文档介绍：海底隧道不良地质体及结构界面的变形控制技术
张顶立
北京交通大学
隧道及地下工程教育部工程研究中心
穿越不良地质体和地层结构界面是海底隧道建设的控制性工程,不良地质体及结构界面的稳定性及其与海水的连通状况不仅影响到施工技术难度和工程风险,而且也是隧道埋置深度等参数设计的控制性因素。
海底隧道不良地质段工程特点:
(1) 风险性大,易于出现突水等灾难性事故;
(2) 施工进度慢,施工方法复杂,通常还要带水施工;
(3) 需要特殊的支护和超前预支护手段;
(4) 需采取特殊的防排水方案和技术措施。
因此一直以来,在海底隧道的规划、设计、施工和运营阶段,不良地质段都是重点考虑的内容,有时甚至会影响到隧道方案的可行性。这已为世界多项越江跨海工程的实践所证实。
海底隧道透水机制分析
海底隧道所面临的主要问题是施工过程中的突涌水事故和运营过程中的渗漏水,其中施工阶段的水害防治更为人们所关注。
而事实上,海底隧道施工中的突涌水事故多发生在不良地质段及地层结构界面的位置。
海底隧道突水的主要形式
地层界面与海水沟通
隧道接近透水界面;开挖引起界面错动;加固效果不理想。
地层过度变形引起地层开裂
地层过度变形造成破坏后丧失隔水功能;地层沉降不协调造成松动和膨胀,渗透系数呈量级增加。
地层坍塌诱发海水涌入
冒顶使顶板厚度减小;爆破等作业使冒顶范围增大;坍塌诱发结构界面滑移。
上述所造成的结果对海底隧道施工都将是灾难性的,但其预防的措施和监测的内容则有所不同。
海底隧道突涌水控制的关键
由分析可见,上述3种形式的隧道突水都与隧道施工引起的地层变形密切相关,因此海底隧道不良地质段施工中除对不良地质体进行可靠的注浆加固外,严格控制地层变形也是其核心内容之一。
隧道施工引起的地层变形
无论采用何种开挖方法,地层沉降均是逐步发展的,并且各施工步序的影响是不同的,其中CRD工法中的Ⅲ部开挖影响最大,而双侧壁导坑法施工时的侧导下部开挖影响最大。因此上述2个施工步序应作为地层沉降控制的重点,这对地层总沉降量的控制是最为有效的。
地层变形的传递关系
隧道开挖面前方因较大的水平变形而引发地表沉降,而此时对应位置的拱顶因尚处于三维受力状态而沉降很小,甚至小于对应位置的地表沉降量;
随开挖面接近,拱顶沉降迅速增大,而后稳定在拱顶下沉值的87%左右,显然地表沉降量包含失水固结所引起的部分。
在海域隧道施工中,海床沉降和隧道上方土体的实际拱顶沉降量都难以直接监测到,通常是在隧道内监测隧道开挖后的拱顶下沉量。这样一方面测到的仅为部分沉降量,因大部分沉降在隧道已经发生;另一方面由于初支背后的空隙以及松散地层的压缩,这些都造成所测得的拱顶结构沉降小于实际的拱顶地层沉降量,如图所示。显然,建立地表沉降、拱顶地层沉降与实测拱顶下沉之间的关系可通过实测拱顶下沉状况对海床的沉降状况作出判断。
隧道施工过程中的拱顶下沉