厦门翔安隧道关键技术

1、汇报内容第一部分 工程概况第二部分 立项背景及主要研究内容第五部分 学术贡献及推广应用情况第三部分 关键技术第四部分 主要研究成果及创新点第六部分 结束语第一部分 工程概况地理位置:连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道。兼具公路和城市道路双重功能 场地条件:洞口施工场地开阔,公路直达施工场地.仙岳路厦门大桥海沧大桥西滨高集海堤翔安大道环东海域公路东通道翔安集美同安海沧厦门岛一、工程概况 一、工程概况 厦门翔安海底隧道是一项规模宏大的跨海工程，工程分为左右线隧道和服务隧道。线路全长8.659km，其中隧道长6.05km，两岸接线长2.747。该工程跨越海域总长约4200m，采用钻爆暗挖法修建。主

2、隧道设双向六车道，开挖断面成马蹄形，开挖宽度为17m左右。隧道起点K6+540竖井K7+850，内径8.3m，深约45m隧道终点K12+485竖井K11+250，内径8.3m，深约45m西滨互通服务、管理区起点K5+909终点K14+647五 通翔 安1、工程地质条件 工程场区为花岗岩地层，主要不良地质有：陆域长距离全强风化层及海域段多处全强风化深槽（囊）； 最大纵坡：3%；最深处：海平面下约 70mF3F1F4F2F1、F2、F5：全强风化深槽；F4：全强风化深囊 全强风化层海水最深约30m陆域长1170m且有地表建筑物、水塘F5 拱顶最大静水压力0.68MPa级：61，级：39。其中海域段

3、隧道长1482m,级1232m,占83.1，覆盖层28.444.8m,最大水深26.2m。2、横断面设计52m22m服务隧道行车隧道：设三车道，净宽14.5m、净高 10.5m；建筑内轮廓面积：122平米；开挖断面总面积168m2，服务隧道：净宽 6.5m，净高 6m，建筑内轮廓面积：33平米；上部为检修通道、逃生通道；下部为市政管廊：直径1米供水管、 22万伏高压电缆、通信光缆，施工中超前掘进兼作地质导洞。二、工程重难点2.9%2.5%0.5%1、长距离浅埋全强风化软岩地段施工2、海底强风化深槽、岩脉侵入体等地段施工3、隧道地下水极其发育，防排水要求高，施工难；且隧道为反坡施工，排水难度大。

4、4、结构防水三、工程风险点2.9%2.5%0.5%陆域软土隧道变形失稳；软硬不均地层坍塌;海域风化深槽及岩土交接面突涌水。不可预知地质风险第二部分 立项背景及主要研究内容 尽管钻爆法在我国已经很成熟，有许多经验可引用，也有不少教训可借鉴，但是，由于厦门东通道是我国采用钻爆法施工的第一条海底隧道，具有海底隧道独有的特点，技术难度和施工风险都较大，且工程规模大，政治、社会影响大等。为确实做到方案合理、方法可行、措施可靠、风险可控，保证施工安全、快速、优质、无隐患及少维修，并确保出高质量科技成果，针对其施工技术难题和关键技术进行立项研究和攻关是十分必要的。 一、立项背景 1、长距离全风化花岗岩地层（

5、土层）浅埋大跨隧道防坍陷沉技术研究2、海底隧道富水风化深槽段施工技术研究3、海底隧道结构防排水施工技术研究4、海底隧道涌水突泥防治技术研究二、主要研究内容第三部分 关键技术1、长距离全风化花岗岩地层（土层）浅埋大跨隧道防坍陷限沉技术2、海底隧道富水风化深槽段施工技术3、海底隧道结构防排水施工技术4、海底隧道涌水突泥防治（防灾）技术2.9%2.5%0.5%一、长距离全强风化花岗岩地层的防塌和限沉技术1、场区工程地质及水文地质概况 陆域段主要为全强风化花岗闪长岩、岩体已呈砂质粘土或砂质亚粘土状，饱含水。其中穿越全风化层700多米，全强风化层近400米。埋深317m的浅埋段占陆域总长度的80%以上。

6、2.9%2.5%0.5%2、全强风化花岗岩地层隧道施工难点 (1) 1170米杂填土、砂质粘土、软硬不均地层遇水软化泥化、掌子面坍塌甚至突泥、涌砂。 (2)陆域段埋深浅，地表易沉降且陆域段地表有民房、桥梁、军事设施及环岛路等构筑物，施工不当将造成严重后果。2、全强风化花岗岩地层隧道施工难点 (3)陆域段采用CRD工法长距离施工，如何改进施工步距、步序控制沉降以及提高机械化水平加快封闭和施工进度，意义重大。 (5)孤石爆破风险。3、总体思路 通过对CRD工法施工步序、施工步长、支护参数、机械配套、辅助措施、临时支撑拆除等进行技术改进和创新研究，实现防沉陷、防塌方、防冒顶、防突泥、防涌砂、防涌水、

7、防灾难性事故发生的“零”死亡及快速施工目标。确保最危险地段初期支护结构强度、刚度和稳定性；确保二次衬砌尚未达到强度不能承受各种外荷载时不被压裂或掉块，保证二次衬砌工程质量。 总结出一套先进的、实用性强的长距离软弱富水地层大断面隧道安全、快速施工技术，并为今后类似工程提供宝贵的技术支持和经验借鉴。4、主要方案实施信息化施工 对CRD工法进行创新改进，加快支护封闭和施工进度选用合理的施工参数及有效的辅助施工措施 主要辅助措施：地表深井降水、多种形式的小导管周边注浆、洞内真空降水、局部注浆加固堵水、超前大、小管棚控制要点：陆域段地下水极其丰富，如何治水更是施工的关键点。地表深井降水井管采用D=200

8、mm硬质PVC管，沿隧道两侧开挖轮廓线外2.5m布井，井点间距8m，井深至隧底下2.5m，或进入基岩2m。降水一般提前开挖半个月开始进行，开挖10m过后停止。(1)地表深井降水(2)小导管外阀单向式分段注浆加固隧道周边土体小导管外阀单向式分段后退注浆工作原理如图所示（周边35m后退式)：(3)袖阀管注浆稳定开挖面袖阀管分段后退式注浆方法一般适用于成孔条件较好的地层，且钻孔过程中不会发生涌水突泥，水平注浆加固长度一般不超过15m，厦门海底隧道陆域段全强风化花岗岩注浆长度一般控制在6m以内，其施工工艺如图所示。1地面；2水泵房；3总水管；4弯连管；5井点管；6过滤器； 7元地下水位线；8降低后地下

9、水位线；9基坑 洞内真空降水设备选用JSJ60卧式真空抽水机组，最大可带动30根井点管。降水施工中一般同时带动812根井点管。 真空井点降水成井采用高压水枪成孔，孔径约30cm，孔深多为4-6m。(4)洞内真空降水真空降水原理图(5)CRD工法开挖 施工步序及支护参数的确定 陆域段流塑状全强风化地层采用CRD工法开挖，施工步序采用部部部部的顺序有利于施工，见下图；同时需要加强支护体系。衬砌类型初期支护二次衬砌S5b25注浆锚杆L=4.0m，边墙设置8钢筋网双层20 x20cmC25喷射砼厚32cm22b工字钢间距50cm厚度55cmC30钢筋混凝土陆域段加强后的支护参数改进后的施工步序及步长，

10、一般每部错开8-10m，1部和4部之间的长度控制在40米以内 机械选择及配套技术 CRD工法进行开挖支护，以部部部部的施工工序进行。平均每个断面大小约40多平方米，所以开挖时选用体积较小的小型挖掘机，人工风镐配合进行开挖修整成型。机械开挖采用特定的小型MX337挖掘机,将每部上台阶土体开挖并扒碴至下台阶，然后采用皮带机传输至下部出碴车。部、部采用XL4200直臂挖机或PC120挖机直接开挖装碴、 部开挖出碴施工现场照片 CRD工法支护作业设备选择及配套技术由于喷浆料运输车不能将喷浆料直接送至部、部，如果通过机械把喷浆料下部提升至、部，工序太烦琐，用时过长，本工程通过在掌子面后方垂直向地表打投料

11、口来解决喷浆料的运输问题，喷浆料运输车将喷浆料运至地表的投料口，通过投料口将喷浆料传送到隧道内的自卸翻斗车上，再运到喷浆作业面，既方便又快捷。地表砼运输投料口 地表沉降及洞内监测监控量测经验表明，CRD工法最大沉降一般发生在第一部开始开挖到最后一部封闭期间，占整个隧道沉降和变形的95以上，CRD工法最后一部封闭后隧道沉降和收敛迅速减少并接近稳定，要尽可能缩短CRD各部之间的距离，加快各部的封闭时间。通过采用新型的CRD工法，地表降水，洞内真空降水，多种形式的注浆加固堵水等辅助施工措施，能够将地表沉降及洞内变形控制在设计值范围内，能够保证施工安全。 施工效果未采用新型CRD工法前支护结构严重变形

12、并开裂注浆后注浆前注浆前后对比采用新型CRD工法后CRD施工效果图开挖过后的环岛路面及跨路线桥安然无恙二、海底风化深槽施工技术1、风化深槽情况简介厦门翔安海底隧道施工中，五个风化深槽是主要的不良地质体，且地质条件复杂多变，施工风险很大。风化深槽情况简介详见下表中所列。 项目风化槽规模（m）长度跨度埋深（m）水深（m）水量m3/h地质简述F16036.053.725.750以W3强风化花岗岩为主，夹二长岩岩脉，两侧为W2弱风化花岗岩，围岩级别为级F28856.565.818.223以W3强风化花岗岩为主，两侧为W2弱风化花岗岩（破碎围岩）F411559.570.62830以W3强风化花岗岩为主，

13、夹二长岩岩脉，两侧为W2弱风化花岗岩，围岩级别为级F53048.658.321.212W2、W3夹杂，围岩破碎，地下水发育W3岩芯W2-3岩芯F1F4F2F3F5F1F4F2F3存在与海水相连的贯通裂隙， 最大水压达0.68MPa 最大水量达50m3/h.地质复杂，土、砂、石交杂易发生突水、涌泥等事故2、海底段风化深槽施工重难点F53、研究思路 通过对风化深槽稳定性分析、超前地质预报手段和方式、风化深槽注浆堵水方案、施工方法的研究，实现防塌方、防冒顶、防涌水、防灾难性事故发生的“零”死亡及快速施工目标。 总结出一套先进的、实用性强的海底风化深槽（断层）大断面隧道安全、快速施工技术，并为今后类似

14、工程提供宝贵的技术支持和经验借鉴。4、处理方案探堵挖5、地质预报技术5、地质预报技术（1）注浆堵水方案的选择研究 根据风化深槽的地质条件、隧道埋深、设计要求、施工方法、机械设备等因素综合考虑，海底段风化深槽注浆技术主要选择了四种方法：全断面超前预注浆、上半断面超前预注浆、周边帷幕注浆、周边大管棚和小导管注浆。选择标准见下列表。 适用条件注浆方案上半断面稳定情况下半断面稳定情况探孔最大出水量m3/h水压力MPa水中泥沙含量kg/m3全断面注浆无法自稳无法自稳200.3100上半断面注浆无法自稳可以自稳100.210上半断面周边帷幕注浆无法自稳可以自稳50.11小导管和大管棚注浆可以自稳可以自稳1

15、0.050.1几种主要超前注浆方法的优缺点优缺点注浆方案注浆工艺设备投入施工效率安全性工程费用全断面注浆复杂多低好大上半断面注浆复杂多较低好较大上半断面周边帷幕比较复杂少较高较好较小大管棚和小导管注浆简单少高较好小超前预注浆方案选择6、超前预注浆技术（2）注浆材料的选择 根据一系列注浆材料配比试验结果，从强度、凝胶时间、结石率、流动度、耐久性、经济性等指标对比分析，同时考虑价格因素，海底隧道不同地层注浆材料选择方法如表中所示。海海底隧道不同地层条件下注浆材料的选择地层岩石性钻孔涌水量Q（m3/h）水压力P(MPa) 主要注浆材料全风化花岗岩Q20P0.2普通水泥浆、HSC浆、普通水泥-水玻璃浆

16、10Q200.1P0.2MFC浆、普通水泥-水玻璃浆Q10P0.1MFC浆、超细水泥-水玻璃浆强风化花岗岩Q20P0.2普通水泥浆、HSC浆、普通水泥-水玻璃浆10Q200.1P0.2普通水泥浆、MFC浆、超细水泥-水玻璃浆Q10P0.1MFC浆、超细水泥-水玻璃浆中、微风化花岗岩Q10P0.1MFC浆、超细水泥-水玻璃浆Q10P0.1MC-20浆、超细水泥-水玻璃浆（3）注浆参数的确定 注浆加固范围的确定 左线隧道和服务隧道超前预注浆加固范围为：（12）D，具体设计指标为：左线隧道为开挖范围及开挖轮廓线外5m。 注浆压力和浆液扩散半径 注压力一般为：P注=P土+ (1.02.0)MPa a.

17、全风化花岗岩 海底隧道几个风化槽的埋深一般为3050m, 最大土压力为0.61.0MPa，经过现场试验，注浆终压为24MPa，浆液扩散半径一般R为12m。 b.强风化花岗岩 在隧道位置实测最大水压力0.5MPa，根据类似工程经验及经过现场试验，注浆终压为23MPa，浆液扩散半径一般R为22.5m。 注浆孔终孔间距 在注浆终孔断面上，根据注浆扩散半径进行注浆设计时，不应有注浆盲区存在，同时注浆孔尽量均匀布置，并且有利于钻孔，一般进行梅花形布孔，以获得较佳的注浆加固体厚度，减少注浆盲区。 注浆量及注浆速度 a.全风化花岗岩注浆的注浆量及注浆速度 全风化花岗岩以挤密和劈裂注浆为主, 为了达到较好的注

18、浆效果，应进行低压慢注，注浆速度应控制在530l/min,注浆结束时，注浆速度应小于5l/min。 b.强风化花岗岩注浆的注浆量及注浆速度 强风化花岗岩注浆以渗透填充注浆为主,注浆量主要与地层的空隙率有关，前期注浆速度应控制在3050l/min，后期注浆速度应控制在530l/min，注浆结束时，注浆速度应小于5l/min。（4）注浆工艺 注浆工艺主要包括分段前进式注浆，孔口止浆钻杆后退式注浆、钢管孔底注浆、大管棚和小导管注浆等。注浆顺序为先外圈，后内圈，最后在隧道周边采用大管棚注浆加固，开挖过程中采用小导管注浆。注浆方式优 点缺 点适用地层1分段前进式注浆适用性强，操作简便，易保证注浆效果。重

19、复扫孔次数多，工艺复杂，工作量大，工效低。地层软弱破碎，水量较大，成孔困难。2钻杆后退式注浆工效高，重复扫孔工作量小，能实现定位、控域注浆。易卡钻杆，工艺比较复杂，对孔口密封要求较高。地层软弱破碎，水量较小，成孔困难。3钢管孔底注浆能保证孔底及钻孔全长均有浆液，能起到棚架作用。工艺比较复杂，成孔要求高，地层加固作用强。地层软弱破碎，基本无水，成孔比较容易。 几种注浆工艺的优缺点比较表（5） 钻孔注浆设备配套 其主要设备配套为：2台C6多功能钻机，1台PH15单液注浆泵，4台KBY-50/70双液注浆泵，3台HSKYS-1高速水泥浆搅拌机。 项目标准单位涌水量(l/minmm）探孔涌水量(l/

20、mmin)胶结体强度(MPa)堵水率(%)取芯率(%)综合评价备注评价指标 0.10 q10.0P106065较差5个条件同时具备4个，可定为相应等级。0.050.11.0q10.010P2060806580一般0.010.050.2q1.020P3080 908090较好 0.01q0.2P309090很好 如果注浆后，表中5个条件同时具备4个，则可评定为相应等级，如表中4个条件不同时具备，则应根据实际情况评定注浆效果，并研究确定是否采用局部、补充注浆等措施。（6）注浆效果检验方法和评价标准 1)分析法 2)钻孔检查法 3)压水试验 4)取样检查法注浆效果检查及注浆效果7、超前大管棚预支护技

21、术风化槽帷幕注浆及管棚施工图注浆孔卡萨C6钻机KBY50/70 注浆机卡萨C6钻机大管棚8、开挖支护技术CRD工法 三台阶法 初期支护均采用22工字钢双层支护 认真作好监控量测围护结构变形隧道洞内收敛支护结构内力出水量观测 监测项目实施第三方监控量测9、监控量测 厦门翔安隧道最大静水压力达到0.68MPa。根据海底隧道实际的地质情况和施工要求，采用“以防为主，排堵结合，限量排放”的防水原则，贯彻“初期支护防水、防水卷材防水、二次衬砌防水”的三道防水理念。保证二次施工过后，做到衬砌之后表面不漏水、不渗水。隧道总体按三重注浆堵水、分区防水的形式防治地下水。对变形缝、施工缝等特殊部位采用多道防线处理

22、 。三、海底隧道结构防排水技术1、翔安隧道防排水设计初期支护防水防水卷材防水二次衬砌防水超前预注浆加固堵水；喷砼自身防水补偿注浆堵水；透水软管引排水半包式分区防水理念，“十”字缝处增设P201止水胶变形缝、施工缝“三道防水”选用合理的配合比，有效的措施提高砼自身性能设计纵横向排水盲管及水沟排水由防渗肋条、纵横向止水带构成防水分区示意图对二衬表面渗漏水部位，通过预埋注浆系统在渗水分区内进行水溶性聚氨酯等化学浆液（也可采用超细水泥）填充注浆堵水（1）初期支护防水 初期支护作为第一道防水措施，采用C25具有抗渗性能的防腐蚀喷射混凝土，起到基本堵水的作用。 针对软弱富水围岩地段，开挖之前，通过大、小管

23、棚、超前小导管、小导管周边超前注浆、帷幕注浆等辅助措施对掌子面前方土体进行预加固及堵截地下水。其它围岩较好的出水地段，则直接采用小导管注浆技术进行堵水，在水量明显的通水通道处，采用安设排水管进行引流。 初期支护施工过后，表面若有较大的出水点或出现大面积的漏水现象，则采用补偿注浆赌水技术进行处理，进一步封闭地下水流径通道，确保初期支护背后的密实一体化，减少地下水的渗入量。（2）防水卷材防水采用2mm厚PVC防水板及400g/m2无纺布缓冲层；半包式防水；边基处无纺布包裹110 HEPD波纹管，引排防水板后面地下水；防水板采用无钉铺设，热合焊，双焊缝，焊接采用瑞士进口的Leister爬焊机；防水板

24、表面预埋注浆嘴，并由防渗肋条及背帖式止水带构成防水分区。变形缝、施工缝处采用三道防水措施：外层设带注浆管背贴式PVC止水带，中间设置带注浆管膨胀橡胶止水带（条），内侧预留2.53.8cm槽，内填水泥基结晶渗透主动式防水材料（变形缝内填聚氨酯密封胶）；纵横向施工缝交接处是衬砌防水的薄弱地点，为了保证其防水效果，增加2m长1.5cm宽0.8cm厚P201遇水膨胀防水胶,呈十字叉布设中埋式止水条背帖式止水带防火板 防水层施工后，必须严加防护， 否则极易破坏，导致防水质量下降乃至完全失效。在焊接钢筋时必须用石棉水泥板或其它防火板进行遮挡，以免灼伤防水层；在浇筑二衬混凝土时，振捣棒要特别注意不得接触防水

25、层， 因为由振捣棒引起的对防水层的破坏不易被发现、也不易修补。 该配合比3天抗压强度为28.6Mpa，28天强度为61.7Mpa，28天抗渗等级达到S12,90天氯离子扩散系数为1.241810-12m2/s，均满足设计要求。（3）高性能混凝土设计施工 材料水胶比砂率水泥水细集料粗集料减水剂粉煤灰矿渣粉材料规格-P.42.5饮用水Mx=2.62.8中河砂525反击破碎石意大利马贝-X4141级S95磨细矿渣粉用量0.3241%25415571310203.9178156翔安隧道结构按照设计基准周期按100年考虑，由于海底隧道的特殊性，结构混凝土强度为C45，衬砌混凝土3d抗压强度不低于21MP

26、a，抗渗等级为S12，90d氯离子扩散系数2.010-12/s，并适当掺加优质掺合料如粉煤灰复掺矿碴粉。根据工程相关要求，翔安隧道结构砼采用南京水科院为本工程设计的砼配合比，见下表，砼生产由专业砼公司进行。 研究制作仰拱栈桥，仰拱一次性整体施做 。 砼加冰，确保入模温度小于10度拱墙衬砌采用10m模板台车进行全幅一次性浇注，泵送混凝土四、海底隧道涌水突泥防治技术1、海底隧道高压突涌水危险源分析(1)施工过程中作业面出现涌水突泥；(2)开挖时造成掌子面坍塌，造成海水倒灌；(3)开挖过程中沉降变形引起的围岩二次裂缝并贯穿到海底，形成突涌水。2、防涌水突泥措施 （1）物理探测：采用TSP宏观掌控前方围岩地质，雷达在探孔无法实施地段进行超前探测，以精确了解开挖面前方工程、水文地质，做到“有挖必探、不探不挖”。 （2）超前钻探：在高风险源地段，实施水平钻探，根据探孔出水量来确定是否能需要继续注浆加固堵水或进行开挖，钻探时，在孔口安装孔口管及止水球阀来防止钻孔突水。一般要求单孔出水量不大于0.2L/m.h，方达到注浆堵水效果，才能进行开挖作业。 （3）注浆堵水：翔安隧道在施工中，针对陆域软弱富水围岩地段及海底风化深槽地下水及其发育，极易突泥涌水段，采用超前预注浆措施