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1、公路 隧道 2 0 1 1 年第 3期 总第 7 5 期 翔 安海底 隧道 结构 维修养护分 区研 究 曾佳亮 曾 超 张建斌 王明年 1西南交通大学成都6 1 0 0 3 1 2厦门路桥建设集团有限公司厦门3 6 1 0 2 6 摘 要本文针对厦门翔安海底隧道的实际施工情况 以该隧道的工程地质和围岩级别作为 1 级分区指标 隧道 埋深为 2级分区指标 地下水为 3级分区指标 围岩及初期支护变形为 4级分区指标 采用由整体到局部 由粗略 到详尽的分区原则进行逐级分区 最终得到主隧道以及服务隧道的分区情况 左线隧道沿纵 向方向共 2 9个区 右 线隧道沿纵向方向共分 2 8个区 服务隧道沿纵向方
2、向共分为 2 1 个区 海底隧道将来的维修养护工作可以针对各 个分区的不同情况采用不同的维修养护手段及对策 使得海底隧道的维修养护工作和长期监测工作更具针对性 关键 词海底隧道隧道结构维修养护分区分区指标 L 一 1 刖 置 厦 门翔安隧道是一项规模宏大 的跨海工程 1 J 隧道由左线隧道 右线隧道和服务隧道组成 左右线 隧道 断面跨度大 地质条件复杂 海水腐 蚀严重 且 沿隧道纵向方向工程地质条件 地下水 施工方法和 设计参数不断变化 加之施工期 间初期支护变异特 性也各不相 同 以及陆域 陆海过渡段 海域地下水 对结构施工影响和对结构的时间相关 的腐蚀程度相 差很 大 因此为 了更详 细了
3、解不 同隧道 区段 的工程 实际情况 进行海底隧道 的分 区段研究非常有必要 一 般 隧道围岩级别 比较差 的地段容易 出现病 害 2 本文以围岩级别作 为 1级分 区指标 对 于矿 山法施工的海底隧道 不 同的埋深情况下 海底隧道 受力情况差别也很大 本文将隧道埋深作为第 2分 区指标 海底隧道将来是在海水这种恶劣 的环境下 运营的 地下水的腐蚀情况对海底隧道的维修养护 影响很大 引 本文将其作为第 3分 区指标 海底隧道 在施工过程 中对 围岩及初期支护变形进行 了现场监 控量测 本文将 其作为第 4分 区指标 4个分 区指 标是从粗略到细致 的一个过程 后面 的分区指标都 是在前 面一个
4、指标分 区结果基础上再进行 细分 的 下面对各分区指标进行详细的分析 2 1 级指标 分区 厦门翔安海底隧道穿越地层依据基岩风化程度 可分为全风化 W 强风化 W 弱风化 Wz 微 风化 W 4个风化带 按围岩级别划分主要分为 V 级 级 级 级 I级 5个围岩级别 依据工程 现场掌子面地质素描可知海底隧道 V级围岩主要为 全 强风化花岗岩地层 隧道起始段主要穿过砂质粘 质土 V 和第 四系粘质土 V 陆域和浅滩段主要穿 过全强风化花 岗岩地层 海底段 主要穿过 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6全强风化深槽 海域浅滩段穿越富水 砂层 采用海底 隧道的工程地质和围岩级别作为 1 级
5、分区指标对隧道进行分区 可得左线隧道各 区段 具体里程见表 1 限于篇 幅 本文出了左线隧道 V 级 围岩 的部分分 区情况 同理可得右线隧道及 服务 隧道的分区情况 表 1 左 线隧道 1级指标 V级 围岩分 区里程区段 隧道名称 围岩级别 风化程度 里程 区间 长度 m 总长 m F1 Z K8 2 7 0 ZK8 3 3 0 6 0 F2 Z Kl O l 6 0 ZK1 0 2 5 0 9 0 F 3 Z K1 O 7 0 0 Z K1 O 6 5 0 5 0 左线隧道 V 海底风化槽 5 0 G F4 Z K8 8 8 5 ZK9 0 0 0 1 1 5 F5 Z K8 4 2 7
