橋梁在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,尤其是大跨徑橋梁,經(jīng)常需要考慮來(lái)往船只的噸位,來(lái)決定橋梁的設(shè)計(jì)高度,往往因此增加了橋梁的修建難度以及施工工期,但是海底隧道的存在就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題,那么海底隧道主要的施工工藝又有哪些,哪些地方是我們同樣可以運(yùn)用到別的工程中去呢?
一、海底隧道軟弱地層施工穩(wěn)定性控制研究
1.緒論
1.1 研究目的
從國(guó)外海底隧道施工現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)看,在海底隧道施工方面都積累了一定的經(jīng)驗(yàn),但在富水、軟弱地層中修建大斷面隧道并無(wú)先例,因此,本課題結(jié)合x(chóng)x海底隧道的地質(zhì)條件復(fù)雜、開(kāi)挖斷面大、無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒等特點(diǎn),對(duì)軟弱地層施工方法、沉降控制、輔助工法等進(jìn)行深入研究,總結(jié)出一套適合軟弱地層、大斷面、海底隧道施工的技術(shù)和方法,利用研究成果指導(dǎo)施工,優(yōu)化設(shè)計(jì),非常具有實(shí)際意義。
1.2 研究?jī)?nèi)容
本課題緊密結(jié)合x(chóng)x海底隧道施工,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值計(jì)算和理論分析進(jìn)行研究。
(1)利用數(shù)值方法,模擬現(xiàn)場(chǎng)土層和施工條件,對(duì)CD和CRD工法分別建模計(jì)算、進(jìn)行數(shù)值模擬分析和比較,綜合考慮,確定合理的施工方法;
(2)設(shè)計(jì)六種不同的工況和兩種不同工序,對(duì)各種工況開(kāi)挖過(guò)程中的地層三維變形狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析和總結(jié)變形、失穩(wěn)規(guī)律,在此基礎(chǔ)上優(yōu)化CRD工法各部之間的步距和工序;
(3) 將變形分配控制原理應(yīng)用于隧道施工,確定控制目標(biāo)值,通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋,分步控制,將變形控制在安全范圍之內(nèi);
(4)研究鎖腳錨桿的作用機(jī)理,對(duì)鎖腳錨桿的施工效果進(jìn)行數(shù)值模擬,系統(tǒng)地研究其受力和變形規(guī)律,優(yōu)化鎖腳錨桿的設(shè)計(jì)和施工方法;
(5)建立初支和圍巖相互作用的突變模型,利用初支剛度和圍巖的弱化剛度研究圍巖的突變失穩(wěn)。從理論上解釋了壁后注漿加固機(jī)理,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),驗(yàn)證充填注漿對(duì)控制沉降的作用。
2.陸域淺灘段CRD工法和CD工法施工沉降控制研究
2.1淺埋大跨軟巖隧道施工方法
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)例表明,在各種地質(zhì)條件下隧道施工的方法很多,但適合大斷面隧道的基本施工方法有六種:臺(tái)階法、上半斷面臨時(shí)閉合臺(tái)階法、CD工法、CRD工法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、眼鏡工法(雙側(cè)壁導(dǎo)坑法)。
大量施工實(shí)例統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:
在控制沉降方面施工方法擇優(yōu)順序?yàn)椋弘p側(cè)壁導(dǎo)坑法、 CRD工法、CD工法、預(yù)留核心土臺(tái)階法、臺(tái)階法;
