挖，服務(wù)洞開(kāi)挖采用正臺(tái)階法。襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)用新奧法原理，采用復(fù)合式襯砌：初期支護(hù)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(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防竄流防水板作為防水層。隧道結(jié)構(gòu)防排水采用全封堵方式，采用分艙的方式對(duì)隧道進(jìn)行分區(qū)防水。在全強(qiáng)風(fēng)化層施工階段采用壓入式通分方式。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用綜合勘探分析法，水平鉆探與物探相結(jié)合、鉆探與工程類(lèi)比相結(jié)合、水平探孔與孔內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)相結(jié)合、掌子面地質(zhì)素描與短距離鉆孔相結(jié)合的綜合勘探分析法。施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管理人員及相關(guān)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，采用專(zhuān)家調(diào)查法和層次分析法分析該工程的主要風(fēng)險(xiǎn)。該工程的主要風(fēng)險(xiǎn)有：超前支護(hù)注漿材料不當(dāng)。使用不恰當(dāng)?shù)淖{材料，致使注漿加固無(wú)效；拱頂土體未形成加固圈，導(dǎo)致隧道內(nèi)進(jìn)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(dǎo)致注漿不飽滿(mǎn),拱頂加固土體存在盲區(qū)等;開(kāi)挖時(shí)拱頂土體坍落，發(fā)生突涌水,隧道坍塌等。頂進(jìn)長(zhǎng)度不足。導(dǎo)管頂進(jìn)時(shí)不到位，致使末端土體注漿不飽滿(mǎn)，導(dǎo)致拱頂土體坍落等。開(kāi)挖導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均衡，隧道產(chǎn)生(1)不合理的開(kāi)挖順序。采用不合理的開(kāi)挖順序,失穩(wěn)等。遇到孤石。隧道開(kāi)挖時(shí)遭遇孤石，爆破時(shí)將對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)，且會(huì)導(dǎo)致隧道施工速度降低，隧道止水困難等。產(chǎn)生爆炸或其他人生健康和安全問(wèn)題等。(3)遇到瓦斯。開(kāi)挖時(shí)遇到瓦斯，設(shè)備不當(dāng)。隧道開(kāi)挖時(shí)使用不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備，導(dǎo)致隧道施工進(jìn)度慢，開(kāi)挖質(zhì)量進(jìn)尺過(guò)大。開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)大，不能及時(shí)封閉成拱，導(dǎo)致掌子面土體坍塌，隧道失穩(wěn)等。護(hù)成拱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。初期支護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能及時(shí)封閉成拱，導(dǎo)致土體坍塌，隧道失穩(wěn)等。初支強(qiáng)度不足。初期支護(hù)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致隧道變形過(guò)大，隧道失穩(wěn)等。(3)噴射混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。初期支護(hù)時(shí)，噴射混凝土不密實(shí)，存在空洞，噴混凝土質(zhì)量、厚度不達(dá)標(biāo),導(dǎo)致隧道滲水，噴層大量開(kāi)裂，隧道坍塌等。(4)鋼支撐連接處強(qiáng)度不足。初期支護(hù)鋼支撐連接板厚度過(guò)薄，連接螺栓強(qiáng)度不足等，造成初支大量開(kāi)裂，隧道失穩(wěn)等。(5)二次襯砌質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。二次襯砌厚度過(guò)薄，混凝土防水、防腐不符合要求,施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo),將影響隧道的使用壽命等。防排水防水材料質(zhì)量差。防水材料達(dá)不到隧道防水要求，導(dǎo)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(dǎo)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(shè)備不到位，排水系統(tǒng)失效，排水能力不滿(mǎn)足要求，不能及時(shí)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(hù)周邊道路、管線(xiàn)及建筑物。