海底隧道工程施工中的重難點(diǎn)及對(duì)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(yán)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(diǎn)，針對(duì)這些重難點(diǎn)進(jìn)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(jiǎn)介

1.1  工程概況

青島膠州灣隧道工程是一項(xiàng)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(chē)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(xiàn)設(shè)有通風(fēng)豎井、海底泵房、車(chē)行橫洞、人行橫洞及各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)管理設(shè)施，是目前中國(guó)大陸內(nèi)最長(zhǎng)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(tuán)島連線(xiàn)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(xiàn)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(duì)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(fēng)在海灣內(nèi)形成的風(fēng)浪。

1.2.2  潮汐

根據(jù)潮汐類(lèi)型指數(shù)的計(jì)算結(jié)果可以看出，海域潮汐類(lèi)型屬正規(guī)半日潮，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算膠州灣大港驗(yàn)潮站的觀(guān)測(cè)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(zhǔn)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(shí) 5:39

最低低潮高 0.70(1980-10) 平均落潮歷時(shí) 6:46

平均低潮高 l.02

膠州灣區(qū)域內(nèi)潮流總的特點(diǎn)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(shí)大于漲潮歷時(shí)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(guò)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(shí)刻在高潮時(shí)左右。

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

1.3  工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目主隧道、服務(wù)隧道巖性主要為花崗巖、正長(zhǎng)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(fēng)化、完整程度及隧道頂板厚度等狀況分為Ⅱ～Ⅴ共4個(gè)等級(jí)。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(kāi)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(xiàng)目工程中存在的重難點(diǎn)

2.1 項(xiàng)目重點(diǎn)

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(xiàng)目隧道海域段通過(guò)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(xiàn)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(wú)窮補(bǔ)給，如果施工技術(shù)及安全方案不當(dāng)、超前預(yù)支護(hù)及超前預(yù)注漿止水、堵水失敗，將會(huì)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(xiàng)目的重點(diǎn)。 

2.1.2  海底隧道混凝土耐久性的施工質(zhì)量控制

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，隧道混凝土設(shè)計(jì)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(lái)運(yùn)營(yíng)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(xiàng)目的一個(gè)重點(diǎn)。

2.1.3  出碴排水

項(xiàng)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(yùn)輸為重車(chē)上坡。海底隧道的進(jìn)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(jìn)口至項(xiàng)目終點(diǎn)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(xiàng)目的難點(diǎn)

因大斷面地段受斷層及其破碎帶、風(fēng)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(dòng)載，覆蓋層地面以下有市政管線(xiàn)，設(shè)計(jì)為多導(dǎo)洞分部開(kāi)挖，分部支護(hù)，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(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3  應(yīng)對(duì)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(duì)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(dá)和地質(zhì)素描等綜合手段進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并將幾種預(yù)報(bào)手段綜合運(yùn)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互補(bǔ)充及佐證,有針對(duì)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(lái)探明前方地質(zhì)情況，并進(jìn)行斷層破碎帶全斷面超前預(yù)注漿或帷幕注漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為主隧道后序施工提供技術(shù)支持；并及時(shí)檢查評(píng)價(jià)巖體前方及周?chē){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(shí)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(shí)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(jí)圍巖采用下導(dǎo)洞超前、擴(kuò)挖法施工，Ⅳ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)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(yán)格按“早預(yù)報(bào)、管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的二十四字方針進(jìn)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(duì)措施

1）進(jìn)行混凝土及膠凝材料抗裂性對(duì)比試驗(yàn)，從中優(yōu)選抗裂性能良好的水泥及各項(xiàng)原材料，杜絕采用含有氯離子原材料；嚴(yán)把原料關(guān)和配比關(guān)，施工前應(yīng)進(jìn)行混凝土試拌及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以確定混凝土拌合施工工藝參數(shù)；嚴(yán)格控制混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆注、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

2）建立有效的施工監(jiān)測(cè)和反饋系統(tǒng)，監(jiān)控混凝土拌合溫度、施工溫度，嚴(yán)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(hù)層塊來(lái)保證鋼筋保護(hù)層厚度尺寸及鋼筋定位的準(zhǔn)確性，確?；炷帘Ｗo(hù)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(duì)措施

1）針對(duì)項(xiàng)目渣土運(yùn)輸車(chē)應(yīng)采用大功率運(yùn)輸車(chē)，車(chē)斗裝渣不宜過(guò)多，爬坡時(shí)采用低擋前進(jìn)。

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

3）隧道內(nèi)排水是在泵房?jī)?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(duì)措施

1）嚴(yán)格按照上述二十四字方針進(jìn)行施工 。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法多分步、分臺(tái)階開(kāi)挖，及時(shí)分部襯砌；每個(gè)導(dǎo)坑均采用光面爆破，軟弱地層采用小段面機(jī)械開(kāi)挖法施工，以減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)；

2）通過(guò)圍巖量測(cè)、地表沉降觀(guān)測(cè)、爆破振速等信息，及時(shí)掌握地層變形動(dòng)態(tài)，用整理出的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)隧道施工。

4  結(jié)語(yǔ)

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(bào)、紅外探水、TSP203、RAMAC/GPR地質(zhì)雷達(dá)等綜合方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。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(duì)施工中的重難點(diǎn)進(jìn)行研究，通過(guò)針對(duì)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。

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