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大断面海底隧道异常变形控制措施研究曾超中国.厦门路桥建设集团有限公司二00七年十一月2020/4/4N0.2一、基本情况二、海底隧道陆域段异常变形分类三、海底隧道异常变形原因分析四、异常变形对策研究和现场应用效果分析五、结论主要内容2020/4/4N0.3一、基本情况1、研究背景2、研究方法2020/4/4N0.4翔安隧道是中国大陆第一条海底隧道，全长约6050m，跨越海域总长约4200m，陆域段长约1850m。在陆域段，行车隧道主要采用CRD法和双侧壁导坑法施工，服务隧道采用台阶法开挖。隧道断面大，地质条件复杂，施工期间，部分隧道断面的拱顶下沉、水平收敛以及临时支撑位移超过了设计（或规范）要求，出现了异常变形。鉴于此，作者带领的课题组以现场量测数据为基础，并结合数值分析，研究了各类异常变形的原因，并提出了相应的对策，以期为海底隧道的后续施工提供一些有益的结论和建议。1、研究背景2020/4/4N0.5海底隧道工程地理位置示意图2020/4/4N0.6海底隧道工程地质条件2020/4/4N0.72、研究方法（1）现场监测4132水平收敛测点5678910拱顶下沉测点位移监测的测点布置图应力监测的测点布置图2020/4/4N0.8（2）现场试验表1-2现场试验分组及试验内容试验类型组号地点试验内容第一组翔安端以左右线、服务隧道掌子面土样为试样，进行6组浸水崩解试验掌子面土体浸水崩解试验第二组五通端以左右线、服务隧道掌子面土样为试样，进行5组浸水崩解试验第一组翔安端在左右线、服务隧道掌子面土体采取7个试样，获取其物理力学指标土工试验、轻型动力触探测试第二组五通端在左右线、服务隧道掌子面土体采取7个试样，获取其物理力学指标2020/4/4N0.9（3）数值解析表1-3海底隧道变更措施研究计算工况表计算模型研究目的计算工况变更措施地质条件二维模型研究各种工程措施及其组合的施工效果工况一系统锚杆Ⅴ级围岩工况二加强临时支护工况三锁脚锚管工况四仰拱注浆工况五降水(连续墙)工况六工况二＋工况三工况七工况二＋工况三＋工况四工况八工况五＋工况二工况九工况五＋工况二＋工况三返回2020/4/4N0.10二、海底隧道陆域段异常变形分类1、拱顶下沉异常2、水平收敛异常3、中隔壁变形异常2020/4/4N0.111、拱顶下沉异常情况五通端A1标左线隧道部分断面沉降量图（箭头表示开挖方向）0100200300400500ZK6+650ZK6+683ZK6+700ZK6+715ZK6+745ZK6+760ZK6+775ZK6+790ZK6+820ZK6+840ZK6+860ZK6+880ZK6+920ZK6+960ZK7+000ZK7+040里程总沉降量/mm1部3部1倍预留变形量2倍预留变形量2倍预留变形量1倍预留变形量横通道0100200300400500YK6+640YK6+683YK6+710YK6+725YK6+745YK6+760YK6+775YK6+800YK6+820YK6+860YK6+880YK6+900YK6+920YK6+940YK6+960YK6+980YK7+000YK7+020里程总沉降量/mm1部3部1倍预留变形量2倍预留变形量2倍预留变形量1倍预留变形量工法改变五通端A2标右线隧道部分断面沉降量图（箭头表示开挖方向）（一）拱顶下沉量测情况2020/4/4N0.12翔安端A3标左线隧道部分断面沉降量图（箭头表示开挖方向）0100200300400500600ZK12+225ZK12+250ZK12+275ZK12+300ZK12+320ZK12+340ZK12+360ZK12+380ZK12+400ZK12+415ZK12+429里程总沉降量/mm1部3部1倍预留变形量2倍预留变形量2倍预留变形量1倍预留变形量0100200300400500600700YK12+240YK12+260YK12+280YK12+300YK12+320YK12+340YK12+355YK12+370YK12+386YK12+400YK12+417YK12+430里程总沉降量/mm1部3部1倍预留变形量2倍预留变形量2倍预留变形量1倍预留变形量翔安端A4标右线隧道部分断面沉降量图（箭头表示开挖方向）2020/4/4N0.132、水平收敛异常情况行车隧道跨度约16.84m，服务隧道跨度约7.92m。洞周水平相对收敛允许值以两测点间距离的0.8％作为控制基准。以下各表红字部分表示该断面的实测数据超过基准值。断面里程ZK6+650ZK6+683ZK6+700ZK6+715ZK6+745ZK6+760上部-6.8-50.035.4107.2104-24.3下部-206.933.2--52.5-119.627.1断面里程ZK6+775ZK6+790ZK6+820ZK6+840ZK6+860ZK6+880上部-30.9-54.7-36.7-176-156-320下部37.1-29.1-6.9-117.9-258-8.6断面里程ZK6+920ZK6+960ZK7+000ZK7+040上部-156-37.92.0-20.1下部49.2-32.010.5-51.2表2-2五通端A1标左线隧道部分断面水平收敛2020/4/4N0.14断面里程NK6+720NK6+735NK6+745NK6+760NK6+775水平收敛-11.5-0.23.6-5.9-0.4断面里程NK6+790NK6+805NK6+820NK6+835NK6+865水平收敛01.1-18.5-0.1-75.9断面里程NK6+880NK6+900NK6+915NK6+955NK6+970水平收敛-3.8-7.50.20.20.3断面里程NK6+985NK7+000NK7+015NK7+030NK7+120水平收敛00.47.18.30.2表2-3五通端A1标服务隧道部分断面水平收敛断面里程YK6+640YK6+683YK6+710YK6+725YK6+745YK6+760上部11.2-18.1-58.7-33.5-118.1-70.2下部-17.5--10.1-4.0-3.6断面里程YK6+775YK6+800YK6+820YK6+860YK6+880YK6+900上部-69.3105-78.1-188.3-30.1-107下部-1.7-24.3-17.8-3.25.6断面里程YK6+920YK6+940YK6+960YK6+980YK7+000YK7+020水平收敛-123-175.5-189.8-145.9-140.2-123.4表2-4五通端A2标右线隧道部分断面水平收敛2020/4/4N0.153、中隔壁变形异常情况根据《厦门东通道大断面海底隧道陆域段施工安全评价》研究成果，当中隔墙上部变形超过100mm或下部变形超过40mm时，即认为中隔墙变形异常。