6、ZK8 4 5 7 3 0 F6 Z K1 O 9 6 O ZK1 1 1 2 0 1 6 0 富水砂层 Z Kl 1 8 5 0 Z K1 2 0 5 0 2 0 0 2 0 0 砂质粘质土 V1 Z K6 6 0 0 Z K7 1 1 0 5 1 O 5 1 O 全 强风化花 岗岩 V 1 Z K7 l 1 O Z K7 5 4 0 4 3 0 7 6 0 左线隧道 V Z K1 l 5 2 O Z K1 l 8 5 0 3 3 0 Z K8 2 4 0 Z K8 2 7 0 3 0 强风化花 岗岩 V 1 2 7 0 Z Kl l 2 8 0 ZK11 5 2 0 2 4 0 砂质粘土
7、V1 Z K1 2 0 5 0 Z K1 2 3 3 0 2 8 0 2 8 0 第 四系粘质土 V 2 Z K1 2 3 3 O Z K1 2 4 4 5 1 1 5 1 1 5 1 7 公路 隧道 2 0 1 1 年 第 3期 总第 7 5期 3 2级指标分 区 3 1 隧道埋 深 分界值 确 定 公路隧道设计规范 l 4 中规定了浅埋隧道分界 深度 H 一 2 2 5 h 荷载等效高度 h q 一0 4 5 2 1 式中 为宽 度 影 响 系数 以隧 道 开 挖 宽 度 B一5 m为基准 B为每增减 l m 时 围岩压力 的增减 率 O 1 i B一5 当 B 5 m 取i 0 1 S为
8、围岩级别 如 级围岩 S 一2 由于翔安海底隧道采用矿 山法施工 所 以 级围岩取 H 一2 5 h I 级围岩取 H 一2 0 h 将左 右线隧道开挖跨度设定为 1 6 5 m 服务隧 道开挖跨度设定为 7 5 m 则可得左右线行车隧道和 服务隧道的分界深度 依据实 际工程情况 工级 围岩范围内为深 埋 可得翔安海底隧道深埋 浅埋和超浅埋分界深度 表 2 表 2 左 右线行车隧道和服务隧道埋深分界深 度 隧道名称 围岩级别 浅 超埋 h m 深 浅埋 H m 埋 深 H m 埋深形式 H 1 6 超浅埋 V 1 5 5 3 8 7 1 6 3 9 深埋 左 右线 H 8 超浅埋 行车隧道 7
9、 7 1 9 4 8 1 9 深埋 I级 依据实际工程情况 此 围岩级别范围 内均为深埋 H 9 超浅埋 V 9 2 2 5 9 2 2 5 深埋 服务隧道 H 4 5 超浅埋 4 5 1 1 2 5 4 5 1 1 2 5 深埋 I 依据实际工程情况 此 围岩级别范围 内均为深埋 表 3 左线隧道砂质粘质土V 段深浅埋分区情况 围岩级别 里程 区间 埋深 m 埋深形式 总长 m Z K6 6 O 0 Z K6 9 4 0 7 O 4 1 6 超浅埋 3 4 0 砂质粘质土 V Z K6 9 4 O Z K7 1 1 0 1 6 1 8 6 浅埋 1 7 0 3 2 2级指标分 区结果 由上表
10、 2确定的不 同围岩级别隧道深浅埋分界 值 在围岩级别和工程地质条件确定的分区基础上 以隧道埋深作为 2级分 区指标再次进行分 区 从而 确定各区段深浅埋分界里程和长度 表 3列出左线 隧道砂质粘质土V 段的 2 级分区情况 4 3级分 区指标 翔安海底隧道地下水根据所处地域不同分为陆 域 潮间带 海域 3部分 在不 同区段地下水的腐蚀 性情况不一样 1 陆域地下水 陆域 地 下水 浅 部 一般 为 中性 淡 水 P H 值 在 6 6 4 7 1 5间 但 受所处环 境 的影 响 变化 较大 1 8 其矿化度和水化学类 型具分带性 从远离海域到近 海区矿化度 由小变大 1 7 9 4 6 3
11、 3 5 0 mg 1 而在过 渡带上则高达 1 0 0 0 0 mg 1 以上 水化学 类型则 由 HC O 3 C a 渐变为 HC O 3 C l Na C a乃至 C l Na型 深部地带呈弱酸性 依据 岩土工程勘察规范 L 5 GB 5 0 0 2 1 2 0 0 1 可得 陆域地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐 蚀性 对钢结构具弱腐蚀性 2 海域地下水 海域地下水 无论是抽水初期或抽水终期地下 水的化学成分变化不大 与海水成分也极相近 均为 中性碱水 水 化学 类 型为 C 1 一Na Mg型 按 照 公路工程地质勘察规范 J T J 0 6 4 9 8 附录 D的 判定 海域地下
