海底隧道修建技术国际研讨会资料海底隧道会议讲稿.ppt

海底隧道不良地质体及结构界面的变形控制技术 张顶立 北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心 穿越不良地质体和地层结构界面是海底隧道建设的控制性工程，不良地质体及结构界面的稳定性及其与海水的连通状况不仅影响到施工技术难度和工程风险，而且也是隧道埋置深度等参数设计的控制性因素。 海底隧道不良地质段工程特点： (1) 风险性大，易于出现突水等灾难性事故； (2) 施工进度慢，施工方法复杂，通常还要带水施工； (3) 需要特殊的支护和超前预支护手段； (4) 需采取特殊的防排水方案和技术措施。 因此一直以来，在海底隧道的规划、设计、施工和运营阶段，不良地质段都是重点考虑的内容，有时甚至会影响到隧道方案的可行性。这已为世界多项越江跨海工程的实践所证实。 海底隧道透水机制分析 海底隧道所面临的主要问题是施工过程中的突涌水事故和运营过程中的渗漏水，其中施工阶段的水害防治更为人们所关注。 而事实上，海底隧道施工中的突涌水事故多发生在不良地质段及地层结构界面的位置。 海底隧道突水的主要形式 地层界面与海水沟通 隧道接近透水界面；开挖引起界面错动；加固效果不理想。 地层过度变形引起地层开裂 地层过度变形造成破坏后丧失隔水功能；地层沉降不协调造成松动和膨胀，渗透系数呈量级增加。 地层坍塌诱发海水涌入 冒顶使顶板厚度减小；爆破等作业使冒顶范围增大；坍塌诱发结构界面滑移。 上述所造成的结果对海底隧道施工都将是灾难性的，但其预防的措施和监测的内容则有所不同。 海底隧道突涌水控制的关键 由分析可见，上述3种形式的隧道突水都与隧道施工引起的地层变形密切相关，因此海底隧道不良地质段施工中除对不良地质体进行可靠的注浆加固外，严格控制地层变形也是其核心内容之一。 隧道施工引起的地层变形 地层变形的传递关系 隧道开挖面前方因较大的水平变形而引发地表沉降，而此时对应位置的拱顶因尚处于三维受力状态而沉降很小，甚至小于对应位置的地表沉降量； 随开挖面接近，拱顶沉降迅速增大，而后稳定在拱顶下沉值的87%左右，显然地表沉降量包含失水固结所引起的部分。 隧道施工过程中的拱顶下沉 地层水平变形分析 随着隧道的开挖，隧道周围地层首先发生水平位移和沉降，进而向外传递，地层软弱时可影响到开挖面前方数十米的范围。 隧道上覆地层的侧向和轴向水平位移值分布，其总体规律是地表的水平位移最大，接近隧道层位的位移值较小。 与地层沉降相反，采用双侧壁法施工的水平位移远大于CRD工法时的对应值。 因此采用双侧壁法施工时应重点加强水平支撑，以有效地控制水平变形。 地表裂缝扩展过程 裂缝扩展特点 地表起裂位置约在开挖面前方20～40 ｍ，地表开裂顺序为：起裂→开裂加速→开裂稳定。 CRD施工时超前5 m左右裂缝展开加剧,掌子面通过7 m后裂缝展开趋势变缓,掌子面通过25 m后裂缝处于稳定状态,此时裂缝宽度约为15 mm。 双侧壁时裂缝的展开较为剧烈,展开速度几乎保持恒定,左、右侧导通过10 m后,裂缝处于稳定状态,此时裂缝宽度约为30 mm。 水平位移矢量的梯度方向为地表裂缝扩展方向，即裂缝法线方向与位移矢量平行。 地表开裂伴随着地层的变形而发展，显然其裂缝状态、规模及展布情况与地层变形密切相关。地表开裂受水平位移的影响更加明显，由于水平位移的分布不同造成了裂缝的发育深度的差异，海底段施工时裂缝的发育深度对施工安全影响更加明显。 CRD与双侧壁工法的比较 根据实测结果，CRD法施工时的水平位移为20～50 mm，地表开裂1～15 mm；双侧壁法施工时的水平位移40～70 mm，相应的地表开裂为1～30 mm。 因此，CRD工法比双侧壁法更有利于控制地层开裂。 超前帷幕注浆对地层沉降的影响 加固后的地层强度和刚度均得到不同程度的提高，隧道围岩的破坏区范围减小，变形明显降低； 在水压不大于1.0 MPa时，海底隧道正洞(通常3车道)的注浆加固圈厚度不小于6 m，小断面服务通道的有效加固圈厚度不小于5 m； 在开挖过程中要保持正面注浆，以防止开挖面坍塌。 初支背后回填注浆作用明显 初支形成后，背后的空隙对地层沉降影响明显，而回填注浆对控制地层沉降至关重要，而且非常有效； 注浆时机对沉降也具有明显影响； 显然，及时回填注浆后地层沉降得到了有效控制，这也是海底隧道不良地质段控制地层沉降较为有效和经济的技术措施。 不良地质段的地层沉降控制 不良地质段的安全施工是核心技术之一，在准确探测不良地质体的基础上对其进行可靠的加固无疑是非常重要，也是隧道施工的前提，然而对加固后地层及结构界面