在控制水平位移方面施工方法擇優(yōu)順序?yàn)椋篊RD工法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD工法、上半斷面臨時(shí)閉合臺(tái)階法、臺(tái)階法;
從施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)角度方面擇優(yōu)順序?yàn)椋号_(tái)階法、預(yù)留核心土臺(tái)階法、CD工法、CRD工法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。
xx海底隧道斷面大、圍巖軟弱、地質(zhì)條件復(fù)雜,臺(tái)階法難以適用,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是在對(duì)地表沉降要求特別嚴(yán)的情況下采用的施工方法,所以根據(jù)海底隧道的實(shí)際,只考慮采用CD工法或CRD工法。
本章對(duì)這兩種施工方法進(jìn)行模擬和比較。
2.2 工程及地質(zhì)概況
xx隧道海底段長(zhǎng)4200m,淺灘段上部覆土厚度平均為7.35m,通過(guò)的地層主要為填筑土、粘土、砂質(zhì)亞粘土、黑云母花崗巖,為V類圍巖,開(kāi)挖跨度為16.74m,開(kāi)挖高度為12.261m。
2.3 隧道入口端CD法與CRD法開(kāi)挖引起的沉降量比較
模型建立
采用FLAC3D進(jìn)行計(jì)算分析,模型范圍向下取50m、向上取到地表、隧道左右兩側(cè)各取50m、縱向從洞口取50m。
模型位移邊界條件
隧道左右兩側(cè)給定X方向位移約束;底面給定Z方向位移約束;縱向邊界面(不包括洞口邊界面)給定Y方向位移約束。
模型中采用8節(jié)點(diǎn)六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,地層及管棚加固區(qū)采用摩爾-庫(kù)侖模型,隧道結(jié)構(gòu)采用線彈性模型,模型共劃分16900個(gè)單元,18438個(gè)單元節(jié)點(diǎn)。
施工臺(tái)階長(zhǎng)度為15米時(shí)各工況拱頂最大沉降量
CD法施工 導(dǎo)洞1、2分別向前開(kāi)挖20、5m時(shí)拱頂最大沉降86mm
CRD法施工 導(dǎo)洞1、2分別向前開(kāi)挖20、5m時(shí)拱頂最大沉降66mm
CD法施工 導(dǎo)洞1、2、3、4分別向前開(kāi)挖45、30、25、10m時(shí)拱頂最大沉降98mm
CRD法施工 導(dǎo)洞1、2、3、4分別向前開(kāi)挖45、30、25、10m時(shí)拱頂最大沉降68mm
2.4 本章小結(jié)
(1)采用CD法施工,臺(tái)階長(zhǎng)度分別為5m、10m、15m米時(shí)隧道拱頂最大沉降分別為91、94、98mm,因?yàn)榕_(tái)階越長(zhǎng),整體封閉成環(huán)時(shí)間越長(zhǎng),所以產(chǎn)生的沉降越大;
(2)雖然臺(tái)階短,封閉成環(huán)時(shí)間短,拱頂產(chǎn)生的沉降小,但臺(tái)階長(zhǎng)度一般不宜小于5m,如臺(tái)階過(guò)短,上臺(tái)階開(kāi)挖施工機(jī)械難以擺放,且下臺(tái)階掌子面過(guò)早暴露,上下臺(tái)階開(kāi)挖相互擾動(dòng)影響過(guò)大,反而增大圍巖變形;
(3)采用CRD法比CD法施工拱頂沉降將明顯減小,臺(tái)階長(zhǎng)15米拱頂最大沉降僅68mm,比CD法減小30mm,這是由于CRD法的腰撐能及時(shí)閉合掌子面,腰撐成為臨時(shí)仰拱,在阻止結(jié)構(gòu)初期下沉方面起了關(guān)鍵作用,因此拱頂沉降明顯減小。
3.陸域淺灘段CRD工法步距和工序沉降控制作用研究
3.1 概述
大斷面軟弱地層修建隧道,CRD工法是一種比較有效的方法,本章結(jié)合實(shí)際施工狀況優(yōu)化CRD工法步距和步序,將拱頂沉降控制在最小范圍內(nèi)。
