水底隧道施工技术探讨

水底隧道施工技术探讨

郑伟彪

身份证号码：44058219890331xxxx

摘要：水下隧道作为穿越江河湖海下的交通工程之一，不受外界环境的影响，没有通航净空、航道宽度等限制。对于水上交通繁忙的主航道来说，水下隧道不存在今后因船舶大型化和水上交通流量的增加、缩减，桥梁无法适应带来的忧虑。本文结合工程实例分析水底隧道施工技术。

关键词：水底隧道；施工；技术

1工程概况

某隧道全长为5900m,其中深海暗挖段2860m,潮间带暗挖段1540m,陆地暗挖段1500m。设计行车速度为80km/h,暗挖隧道净空断面尺寸14.67m×9.85m,建筑限界净高为5.0m。根据隧道功能、远近期通风、养护维修及运营管理等方面的要求,采用一次修建两孔三车道隧道,并在两隧道中间修建一服务隧道,隧道中心线间距约60m～80m。隧道断面布置图如图1所示。

结合《公路隧道设计规范》的要求,考虑本隧道的特点,工可设计最大纵坡为3.5%,最小纵坡控制在0.3%。从水下隧道施工及运营安全考虑,本隧道顶弱风化及微风化花岗岩厚度,在海域地段大于15m,潮间带大于10m,结合地质报告提供的资料推断,暗挖隧道设计标高初步控制在-70m左右。

隧道上覆土层主要有淤泥或淤泥砂、砂土、砂质粘土和粉质粘土,主要分布于港湾及沿海潮间带、微丘台地、沟谷两侧、海岸陡坎及部分海底,厚度2m～40m不等。下伏岩浆岩,主要为全风化、强风化花岗闪长岩和全风化强风化中粗粒黑云母花岗岩、弱风化及微风化花岗闪长岩、中粗粒黑云母花岗岩。全风化强风化岩层通常揭露厚度为12m～18m,弱风化及微风化岩层揭露厚度为4m～10m,另外有少量喜山期辉绿岩、细粒花岗岩及玢岩岩脉侵入。

陆域内地下水位较海平面高,几乎全靠大气降水补给,地层富水性较差；海域内地层长期处于海水以下,地层中所含地下水仅接受海水补给。海域存在几条构造破碎带,全～强风化带异常深厚,而形成风化深槽。此类全～强风化岩体强度低、自稳能力差,易发生渗透破坏,按工可设计的暗挖隧道埋深,有很大一部分洞身处于全～强风化带或风化深槽内的不良工程地质中。

2水底隧道施工主要技术

2.1综合性超前地质预测预报技术

隧道工程地质条件具有较强多变性和不可确定性,而海底隧道施工更是一项高风险的建筑工程。因为不可能以地貌来预测海底断层等不良地质现象,海上钻探又十分困难,因此,要准确探明海底地质情况并预测隧道穿越段的地质情况并不容易。为了保证海底隧道施工的安全性和减少突发灾害事故的发生,必须在海底隧道施工的过程中,对隧道开挖前方的地质条件进行经常性的综合探测,同时对数据的分析和应用必须达到信息化和动态化。日本青函海底隧洞(53.850km)成功的经验之一就是以综合手段做了大量的施工地质预报工作,确保了施工安全,确保了工期,本隧道地质条件复杂,工期紧,最关键的技术问题之一就是做好施工期的综合超前地质预报工作,确保施工安全。

在工可设计阶段,地质勘察揭示出,在隧道周围存在着五大断裂构造,受四周断裂构造及风化槽的影响,隧道开挖范围内可能发育有少量较小规模的断裂构造和断层破碎带,同时还具有一定线性规律的风化深槽。海底存在3条强基岩风化浮槽和1处风化囊,基岩覆盖层厚度为15m左右,其上水深约25～30m,施工中由于海水通过节理、裂隙渗透,沿着断层破碎带流动时,会对隧道安全产生较大的威胁,将增加发生塌方及涌水、突泥的危险性。因此应加强施工过程中的综合性地质超前预测、预报技术,作为勘察地质资料的补充,并在较为准确的掌握了前方的地质情况后,才能合理的确定施工方案和制订施工对策。