因隧道沉降過(guò)大或隧道坍塌，造成周邊道路沉降、地下管線(xiàn)損壞，尤其煤氣、電力等運(yùn)輸管線(xiàn)，以及周邊建筑物傾斜、倒塌等。地下水系破壞。由于隧道開(kāi)挖，造成地下水位下降、地下水遭污染等。(3)洞內(nèi)環(huán)境差。由于洞內(nèi)通風(fēng)、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(fēng)險(xiǎn)暴雨襲擊。臺(tái)風(fēng)暴雨將影響隧道正常施工,造成隧道進(jìn)水，土層自穩(wěn)性(1)臺(tái)風(fēng)、降低等。(2)地質(zhì)勘探孔涌水。前期地質(zhì)勘探孔由于封堵不密實(shí)，鉆孔時(shí)周?chē)鷰r體受干擾,完整性變差,施工中可能產(chǎn)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(zāi)等嚴(yán)重后果。高空作業(yè)。高空作業(yè)產(chǎn)生的各類(lèi)墜落和墜物，導(dǎo)致人員傷亡等。(5)施工機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械在運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行時(shí)，發(fā)生事故造成財(cái)產(chǎn)損失,人員傷害等。工風(fēng)險(xiǎn)估計(jì):由于估計(jì)的主觀性，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理者或風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)家對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)概率及風(fēng)險(xiǎn)損失很難給出精確的大小，而只能給出模糊的大小。本文運(yùn)用模糊集理論對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素模糊性進(jìn)行量化。將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率P分為5個(gè)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)損失C分為4個(gè)等級(jí)（表3）。表2風(fēng)險(xiǎn)概率分級(jí)級(jí)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(fēng)險(xiǎn)損失分級(jí)等級(jí)程度損失工期人員傷亡環(huán)境1輕微可以忽略對(duì)進(jìn)度影響可忽略可忽略可忽略2中等大于預(yù)算1%對(duì)進(jìn)度影響＞5%人員受傷輕度環(huán)境損傷3嚴(yán)重大于預(yù)算10%對(duì)進(jìn)度影響＞10%人員死亡環(huán)境影響明顯（無(wú)法修復(fù)）4災(zāi)難性大于預(yù)算50%對(duì)進(jìn)度影響＞50%較多人員傷亡危害公共健康或自然資源在經(jīng)過(guò)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后所的出的總體施工峰先評(píng)價(jià)：總體施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)1234評(píng)價(jià)結(jié)果超前支護(hù)0.0150.0410.8520.0923開(kāi)挖0.1990.1340.5860.0813支護(hù)0.0380.1550.7670.0203防排水0.2060.4870.2500.0572環(huán)境保護(hù)0.1800.0680.5930.1593其他特殊風(fēng)險(xiǎn)0.0750.5250.3590.0412總體施工風(fēng)險(xiǎn)0.1100.1730.6390.0733在綜合考慮各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的影響，得到總體施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為3級(jí)。變形分配控制原理海底的施工是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)該工程，涉及到多種工藝、多道工序，是動(dòng)態(tài)的、一直變化的過(guò)程，因此它對(duì)拱頂下沉、周邊收斂和地表下沉的影響是一個(gè)累積的效果，所以可以把對(duì)拱頂沉降和地表下沉的控制標(biāo)準(zhǔn)分解到每一個(gè)施工步驟中，使單個(gè)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(mén)翔安隧道工程運(yùn)用此理論成功地將隧道控制在設(shè)定范圍內(nèi)。St后住市詛示■首先需要確定目標(biāo)控制值，在工程中采用的是CRD法變形分配，來(lái)確定每個(gè)施工部分需要控制的變形比率，然后確定目標(biāo)控制值。其次，分析變形異常的原因。其主要原因有：周?chē)鷰r石泥多易滲水。2.步距過(guò)長(zhǎng)。據(jù)觀察，步距越長(zhǎng)產(chǎn)生的下沉越大。3.