根據(jù)xx海底隧道出口端地層軟弱、易膨脹、穩(wěn)定性差等特點(diǎn),設(shè)計(jì)六種開(kāi)挖與支護(hù)工況,利用數(shù)值方法模擬開(kāi)挖過(guò)程中的地層三維變形狀態(tài),總結(jié)變形、失穩(wěn)規(guī)律,優(yōu)化開(kāi)挖支護(hù)方案,解決施工技術(shù)難題。
3.2 地質(zhì)狀況及面臨的問(wèn)題
隧道陸域段為全風(fēng)化花崗巖,這種圍巖未擾動(dòng)之前堅(jiān)硬、干燥、穩(wěn)定,而開(kāi)挖暴露、遇水后則迅速膨脹、軟化,自穩(wěn)能力急劇下降。如果工序銜接不緊、掌子面封閉不及時(shí)、CRD步距過(guò)大、拱腳積水等會(huì)導(dǎo)致圍巖變形異常。
△噴射混凝土開(kāi)裂
這些異常變形表現(xiàn)為噴射混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、臨時(shí)支護(hù)變形嚴(yán)重、初支受到破壞等。以下對(duì)產(chǎn)生大變形的原因進(jìn)行分析,以詳細(xì)了解CRD工法施工各導(dǎo)洞變形比例分配、各導(dǎo)洞步距和施工順序?qū)Τ两档挠绊,提出CRD施工變形控制措施,指導(dǎo)施工。
△臨時(shí)支護(hù)嚴(yán)重變形
3.3 CRD工法導(dǎo)洞步距對(duì)沉降量的影響
為掌握CRD步距對(duì)拱頂沉降的影響,選取地質(zhì)條件基本相同,但步距不同的兩段進(jìn)行監(jiān)測(cè), 步距和監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)下表
根據(jù)第二章模擬結(jié)果,同樣工況下CRD1、2部步距分別為15、10、5m時(shí)拱頂最大沉降量分別為99、95、91mm,可見(jiàn)步距會(huì)對(duì)拱頂沉降造成一定的影響,步距越大,沉降越大。
3.4 兩種不同施工工序計(jì)算分析
3.5 本章小結(jié)
(1)兩種工序,導(dǎo)洞1開(kāi)挖產(chǎn)生的拱頂沉降所占整體沉降的比例都最大,從32%-37%,因而控制導(dǎo)洞1的沉降量對(duì)減小最終拱頂沉降有決定意義;
(2)同等條件下,1234工序控制拱頂沉降的效果優(yōu)于1324工序,1234工序沉降232.2mm,而1324工序沉降263.5mm,可見(jiàn),從數(shù)值理論上分析,1234工序更有利于控制拱頂沉降。因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖洞跨比決定自然成拱能力,土體大部分應(yīng)力要由結(jié)構(gòu)承擔(dān),洞跨比越大,變形就越大;CRD工法中,先開(kāi)挖12導(dǎo)洞后開(kāi)挖34導(dǎo)洞,其受力機(jī)理相當(dāng)于CD法;先開(kāi)挖13導(dǎo)洞后開(kāi)挖24導(dǎo)洞,相當(dāng)于臺(tái)階法,顯然,CD法控制沉降優(yōu)于臺(tái)階法。
(3)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值分析結(jié)果看,仰拱閉合對(duì)拱頂沉降起著決定性作用,單個(gè)導(dǎo)洞未閉合之前沉降占總沉降75%以上,因此,應(yīng)加快仰拱閉合;
(4)從六種工況、兩種工序數(shù)值分析得到的拱頂最大沉降值看,按設(shè)計(jì)要求正常施工,拱頂沉降可以控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi);
4.變形分配控制原理及其在隧道中的應(yīng)用研究:
4.1概述
軟弱地層大斷面海底隧道施工是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)工程,涉及到多種工藝、多道工序,自始至終是動(dòng)態(tài)的、不斷變化的過(guò)程,因此它對(duì)拱頂下沉、水平收斂和地表沉降的影響是一個(gè)累積的效果,所以可以把對(duì)拱頂沉降和地表下沉的控制標(biāo)準(zhǔn)分解到每個(gè)施工步序中,形成施工各具體步序的控制標(biāo)準(zhǔn)或控制指標(biāo),只要單個(gè)步序的沉降量得到控制,則最終變形量就能得到控制,這就是所謂變形分配控制原理。