以下各表红字部分表示实测数据超过允许值。断面里程ZK6+650ZK6+683ZK6+700ZK6+715ZK6+745ZK6+760上部-43-45.760.5111.3107-30.2下部36.223.6-96.9-52.3-125.519.0断面里程ZK6+775ZK6+790ZK6+820ZK6+840ZK6+860ZK6+880上部-31.0-55.6-27.6-177.9-147-412下部31.7-47.3-24.2-155-285-36.6断面里程ZK6+920ZK6+960ZK7+000ZK7+040上部-311-61.03.2-27.8下部14.4-45.212.3-58.1表2-9五通端A1标左线隧道部分断面中隔墙变形2020/4/4N0.16断面里程YK6+640YK6+683YK6+710YK6+725YK6+745YK6+760上部15.9-100.2-68.0-79.0-91.5-79.0下部-18.1-5.2-9.8-2.7-1.310.8断面里程YK6+775YK6+800YK6+820YK6+860YK6+880上部-74.0177.4-312-403-19.2下部-5.3-17.2-16.2-6.87.5断面里程ZK12+225ZK12+250ZK12+275ZK12+300ZK12+320上部-16.0-21.5-37.9-4.6-26.9下部-10.16.2-22.3-14.0-9.5断面里程Z12+340ZK12+360ZK12+380ZK12+400ZK12+415上部-54.6-206-112-87.436.5下部-18.426.4-52.2-170.9-85.3断面里程ZK12+429上部70.7下部54.6表2-10五通端A2标右线隧道部分断面中隔墙变形表2-11翔安端A3标左线隧道部分断面中隔墙变形2020/4/4N0.17三、海底隧道异常变形原因分析1、异常变形区段施工条件2、地质条件对异常变形影响分析3、封闭距离和封闭时间对异常变形影响分析4、整体下沉对异常变形影响分析5、其它因素对异常变形影响分析6、异常变形原因综合分析2020/4/4N0.181、异常变形区段施工条件隧道名称里程地层衬砌类型预支护开挖方法左线ZK6+655～7+040五通右线YK6+680～700、780～900W4S5b超前小管棚ZK12+429～405QelS5a长管棚ZK12+405～345Qel左线ZK12+345～320W4YK12+430～395Qel右线YK12+395～385W4S5b超前小管棚CRDNK12+421～410SF5a长管棚NK12+410～390Qel翔安服务洞NK12+390～360W4SF5b超前小管棚台阶法表3-1拱顶下沉异常区段开挖、支护参数统计由前面研究可知,厦门海底隧道异常变形的类型及其在纵断面上的分布，各类异常变形区段的地质条件、开挖方法、支护及预支护参数见如下各表：2020/4/4N0.19隧道名称里程地层衬砌类型预支护开挖方法左线ZK6+650、840～920YK6+860W4S5bCRD右线YK6+940、YK6+700W4S5c双侧壁五通服务洞NK6+865W4SF5b台阶法翔安右线YK12+360W4S5b超前小管棚CRD表3-2水平收敛异常区段开挖、支护参数统计隧道名称里程地层衬砌类型预支护开挖方法左线ZK6+700～745、840～960、ZK6+790五通右线YK6+683、800～860W4S5b超前小管棚ZK12+429～405QelS5a长管棚左线ZK12+405～360QelYK12+430～395Qel翔安右线YK12+395～385W4S5b超前小管棚CRD表3-3中隔墙变形异常区段开挖、支护参数统计2020/4/4N0.202、地质条件对异常变形影响分析厦门海底隧道陆域段施工中所遇到的围岩有粘性土、砂性土、全强风化花岗闪长岩、全强风化黑云母花岗岩。异常变形区段的地质条件复杂，围岩强度低、含水量大、埋深浅，拱部围岩不能形成承载拱，使得支护受力很大，支护变形严重，甚至使支护开裂、混凝土剥落，严重的甚至还会引起坍塌。图3-1掌子面围岩沿结构面塌落图图3-2掌子面围岩受水影响而滑塌2020/4/4N0.21掌子面土体浸水崩解试验厦门海底隧道掌子面处水量较大，而由于水的浸泡会导致掌子面围岩强度进一步降低，围岩稳定性变差。项目组在现场做了浸水软化试验，研究土体试样在一定时间内浸水后的散落情况，可以定性和定量研究水对围岩力学指标的影响。a取样b试样c进行试验图3-5崩解试验过程2020/4/4N0.22试样编号第一阶段第二阶段第三阶段时间段(min)崩解量(%)时间段(min)崩解量(%)时间段(min)崩解量(%)A3-10～3027.3730～3222.132～1200A3-20～57.275～1792.73--A3-30～313.683～565.265～1321.06A4-10～2150.7721～10010.77100～20538.46A4-20～5955～355--A4-30～2184.2121～1000100～12015.79表3