初支部自成環(huán)及全斷面成環(huán)的時(shí)間長(zhǎng)，成環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)導(dǎo)致沉降變形加大。4.永久仰拱未能及時(shí)緊跟。5.初支背后填充注漿不及時(shí)。異常變形控制措施及應(yīng)用效果分析1.盡早設(shè)置臨時(shí)仰拱（為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)）從現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和數(shù)值分析結(jié)果來(lái)看，仰拱及時(shí)閉合對(duì)減小拱頂沉降量起到?jīng)Q定性的作用。針對(duì)工程實(shí)際情況，各部自開(kāi)挖至初支封閉成環(huán)不超過(guò)3d;全斷面初支封閉成環(huán)時(shí)間不超過(guò)30d，永久仰拱距4部開(kāi)挖面不超過(guò)30m?？刂剖┕みM(jìn)尺及臺(tái)階長(zhǎng)度當(dāng)封閉距離和封閉時(shí)間縮短時(shí)，拱頂下沉量減小得非常明顯，因此支護(hù)應(yīng)盡快封閉。芭芭L-.【陡匕平5.初期支護(hù)背后及時(shí)填充注漿進(jìn)行初期支護(hù)背后徑向填充注漿加固，可增強(qiáng)初支與周?chē)鷰r石的密貼程度，提高周?chē)鷰r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(shí)際情況來(lái)看，在各種條件下看，首先開(kāi)工的部分引起的拱頂沉降的比例是最大的。因此，控制導(dǎo)洞I的沉降量對(duì)減少最終的沉降十分重要。超前支護(hù)用CRD法施工的地層多是無(wú)膠結(jié)、土質(zhì)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(shí)易造成地層坍落、超挖（爆破后，井巷斷面周界大于設(shè)計(jì)尺寸的現(xiàn)象）。設(shè)置鎖腳錨桿及時(shí)設(shè)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(shì)減緩。加強(qiáng)初期支護(hù)表6兩弟工況下咎洞室施工時(shí)引起的拱頂下瓦M(jìn)」部升口部開(kāi)筮支護(hù)3部開(kāi)抱支護(hù)J都汗拘支護(hù)1牌時(shí)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(jìn)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(shí)處理拱腳積水含水量會(huì)對(duì)隧道周?chē)膸r石的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生很大影響。一般而言，含水量增加，會(huì)使得巖石的承載力下降。因此及時(shí)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(shè)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(duì)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(shuō)明降水能減小隧道結(jié)構(gòu)變形。12.組合治理措施在變形比較嚴(yán)重的地段，單一的措施往往很難把變形控制在預(yù)定的范圍之內(nèi)，這時(shí)可以用兩種方式共同作用。表1。組合措1施下隧道抵移對(duì)比垣含方式拱頂下濕灰平收斂CRD1CRP3CRLUCJW2CRP3無(wú)US,ft1:43.1195.]H7.C6-5.5組合措施一fiS.41【庭機(jī)951.6霜合措儺二601H.5IW&0.0+S.&13.加工施工過(guò)程動(dòng)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(shí)反饋，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)快速地動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)一些列措施將沉降變形控制在預(yù)期的范圍內(nèi)，確保施工過(guò)程中的穩(wěn)定性。結(jié)束語(yǔ)廈門(mén)翔安隧道的施工擁有數(shù)項(xiàng)世界罕見(jiàn)難題一一世界上覆蓋層最淺的海底5.7米;行車(chē)主洞開(kāi)挖斷面隧道，最薄處面積達(dá)170.7平方米，在世界海底隧道建設(shè)史上尚屬首例;軟弱圍巖（俗稱(chēng)爛泥巴）、富水砂層、風(fēng)化槽群（囊）這些不良地質(zhì)段規(guī)模之大也為世界罕見(jiàn)。為攻克這些世界級(jí)難題，建設(shè)者們依靠科技進(jìn)步，加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，使用傳統(tǒng)與創(chuàng)新相結(jié)合的辦法，因地制宜，安全穩(wěn)步推進(jìn)隧道建設(shè)。他們采購(gòu)了當(dāng)今世界有最先進(jìn)的RPD180C多功能鉆機(jī)，秉承“險(xiǎn)必探、無(wú)險(xiǎn)也探、先探后干”的原則，確保建設(shè)