變形分配控制的優(yōu)點(diǎn)
(1)將總體變形控制量分解到每個(gè)工序,明確每步控制目標(biāo),操作性強(qiáng);
(2)對(duì)構(gòu)筑物變形有一個(gè)整體規(guī)劃,可以明確施工控制的重點(diǎn);
(3)及時(shí)掌握監(jiān)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏離動(dòng)態(tài),及時(shí)處理,避免風(fēng)險(xiǎn)的累積, 使變形控制處于積極、主動(dòng)的地位。
將變形分配控制原理應(yīng)用于xx海底隧道
(1)首先,通過(guò)數(shù)值計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)確定控制的目標(biāo)值;
(2)其次,通過(guò)監(jiān)測(cè)掌握變形信息,與目標(biāo)值對(duì)照;
(3)最后,分析過(guò)度變形原因,采取措施,確保累計(jì)變形量小于目標(biāo)值。
4.2 目標(biāo)控制值的確定
通過(guò)第三章CRD法施工1234工序進(jìn)行數(shù)值模擬,得到各導(dǎo)洞開(kāi)挖完畢累計(jì)沉降量及分部沉降比率(目標(biāo)值)如下表:
注:I-II部步距10m;II-III部步距10m;III-IV部步距10m;二襯-IV部步距80m。
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),水平位移控制目標(biāo)為:相對(duì)收斂允許值是兩測(cè)點(diǎn)間距的0.8%。
根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,得出各部變形控制目標(biāo)值,以各部目標(biāo)控制值為標(biāo)準(zhǔn),在施工中進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,使分步變形量低于分步控制目標(biāo),確保整體控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
4.3 異常變形控制措施
01 盡早設(shè)置臨時(shí)仰拱,使支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)
02 控制臺(tái)階長(zhǎng)度
03 初支背后及時(shí)充填注漿
04 實(shí)施超前降水
05 設(shè)置鎖腳錨桿
06 及時(shí)處理拱腳積水
07 加強(qiáng)仰拱注漿
08 超前注漿加固地層
5.鎖腳錨桿作用機(jī)理數(shù)值模擬分析:
5.1概述
軟弱地層修建大斷面隧道,為減小基底弱化和初支懸空引起的下沉,尤其是在地層軟弱、含水量大、拱腳積水的情況下,增設(shè)鎖腳錨桿對(duì)控制拱頂下沉的效果非常明顯。
本章建立鎖腳錨桿的力學(xué)分析模型,通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),系統(tǒng)研究鎖腳錨桿受力和變形規(guī)律,并據(jù)此分析了各影響因素與拱頂沉降的關(guān)系,最后優(yōu)化鎖腳錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法。
△現(xiàn)場(chǎng)施作鎖腳錨桿
△錨桿布置示意圖
5.2 鎖腳錨桿作用機(jī)理及在工程中的運(yùn)用
鎖腳錨桿作用原理是將錨桿打入鋼拱架背后圍巖并注漿,通過(guò)錨桿漿液擴(kuò)散、滲透到巖層中,以提高圍巖的力學(xué)性能和自穩(wěn)能力,控制圍巖變形。
隧道在施工中,部分?jǐn)嗝婀绊斚鲁疗,造成初支侵限,甚至發(fā)生大變形危及結(jié)構(gòu)安全,為控制各部及整體下沉,施工中每榀工字鋼增設(shè)四根Φ42mm,壁厚3mm,L=3m的無(wú)縫鋼管注漿鎖腳錨桿。
5.3 數(shù)值模擬分析
5.3.1 位移分析
