3海底隧道设计难点分析-张顶立

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大型海底隧道钻爆法修建关键技术

大型海底隧道钻爆法修建关键技术张顶立;房倩;陈铁林【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2014(038)001【摘要】针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了“极限顶板厚度”的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了“复合注浆”的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.【总页数】7页(P1-7)【作者】张顶立;房倩;陈铁林【作者单位】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U459.5【相关文献】1.我国修建跨海峡海底隧道的关键技术问题 [J], 廖朝华;郭小红2.胶州湾海底隧道钻爆法施工关键技术创新 [J], 卿三惠;谢文清;辜文凯;黄世红3.钻爆法修建海底公路隧道施工关键技术 [J], 高海东4.采用钻爆法修建海底隧道施工技术 [J], 董贤顺5.海底隧道钻爆法与盾构法交接技术及应用 [J], 杜宝义;宋超业;贺维国;李凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

隧道复杂支护结构体系的协同作用原理_张顶立

、 1 ( z ) 为复应力函数。考虑到测量数据的方向性，现将上述应力函数转化到极坐标系下，转换
= x sin 2 y cos 2 2 xy sin cos =( y x )sin cos xy (cos 2 sin 2 )
离。整个模型的最外侧半径为内侧半径为。Cn、C0、Ci 分别表示模型侧最外侧边界、最内侧边界、i 与 i+1 层之间的边界。那么可以得到 C0、Cn 两处的应力边界条件为：
1 1 i q
(8) (9) (10) (11)
其中 ρ=r。
n n i q
i (z) i (z)

Ai z Bi z

(12) (13)

i i 上式中 A 、 B 都表示复系数，路见可、陈子荫等人[2]中通过待定系数法来比较常系数已经证明其中除了 i i i A1i 、 B 1 之外，所有的 A 、 B 都值均为 0( Im A 1 0 )。
析复杂支护结构的协同作用关系，建立了包括初步加固圈、初期支护圈和二衬储备圈的复合支护圆环模型，并通过求解同心复合圆环问题，给出了模型任意圈层的内力和变形关系表达式；依据围岩变形特点划分为 3 个阶段，分别为超前变形阶段、急剧变形阶段和缓慢变形阶段，在此基础上明确了各阶段支护作用的重点；给出了复合支护体系在不同刚度、不同强度以及不同施作时机条件下的支护特征曲线；建立了超前支护内部协同承载模型，分析认为“超前支护壳体”与“掌子面前方岩土体”在支护刚度上的相互增益提高了超前支护整体的稳定性。通过研究核心岩土体与后续支护圈层的空间位置替换关系，从刚度需求角度揭示了围岩有必要提高自身的强度或发生一定的变形才有可能再次达到平衡状态的原因。关键词： “支护-围岩”作用；复合支护体系；圈层模型；支护协同作用。

海底隧道修建技术国际研讨会资料海底隧道会议讲稿-张顶立

地层变形的传递关系
1.2 1.0
地表沉降/拱顶下沉
0.8 0.6 0.4 0.2
0.0 日期 07-2-8
07-2-13
07-2-18
07-2-23
07-2-28
07-3-5
07-3-10
07-3-15
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
超前帷幕注浆加固，分别在不良地质体到达之前和结束之后各5 m左右的范围开始和结束注浆；同时在必要时进行超前小导管注浆加固。隧道开挖后及时初喷混凝土，尽早施作初期支护，并在距掌子面1.0～2.5 m范围内进行初支背后回填注浆，以实现初期支护与围岩的密贴。上台阶施工时要及时施作锁脚锚管并严格注浆，杜绝初期支护结构的整体沉降；下台阶施工时应尽可能减少上部结构的无支护时间，以控制总体沉降量。出现小范围的冒顶和渗水要及时封堵，以避免大范围的地层坍塌和漏涌水，保持上覆地层的完整性。
主要结论与认识
不良地质体及地层结构界面是海底隧道施工中最为薄弱的环节，核心问题是控制地层的稳定性，而控制地层变形是关键，因多数安全事故都与此有关。受隧道施工的影响在海床位置和隧道周围分别产生拉破坏区和塑性区，两破坏区的沟通即造成隧道突水,突水通常由地层结构界面滑移、地层过渡变形和地层坍塌等3种方式诱发,都以地层变形表现出来。

基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析_房倩

第26卷增2岩石力学与工程学报V ol.26 Supp.2 2007年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2007 基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析房倩1，张顶立1，黄明琦2(1. 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044；2. 山东科技大学土木建筑学院，山东青岛 266510)摘要：与普通山岭隧道不同，海底隧道的一个显著的特点就是有着无限的水源对海底隧道进行补给。

海底隧道开挖引起的地下水渗流带来两方面的问题：一是结构水荷载的确定问题，二是涌水量的预测问题。

将围岩看作各向同性连续介质，针对这两方面的问题进行研究。

明确孔隙介质中水压力的实质；根据国内外最新研究成果，针对山岭隧道和海底隧道不同的边界条件，对各向同性渗透系数下平面半无限含水空间圆形隧道稳定渗流的涌水量和水压力分布的解析解进行分析；以青岛胶州湾海底隧道为工程背景，采用数值方法比较应力场对渗流场的影响，以及围岩渗透系数、水深、注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的改变对围岩孔隙水压力和洞内涌水量的影响。

分析结果表明：隧道开挖的成拱效应对围岩孔隙水压力的分布和洞内涌水量的大小影响不大；在不考虑渗流场和应力场耦合作用、水深一定条件下，渗透系数的改变不会影响毛洞孔隙水压力的分布；隧道洞内涌水量随着围岩渗透系数或围岩上覆海水深度的增大呈线性增大；注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大都可以达到减小隧道洞内涌水量的目的，在实际施工中应该在注浆的经济性和其堵水效果两方面进行综合分析，确定最优化的注浆参数。

关键词：隧道工程；海底隧道；渗流；水压力；涌水；注浆圈参数中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)增2–3776–09ANALYSIS OF SEEPAGE PROBLEM INDUCED BY SUBSEA TUNNEL EXCAVATION BASED ON CONTINUUM MEDIUM MODELFANG Qian1，ZHANG Dingli1，HUANG Mingqi2(1. Tunneling and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing100044，China；2. College of Civil Engineering and Architecture，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong266510，China)Abstract：One of the most prominent characters of subsea tunnel is that there is enriched water body because of the infinitude of the ocean above. There are mainly about two seepage problems induced by subsea tunnel excavation：one is determination of seepage pressure，another is the water inflow. Isotropic continuum medium model is adopted to analyze these two problems mentioned above. The essential of water pressure is studied；and conclusions are drawn. According to the latest research，some analytical models which are based on steady-state groundwater inflow into a drained circular tunnel in a semi-infinite aquifer connected with water pressure and water inflow are compared. The subsea tunnel in Kiaochow Bay is taken as background of the study. The influence of stress filed on seepage field is studied；and the effects of changes of surrounding rock permeability coefficient，water depth，permeability coefficient and thickness of grouting ring are analyzed which can be adopted for this particular project. According to the research，the pore water pressure and water inflow induced by tunnel excavation can be hardly affected by arching effect. Without consideration of fluid-solid coupling effect，if收稿日期：2007–06–18；修回日期：2007–07–23基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA11Z119)第26卷增2 房倩，等. 基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析 • 3777 •keeping the water level above horizontal plane fixed，the distribution of pore water pressure will not change with permeability coefficient of surrounding rock. The water inflow increases with the change of permeability coefficient of surrounding rock or water depth above surrounding rock. