海底隧道工程施工重難點及對策

劉軍強

（中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 100018）

0 引言

目前，在沿海城市道路建設(shè)中，海底隧道工程的施工質(zhì)量與安全性要求比其他隧道更加嚴格。眾所周知，隧道工程施工非常復(fù)雜，其涉及范圍更加廣泛，而海底隧道在隧道工程施工中的難度更大，存在更多的施工重難點，針對這些重難點進行全面系統(tǒng)的分析，并結(jié)合具體情況提出合理性建議，以促進海底隧道工程施工的可持續(xù)發(fā)展。

1 工程簡介

1.1 工程概況

青島膠州灣隧道工程是一項大規(guī)模的跨海工程。該隧道是以城市道路功能為主、兼有公路功能的隧道，設(shè)雙向雙洞分離式6車道，中間設(shè)置服務(wù)隧道。隧道采用斷面為3孔橢圓形斷面形式穿越海域段，兩側(cè)為主隧道，中間為服務(wù)隧道。隧道沿線設(shè)有通風(fēng)豎井、海底泵房、車行橫洞、人行橫洞及各項運營管理設(shè)施，是目前我國大陸地區(qū)最長的大斷面海底隧道。該隧道的橫斷面布置如圖1所示。

圖1 隧道橫斷面布置

1.2 水文

1.2.1 波浪

膠州灣海域是深入內(nèi)陸的半封閉性海灣，以薛家島、團島連線為界，與黃海相連通。灣口只有1條東南角寬約3km的海峽，連接海灣內(nèi)水域與黃海。灣腹較大、灣內(nèi)水域闊，四周多山丘，岸線較曲折，地形比較復(fù)雜。水深變化較大，流速、流向不同，故該海區(qū)的波浪狀況相對復(fù)雜。從海區(qū)的氣象條件、地形分布及地理位置可看出，波浪主要是經(jīng)膠州灣灣口從外部海域傳入的涌浪和北向風(fēng)在海灣內(nèi)形成的風(fēng)浪。

1.2.2 潮汐

根據(jù)潮汐類型指數(shù)計算結(jié)果可以看出，海域潮汐類型屬正規(guī)半日潮，經(jīng)分析計算膠州灣大港驗潮站的觀測資料，各站潮汐特征值如表1所示。

表1 膠州灣各站潮汐特征值（大港潮高基準面）

膠州灣區(qū)域內(nèi)潮汐總的特點是落潮流速小于漲潮流速，膠州灣表層流速略大于底部流速，其他各層流速大致相同。落潮歷時大于漲潮歷時1～2h；最大漲潮流速比最大落潮流速大15cm/s以上，灣口附近漲落潮流速差最大超過57cm/s。最快漲潮和落潮流都出現(xiàn)在高潮前2～3h和高潮后2～3h，最小潮流發(fā)生時刻在高潮時。

灣口隧道斷面最快漲潮流速可達1.6m/s，流向226°。灣口團島的岬角處和天然航槽處最快漲潮流速可達1.38m/s，流向272°，最快落潮流速可達l.32m/s，流向94°。

1.3 工程地質(zhì)條件

項目主隧道、服務(wù)隧道主要為花崗巖、正長斑巖、角礫熔巖、流紋斑巖、凝灰?guī)r等火山巖地層，依據(jù)其風(fēng)化、完整程度及隧道頂板厚度等狀況分為Ⅱ～Ⅴ共4個等級。不良地質(zhì)主要為斷層破碎帶，特別是海域中的斷層破碎帶。因其巖體破碎、自穩(wěn)能力很差，施工開挖中極易發(fā)生塌方，并可能伴隨發(fā)生突泥突水，從而危害工程安全。

2 工程重難點

2.1 重點

2.1.1 海域段隧道施工應(yīng)避免突水、涌水和塌方事故的發(fā)生

項目隧道海域段通過8條斷層及破碎帶，在斷層及兩側(cè)影響帶內(nèi)地下含水量較大，左線隧道、服務(wù)隧道最大涌水量為16 155.8，7 971.45m3/d，斷層及裂隙帶是海水滲流的通道，加上壓力較高的海水無窮補給，如果施工技術(shù)和安全方案使用不當、超前預(yù)支護及超前預(yù)注漿止水、堵水失敗，將會造成突水和涌水，其后果將不堪設(shè)想。因此，如何防止突水、涌水和塌方事故的發(fā)生是項目的重點。

2.1.2 海底隧道混凝土耐久性的施工質(zhì)量控制

項目的設(shè)計基準期100年，隧道混凝土設(shè)計為耐久性混凝土?；炷聊途眯再|(zhì)量直接關(guān)系到隧道的使用壽命及將來的運營安全，因此海底隧道混凝土耐久性的質(zhì)量控制也是項目的另一個重點。

2.1.3 出渣排水

項目主隧道最大縱坡為3.448%，服務(wù)隧道最大縱坡為8.7%，下坡施工，出渣運輸為重車上坡。海底隧道的進口和服務(wù)隧道口均向上傾斜，地下水位就是海平面，滲水不能自然流出。進口至項目終點水位高差很大，需配足排水設(shè)備分段接力排出洞外，以防突水引起災(zāi)害。

2.2 保證隧道大斷面及小間距施工安全是項目難點

因大斷面地段受斷層及破碎帶、風(fēng)化的影響，地質(zhì)松散，裂隙發(fā)育、自穩(wěn)能力較差。加上覆蓋層地面以上有建筑物、動荷載，覆蓋層地面以下有市政管線，設(shè)計為多導(dǎo)洞分步開挖、分步支護，拆小環(huán)拼大環(huán)，最后分段逐步封閉成環(huán)，分段襯砌存在多次支撐應(yīng)力轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換均存在不同沉降。因此，保證大斷面施工時安全是項目的重點和難點。

3 應(yīng)對措施

3.1 海域段隧道施工防止突水、涌水和塌方事故的應(yīng)對措施

1）海域段隧道施工以地質(zhì)勘查、水平超前鉆孔、取芯鉆探、TSP203、地質(zhì)雷達和地質(zhì)素描等綜合手段進行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，并將幾種預(yù)報手段綜合運用，取長補短、相互補充及佐證，有針對性地采取防治措施，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

2）因服務(wù)隧道斷面較小，以服務(wù)隧道先行施工，后施工主隧道的組織方案探明前方地質(zhì)情況，并進行斷層破碎帶全斷面超前預(yù)注漿或帷幕注漿現(xiàn)場試驗，為主隧道后序施工提供技術(shù)支持；及時檢查評價巖體前方及周圍注漿質(zhì)量，保證超前預(yù)注漿或帷幕注漿具有可靠的施工質(zhì)量。

3）注漿鉆孔時需安裝鉆孔防突、防涌裝置；鉆孔后快速注水泥-水玻璃雙液漿快速堵水及止水，必要時噴射混凝土或澆筑混凝土墻并注漿防水。

4）采用減振控制爆破方案，Ⅱ～Ⅲ級圍巖采用下導(dǎo)洞超前、擴挖法施工，Ⅳ級圍巖采用上下臺階法施工，Ⅴ級圍巖采用CD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法炸藥低單耗施工。

5）斷層破碎帶施工嚴格按“早預(yù)報、管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的24字方針進行施工。

3.2 隧道襯砌結(jié)構(gòu)混凝土耐久性應(yīng)對措施

1）進行混凝土及膠凝材料抗裂性對比試驗，從中優(yōu)選抗裂性能良好的水泥及各項原材料，杜絕采用含有氯離子原材料；嚴把原料關(guān)和配合比，施工前應(yīng)進行混凝土試拌及現(xiàn)場試驗，以確定混凝土拌合施工工藝參數(shù)；嚴格控制混凝土攪拌、運輸、澆筑、養(yǎng)護質(zhì)量。

2）建立有效的施工監(jiān)測和反饋系統(tǒng)，監(jiān)控混凝土拌合溫度、施工溫度，嚴格控制隧道襯砌結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3）采用纖維砂漿保護層墊塊保證鋼筋保護層厚度及鋼筋定位的準確性，確?；炷帘Ｗo層厚度。

4）做好防排水施工，控制海水滲入，避免腐蝕結(jié)構(gòu)。

3.3 出渣排水應(yīng)對措施

1）渣土運輸車應(yīng)采用大功率運輸車，車斗裝渣不宜過多，爬坡時采用低檔前進。

2）隧道外排水是在隧道進口段采用反坡，并設(shè)置排水溝，防止雨水進洞。

3）隧道內(nèi)排水是在泵房內(nèi)采用大功率抽水設(shè)備，分階段抽水，直至排到洞外。

3.4 保證隧道大斷面安全施工應(yīng)對措施

1）嚴格按照上述24字方針進行施工。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分步、分臺階開挖，及時分步襯砌；每個導(dǎo)坑均采用光面爆破，軟弱地層采用小段面機械開挖法施工，以減小對圍巖的擾動。

2）通過圍巖量測、地表沉降觀測、爆破振速等監(jiān)測信息，及時掌握地層變形動態(tài)，用整理出的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)隧道施工。

4 結(jié)語

根據(jù)上述內(nèi)容，在海底隧道施工前應(yīng)做到有疑必探、先探后挖，施工中采用超前地質(zhì)鉆孔、超前地質(zhì)預(yù)報、紅外探水、TSP203、RAMAC/GPR地質(zhì)雷達等綜合方法進行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，確保在掌握地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的隧道施工技術(shù)。同時，要對施工中的重難點進行研究，通過針對性的技術(shù)措施解決施工中的難題，提高海底隧道工程的施工質(zhì)量與安全。