采用鎖腳錨桿前后行車隧道位移變化數(shù)值模擬情況見(jiàn)下表, 施作鎖腳錨桿后,1、3部拱頂下沉分別減小20.8%和23.1%,水平收斂分別減小9.2%、11.5%,采用鎖腳錨桿可有效減小拱頂下沉和水平收斂。
5.3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性分析
采用鎖腳錨桿前、后支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性變化情況見(jiàn)下表,由表可知:采用鎖腳錨桿后初期支護(hù)各部位的安全系數(shù)均比不采用時(shí)有所提高。
注:軸力、彎矩和安全系數(shù)欄中分子、分母分別為采用鎖腳錨桿前后的數(shù)值。
5.3.3 鎖腳錨桿沉降與所受荷載的關(guān)系
隨著荷載增加錨桿端頭豎向位移呈線性增加,下圖給出了錨桿不同角度荷載和錨桿露頭部下沉值的關(guān)系。
5.3.4 鎖腳錨桿作用效果與打入角度、注漿的關(guān)系
由下圖知,無(wú)論哪種工況,拱腳錨桿以25º施作時(shí)控制沉降效果最佳。錨桿注漿可增加錨桿的抗彎剛度,漿液擴(kuò)散形成的注漿體可提高錨桿的抗拔力,從計(jì)算結(jié)果看,注漿之后錨桿端部沉降減小20%。
5.3.5 墊塊對(duì)鎖腳錨桿作用效果影響
由上表計(jì)算結(jié)果可知,鎖腳錨桿注漿并加墊塊比不加墊塊沉降減小15-20%,與不注漿相比加墊塊后沉降減小40%。主要因?yàn)槠淇箯潯⒖辜、抗拉等性能都得到了很好的發(fā)揮,其內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。
5.4 計(jì)算結(jié)果及結(jié)論
通過(guò)研究,本章得出如下結(jié)論:
(1)采用鎖腳錨桿可有效控制隧道拱頂下沉和水平收斂;同時(shí)鎖腳錨桿可提高初支結(jié)構(gòu)的安全性;
(2)當(dāng)角度一定時(shí),隨著荷載的增加,錨桿豎向位移呈線性增加;在同等施工條件下,拱腳鎖腳錨桿施作25度左右控制沉降的效果最佳;
(3)不同工況下沉降值相差比較大,不注漿沉降最大,其次是注漿,再次是加墊塊。注漿后比不注漿沉降減小20%左右;注漿加墊塊沉降值能減小40%;
(4)加墊塊后鎖腳錨桿的彎矩、剪力、拉力等內(nèi)力值都有顯著的增加。
6.軟弱地層滲透擠密注漿沉降控制研究
6.1 海底隧道注漿技術(shù)綜述
軟弱地層海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)突出,一旦圍巖變形較大,極易引發(fā)突水、塌方。為確保掌子面的穩(wěn)定和隧道施工安全,進(jìn)行注漿加固和堵水是非常必要的。通過(guò)全強(qiáng)風(fēng)化地層注漿前后地層力學(xué)特性的變化,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),對(duì)注漿后圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
△注漿效果圖片
6.2 壁后注漿的作用
壁后注漿的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:提高圍巖的剛度(彈性模量)、強(qiáng)度(粘聚力和內(nèi)摩擦角),增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性;在含水地層,壁后注漿還可以減小滲漏,防止圍巖遇水弱化,其作用同樣是增加圍巖剛度。
6.3 軟弱地層滲透擠密注漿對(duì)控制沉降的影響
在注漿試驗(yàn)段選取兩個(gè)沉降較大的點(diǎn),繪制注漿前后沉降曲線見(jiàn)下頁(yè)圖6.1~6.2 ,從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,注漿有效的控制了圍巖的變形。
注漿前掌子面泥塑狀不穩(wěn)定
注漿后掌子面干燥穩(wěn)定
6.4 本章小結(jié)
初期支護(hù)背后滲透擠密注漿,水泥漿液充填初支圍巖間的空隙,以及土體間的空隙,增強(qiáng)密貼程度,提高圍巖和初支的承載力,控制變形,主要體現(xiàn)為兩種作用:
(1)滲透作用:指在壓力作用下漿液充填土中的孔隙,擠排出孔隙自由水,而基本上不改變?cè)瓲钔恋慕Y(jié)構(gòu)和體積,所用注漿壓力相對(duì)較小。
(2)滲透和擠密作用:漿脈周圍土體被滲透和擠密,從而增加周圍土體的密實(shí)度和強(qiáng)度,減小滲透系數(shù),這是一種綜合效果。
通過(guò)充填注漿,使顆粒間的空隙充滿漿液并使其固化,這種注漿不改變?cè)两Y(jié)構(gòu),但是充填其原有空間為密實(shí)連續(xù)體,有效的控制了地層水的滲入,改善原有圍巖受力條件,有效的控制了沉降。
7.結(jié)論
課題結(jié)合x(chóng)x海底隧道進(jìn)行研究,取得如下成果:
1.xx海底隧道斷面大、圍巖軟弱、地質(zhì)復(fù)雜,臺(tái)階法難以適用,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序多,進(jìn)度慢,一般是在地表沉降要求特別嚴(yán)的情況下才采用的施工方法,因此,重點(diǎn)只需考慮采用CD或CRD工法;為此,對(duì)CD和CRD工法分別建模計(jì)算,對(duì)這兩種工法進(jìn)行數(shù)值模擬分析和比較,經(jīng)綜合比選,最后確定采用更合理的施工方法—CRD工法,它既保證了xx海底隧道的施工安全,又節(jié)約了成本,加快了施工進(jìn)度,創(chuàng)造了月掘進(jìn)73米的高速度;
2.利用數(shù)值方法模擬6種工況、2種工序開(kāi)挖過(guò)程中的地層三維變形狀態(tài),并結(jié)合實(shí)際施工中的變形監(jiān)測(cè)狀況,不斷調(diào)整優(yōu)化CRD工法各部步距、開(kāi)挖順序和施工工藝。這項(xiàng)創(chuàng)新性成果,為軟弱地層大跨隧道采用CRD法提供新經(jīng)驗(yàn),使異常變形得到有效控制,將隧道變形控制在目標(biāo)值之內(nèi);
二、海底隧道穿透水砂礫層施工技術(shù)
透水砂層與隧道關(guān)系縱向剖面圖:
端透水砂層開(kāi)挖后揭示的地質(zhì)情況
富水砂層與海水連通,砂層侵入隧道內(nèi)長(zhǎng)度達(dá)259m,其余191m在拱頂以上不足1米,極易發(fā)生坍塌和突涌水。
△掌子面揭示的粗顆粒黃砂
△掌子面揭示的粉細(xì)白沙
端透水砂層段施工方法:
綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探明砂層分布形態(tài)、性狀;
地下連續(xù)墻止水圍幕;
連續(xù)墻內(nèi)進(jìn)行井點(diǎn)降水;
洞內(nèi)采用TSS導(dǎo)管超前注漿;
采用CRD工法開(kāi)挖。
洞內(nèi)采用TSS導(dǎo)管超前注漿
三、海底隧道穿越海域風(fēng)化深槽施工技術(shù)
隧道穿越的風(fēng)化槽簡(jiǎn)介
隧道穿越5條風(fēng)化深槽,F(xiàn)1累計(jì)寬278m、 F2累計(jì)寬220m、 F3累計(jì)寬255m、 F4累計(jì)寬212.5m、 F5累計(jì)寬153m、累計(jì)長(zhǎng)約風(fēng)化槽總長(zhǎng)度為1118.5m,風(fēng)化槽內(nèi)巖體強(qiáng)度低,自穩(wěn)能力差,受到較大的動(dòng)水壓力,存在滲透破壞的可能,是最大的施工風(fēng)險(xiǎn)。
穿越海域風(fēng)化深槽施工流程:
1、超前鉆孔取芯精確定位風(fēng)化槽位置和分布性態(tài)
2、風(fēng)化槽施工前施做防水閘門
3、施做止?jié){墻
4、全斷面、半斷面、周邊帷幕注漿
5、注漿效果取芯檢查
6、隧道開(kāi)挖、支護(hù)
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平鉆探:
△風(fēng)化槽巖芯
△探明的地質(zhì)狀況--風(fēng)化槽與隧道關(guān)系
△風(fēng)化槽施工前設(shè)置防水閘門
△風(fēng)化槽施工前施作砼止?jié){墻
全斷面、半斷面、周邊帷幕注漿技術(shù):
海底隧道穿越風(fēng)化深槽施工,史無(wú)前例,無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒;風(fēng)化槽內(nèi),地質(zhì)復(fù)雜,穿越第一個(gè)風(fēng)化槽施工,采用最保守的全斷面帷幕注漿技術(shù)施工,效果較好,但工期過(guò)長(zhǎng),為8個(gè)月。在總結(jié)第一個(gè)風(fēng)化槽施工成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同地質(zhì)條件的風(fēng)化槽,研究應(yīng)用了復(fù)合注漿技術(shù),嘗試采用上半斷面帷幕注漿、上半斷面周邊注漿并獲得成功。在確保安全施工的前提下,采用非全斷面注漿降低了工程造價(jià),每個(gè)風(fēng)化槽施工工期由8個(gè)月縮短到2個(gè)月。
全斷面注漿孔、半斷面注漿孔、周邊注漿孔示意圖
全斷面、半斷面、周邊帷幕注漿加固效果圖
帷幕注漿結(jié)束后施工方案:
開(kāi)挖方法(臺(tái)階法)
上臺(tái)階高度3m
長(zhǎng)度5~8m
核心土長(zhǎng)3m
開(kāi)挖進(jìn)尺0.5~1.0m
開(kāi)挖前采用6m鉆桿超前探孔,不少于3孔
施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),當(dāng)出現(xiàn)異常變形時(shí),立即轉(zhuǎn)換為CD、CRD法施工。
施工中出現(xiàn)險(xiǎn)情應(yīng)急預(yù)案:
應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案:
四、海底隧道海底硬巖控制爆破施工技術(shù)
硬巖控制爆破技術(shù)研究思路
研究思路:
硬巖控制爆破技術(shù)研究方法
研究方法:
理論方法:斷裂力學(xué)、應(yīng)力波理論、水力學(xué)理論等;
試驗(yàn)方法:現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
數(shù)值方法:ANSYS/LS-DYNA大型通用有限元軟件;
△現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
△有限元模擬
爆破作用導(dǎo)致圍巖松動(dòng)圈理論
利用斷裂力學(xué)和爆炸力學(xué)理論深入研究含水裂隙巖體的斷裂破壞機(jī)理及鉆爆開(kāi)挖時(shí)圍巖中的應(yīng)力場(chǎng)和振動(dòng)規(guī)律,在此基礎(chǔ)上確定了爆炸作用下導(dǎo)致的松動(dòng)圈大小計(jì)算公式, 并分析了爆破作用和應(yīng)力重分布對(duì)隧道總松動(dòng)圈大小的影響比例,便于推廣應(yīng)用。該成果具有理論創(chuàng)新性。
海底隧道松動(dòng)圈的確定
1、服務(wù)洞Ⅱ級(jí)圍巖鉆爆開(kāi)挖形成的松動(dòng)圈大小都控制在1米以內(nèi)。曲墻測(cè)試孔爆破松動(dòng)范圍約為0.4~0.6m;底板處測(cè)試孔松動(dòng)圈范圍約為0.5~0.7m;拱頂處測(cè)試孔松動(dòng)圈范圍約為0.4~0.7m;
2、主洞Ⅱ級(jí)圍巖開(kāi)挖在拱頂形成的松動(dòng)圈大小為1.1m,左右曲墻分別為1.0m和0.9m,左邊底板處松動(dòng)圈大小為1.1m。認(rèn)為小斷面Ⅱ級(jí)圍巖松動(dòng)圈大小主要是爆破作用的影響,并總結(jié)了爆破作用和應(yīng)力重分布作用在大斷面Ⅱ級(jí)圍巖松動(dòng)圈大小中各自的影響比例;
3、Ⅴ級(jí)圍巖中鉆爆開(kāi)挖形成的松動(dòng)圈大小在2.0m 左右,超過(guò)了1.5m,按照松動(dòng)圈支護(hù)理論,隧道周邊巖體屬于軟巖,不利于海底隧道圍巖特別是覆蓋巖層的穩(wěn)定,要加強(qiáng)支護(hù)并勤監(jiān)測(cè),防止塌方、大變形等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。