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1、1,厦门翔安隧道,中 交 第 二 公 路 勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 2011年3月,海底勘察设计技术,2,一、前期研究,二、海底隧道勘察及测量,四、思考及展望,主 要 内 容,三、设计关键技术,3,钻爆法暗挖隧道,一、前期研究,4,海底隧道勘察内容： 海域浅层地震反射勘探； 海上钻孔跨孔地震波CT勘探； 钻探验证； 海上钻孔抽（压）水试验； 海底基岩等深线；,二、海底隧道勘察及测量 勘察,基于勘察成果的深入研究： 不良地质带渗透稳定研究； 暗挖隧道涌水量分析预测 ； 绘制风化深槽的三维形状； 风化槽的成因研究；,F4风化囊,F1风化槽,F2风化槽,F3风化槽,5,厦门市,翔安
2、区,红外三角高程方法,GPS平面控制网,精度要求：二等控制测量网 贯通误差：平面误差影响值60mm 高程误差影响值25mm,二、海底隧道勘察及测量 平面、高程控制网,6,应用GPSRTK与数字测深集成技术实现水下地形数据的采集； 将GPS-RTK与数字测深仪集成进行水下离散点数据采集； 离散数据经不规则三角形构网和等值线追踪构建DTM模型；,通风口海底地形模型,二、海底隧道勘察及测量 海底地形测量与DTM的建立,7,1）国内第一条大断面海底隧道： 属于世界性的工程，建设规模大、工程经验少、技术难度高、社会影响大； 2）地质条件较复杂： 已探明多处风化深槽/囊、透水砂层，施工中地质不确定性较大；
3、 3）施工风险大： 水压较高、富水，施工堵水、注浆加固难度大；存在突涌水、大塌方等灾害性事故的可能性。,三、设计关键技术 工程特点,8,厦门岸海岸线,翔安岸海岸线,五通滚装码头,五通码头遗址及部队军营,接仙岳路及 环湖里互通,接翔安 大道,环岛路,环东海域公路,F1,F4,F2,F3,D线位,C线位,E线位,村镇,翔安岸潮间带,三、设计关键技术 1. 平面设计,路网规划 路线控制节点 风化槽空间形态研究,研究及设计阶段对3条平面线形方案深入研究，形成最终线位。,9,F4,F1,F2,F3,透水砂层,设计按最大纵坡：3%控制，隧道最深处：海平面下约 70m。,最深处离海平面70m,三、设计关键技
4、术 2. 纵断面设计,主要控制因素： 隧道洞顶岩层最小安全顶板厚度 工程类比、岩体断裂损伤研究、流固耦合分析、爆破影响 最大纵坡 工程地质情况、隧道通行能力、隧道内行车速度、隧道通风运营等,10,主隧道之间的净间距在5055m之间 计算分析：净间距大于22m时，两隧道之间相互影响很小,屈服应力分布图（净间距22m）,屈服应力分布图（净间距24m）,三、设计关键技术 3. 隧道断面设计,11,主洞建筑限界及净空断面,主洞建筑限界 净宽：13.0m 净高：5.0m,主洞建筑内轮廓 周长：40.4m 面积：122,服务隧道断面布置,服务隧道内轮廓采用近圆形断面 净宽：6.5m， 净高：6m； 周长：
5、19.9 m， 面积：31.4 ,三、设计关键技术 3. 隧道断面设计,12,净空断面拟定原则： 不宜选取仰拱扁平的断面结构形式 衬砌墙角处弧线的半径不宜小 仰拱部分与墙角部分所承受的弯矩值很大，设计进行局部加厚,主洞净空断面拟定,推荐断面,比选断面,三、设计关键技术 3. 隧道断面设计,13,全、强、弱风化、断层破碎带地段全封闭，海底微风化地段限量排放方案。,全封闭方案,限量排放方案,三、设计关键技术 4. 支护体系设计,14,结构模型试验研究,初期支护：全部土压力 + 水压力（考虑折减） 二次衬砌： 全部静水压力 + 全部围岩压力（考虑成拱效应、初支失效） 采用渗流分析和围岩压力三维数值偶
6、合分析，对支护体系的结构安全进行分析,支护体系设计原则,三、设计关键技术 4. 支护体系设计,15,三、设计关键技术 4. 支护体系设计,16,陆域及浅滩段全强风化层,海底风化槽段,富水砂层段,注浆加固+大管棚+超前小导管+钢支撑+钢筋网+锁脚注浆钢花管 +喷射混凝土+补偿注浆,地下连续墙降水+钢支撑+钢筋网+锁脚锚管+超前小导管 +喷射混凝土+补偿注浆,超浅埋段 钢支撑+钢筋网+锁脚锚管+超前小导管+大管棚 +喷射混凝土+注浆加固,浅埋段 钢支撑+钢筋网+锁脚锚管+超前小导管+补偿注浆,主要不良地段初期支护体系组合,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,17,软岩大变形段开挖方法研究（CR
7、D法、双侧壁导坑法） 合理的支护参数、包括临时支撑参数 最优分部开挖施工步序 最优掌子面封闭距离和时间,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,18,考虑将注浆止水与加固围岩结合，采用全、半断面（帷幕）超前预注浆技术进行处理,超前预注浆设计,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,19,超前预注浆设计,超前预注浆方案关键技术 高水位下渗流封堵 高水位下的软弱地层变形控制,开挖塑性区、渗流场分析,注浆厚度VS拱顶沉降,注浆圈强度VS拱顶沉降,确定最优注浆参数 注浆圈厚度选择 注浆材料选择 渗透系数控制,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,20,锁脚锚管对控制钢架下沉及收敛作用较好，对围岩有一
8、定的加固作用,系统锚杆控制洞周位移和提高支护安全性的作用比较有限,系统锚杆施加前,常规设置锁脚锚管,增加设置锁脚锚管,系统锚杆施加后,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,系统锚杆、锁脚锚杆作用对比,21,仰拱注浆前,仰拱注浆后,富水地层有条件地段采用连续墙结合降水可有效改善暗挖施工条件、提高安全性,对临时仰拱或者仰拱下部注浆加固，减小全环封闭后的整体下沉。,仰拱注浆作用研究,地下连续墙+井点降水,三、设计关键技术 5. 不良地质段设计,22,构建多重防水体系 围岩注浆堵水 初支背后回填注浆堵水 防水板、分区防水 结构自防水（接缝处理）,防排水体系荷载设计原则 “半包式”，以堵为主，限量排放
9、,三、设计关键技术 6. 防、排水体系设计,23,全封堵方式下注浆圈外、衬砌背后水压力分布图,排水量为43.28ml/s时水压分布,封堵方式选择 对于全封堵防水，水压力计算不能折减 注浆圈本身承受了很大的水压力，衬砌背后的水压力折减明显 从安全角度出发，二次衬砌应按全水压设计;,重视补偿注浆设计 初期支护与围岩间空洞形成水囊，会使隧道排水量增大,三、设计关键技术 6. 防、排水体系设计,24,分区防水 隧道的防水分成小区 区域内预先设置注浆管，利于补充封堵,结构自防水 二衬混凝土配合比研究 确保混凝土浇筑饱满、密实不留空洞 浇筑和养护相对于配合比设计更为重要,接缝防水 采取多道防线，采用背帖式
10、止水带+P201止水条。 防水封闭点的设计,三、设计关键技术 6. 防、排水体系设计,25,地下水对混凝土、钢结构具有腐蚀性。设计应按基准周期100年考虑： 耐久性设计要求 二次衬砌高性能混凝土要求氯离子扩散系数满足210-12m2/s。 防侵蚀措施 通过混凝土配合比试验，拌合物性能试验，力学性能、变形性、耐久性，热学性能、抗裂性能试验等，以及聚丙烯纤维、不同外加剂、不同水泥的高性能混凝土对比试验。 推荐采用粉煤灰与矿渣粉复掺方案，粉煤灰与矿渣粉之比为1:2 。 混凝土强度大于C50。,三、设计关键技术 7. 耐久性设计,26,隧道的建成通车，无疑对中国隧道建设技术的进步和发展，起到了里程碑式的作用。 国内在建和规划的海底、河底隧道越来越多。渤海湾 、琼州海峡、台湾海峡修建隧道的可能性已不是展望。 目前我院正在设计：南京纬三路过江隧道（江底盾构法）、港珠澳侧接线珠海拱北隧道（围堰明筑法）、武汉地铁3号线过汉江隧道（江底钻爆盾构法），以及主编行业规范公路水下隧道设计规范，翔安隧道建设的经验及不足需要进一步总结和吸取。,四、思考及展望,27,谢 谢!,中交第二公路勘察设计研究院有限公司 CCCC Second Highway Consultants Co.,Ltd 地址：武汉经济开发区创业路18号 网址: 电话:027-84214000 邮编:430056,