12、水在 类 环境下对混凝土均具有弱 曾佳亮 等翔安海底隧道结构维修养护分区研究 结晶类 弱结晶分解复合类腐蚀作用 依据 岩土工 程勘察 规范 G B 5 0 0 2 1 2 0 0 1 可得 海域地下水对 钢筋混凝土结构 中钢筋具弱腐 蚀性 对钢结构具中等腐蚀性 3 过渡带地下水 过渡带地下水对钢筋混凝土结构 中的钢筋具有 弱腐蚀性 对钢结构具有 中等腐蚀性 依据 厦门翔安隧道地质勘察报告 和现场水成 份分析实验 确定 陆域 段 潮 间带 和海 域段分界 里 程 表 4列 出了左线隧道的地下水分界里程 从而 可以确定隧道各区段地下水性质和对隧道结构的腐 蚀性 由表 4确定的陆域 潮问带和海域段分
13、界里程 在 2级分 区的基础上 以地下水性质 3级分区指标 再次进行分 区可得左 右线行 车隧道和服务隧道 3 级分 区情况 表 4 左线隧道陆域 潮间带和海域段分界里程 地下水区段 分界里程 地下水类型 ZK6 6 0 0 Z K7 7 5 0 陆域段 中性淡水 ZK1 2 l 8O Z K1 2 4 4 5 ZK7 7 5 0 Z K8 2 1 0 潮间带 过渡带腐蚀性水 Z Kl 1 1 40 Z K1 2 1 8 0 海域段 Z K8 2 1 O Z K1 1 1 4 0 腐蚀性碱性海水 5 4级指标分 区 5 1 初期支护变形及预留变形量 翔安海底隧道在 修建过程 中 初期支护异 常
14、变 形情况 比较普遍 主要包括拱顶下沉 水平收敛以及 临时支护变形异常 依据现场对左线 右线和服务 洞 围岩及初期支护变形监测数据 以拱顶下沉量作 为判定隧道是否发生异常变形的主要判定指标 以 预留变形量作为判定基准 对不 同围岩级别 不 同埋 深 不 同地下水性质情况下各区段进行再次分 区 从 而 了解隧道沿纵向方 向围岩及初期支护变形情况 各 围岩级别 的预 留变形量见表 5 下面以 H 代 表 拱顶下沉量 L代表预留变形量 表 5 各 围岩 级别的预留变形量 mm 围岩级别 V I 左 右线隧道 1 2 O 1 0 0 7 0 0 服务隧道 8 0 6 0 3 0 O 通过现场观察和异常
15、报告可知 当 H 2 L时 隧道可能会 出现险情 需要隧道初期支护采取加 固 措施 当 L H2 L区 段里程为 Z K6 7 2 0 Z K6 7 6 0和 Z K6 8 4 0 Z K6 9 4 0 L H 2 L 区段 里程为 Z K6 6 5 0 Z K6 7 2 0和 Z K6 7 6 0 Z K6 8 4 0 拱顶沉降量 H2 L L H 2 L H L Z K6 7 2 O Z K6 7 6 0 ZK6 6 5 0 ZK6 7 2 0 里程区段 Z K6 6 O O Z K6 6 5 0 Z K6 8 4 0 Z K6 9 4 0 ZK6 7 6 0 ZK6 8 4 0 区段总长
16、 m 1 4 0 1 5 O 5 0 ZK6 7 3 0 ZK6 7 4 5 Z K6 6 8 0 Z K6 7 0 0 Z K6 7 6 0 ZK6 8 4 0 位移监测 断面 Z K6 7 1 5 Z K6 7 8 0 Z K6 6 2 5 Z K6 6 5 0 ZK6 8 6 0 ZK6 8 8 0 ZK6 9 2 0 ZK6 8 0 0 Z K6 8 2 0 塌方里程 区段名称 Z 1 Z 2 Z 3 6 结论与建议 翔安海底 隧道是 国内修建 的第 1条海底隧道 地质条件复杂 施工难度大 再加上其恶劣的运营环 境 将来 的维修养护工作必须 引起重视 本文 以该 隧道工程地质和围岩 级别作为 1级分 区指标 埋深 为 2级分区指标 地下水为 3级分区指标 围岩及初 期支护变形为 4级分区指标 采用由整体到局部 由 粗略到详尽的分 区原则进行逐级分 区 最终得到该 隧道 的最终分区情况 主要研究结果如下 1 左线隧道沿纵 向方 向共分 2 9个区 其 中风 化深槽段分 6个区域 富水砂层段分 2 个 区域 其他 V级 围岩共分 2 1区域 2 右线隧道沿纵 向方向共分 2 8个