2.2出入口、浅埋段软弱围岩坍塌及大变形防治技术

本隧道出入口段埋深仅20m～30m,属浅埋隧道,且处于第四纪残、坡积和全风化岩层中,隧道开挖过程中,由于埋深有限,难以形成承载拱,并受表层软弱堆积物、风化带的影响,可能会出现地表下沉急剧增大,地表开裂等变异,或出现因工作面不稳造成隧道结构整体位移而发生坍塌的现象。故应及时采取加强支护和围岩加固措施,控制浅埋段软弱围岩坍塌及大变形,确保施工安全。

2.3潮间带、断层破碎带及海底风化槽突水涌泥防治技术

隧道穿越几处风化深槽,在施工中有发生坍塌和突涌水的可能。依据水文地质和工程的特点,主要工程风险在于施工期间在海域段深槽(特别是工作面和深槽与弱风化围岩成≥90°交角结合面地段)和F4断裂带处风化囊发生坍塌、高压突涌水。隧道通过潮间带和断层破碎带及海底风化槽时,上覆土层较浅,岩层软弱破碎,如果施工扰动过大,隧道顶部高水压容易将隧道覆盖层击穿,从而发生坍塌,突水、涌泥。因此应对软弱地层进行预加固等防治技术研究。从类似条件隧道的施工经验看,应重点研究全断面注浆、帷幕注浆、径向注浆等注浆方案的实施条件、材料、参数、工艺、机具设备及效果检验和评价标准,此外还应研究爆破震动控制措施及标准等。

2.4海底隧道基岩裂隙水防治技术

据地质资料,隧道弱、微风化含水岩组中的渗透系数变化较大,其变化区间在0.002m/d～0.13m/d之间，充分说明该含水岩组中地下水活动严格受裂隙的张开度、连通性的控制。因该层的裂隙多为陡倾角裂隙,且张开性、连通性存在各地段不尽相同的情况，有些裂隙虽然较发育，但若为闭合裂隙时，岩层的渗透性极差,有的裂隙虽然发育段不长，但裂隙多为张开性，岩层的渗透性相对较好，涌水量亦较大。且由于隧道设计为中间低的3.5%纵坡，较大的基岩裂隙水对施工期间和运营的排水均极为不利。因此为了保证隧道施工安全，降低运营时排水费用,应对基岩裂隙水进行封堵，应深入研究海底隧道施工过程中的基岩裂隙水的封堵方法、封堵材料及施工工艺。

2.5海底隧道安全施工技术

由于海底修建隧道的特殊性,施工中的安全隐患主要有:突水、涌泥、坍塌、通风、排水、照明、火灾等,需要深入研究防坍、防突技术、快速堵水技术、通风、排水应急方案、电力供应及照明、通信系统配置、快速控制火源的消防技术、安全防护门设置、逃生路线、不同灾变条件的应急对策和救护方案,此外应研究洞内安全监控体系,通过高度自动化的连续、跟踪、系统监测,以及时发现安全隐患,制订应急对策并快速组织实施,以确保施工安全。

3结束语

本工程是我国首次采用暗挖法施工的水底交通隧道,对技术难点探讨,不当之处请指正,希望对工程建设有借鉴作用,随着工程的开工建设,还会出现诸多技术难题,应及时进行研究总结,确保工程进展顺利。

参考文献

[1]持田丰.青函隧道的破碎带的稳定处理.汪景俊译.隧道译丛,1978(6):14～25.

[2]吕伯章,朱正山.水底隧道的防水堵漏.隧道工程,1980(2):45～57,44.

[3]崔玖江,徐水根.修建水下隧道的预注浆法.隧道工程,1980(3):81～95.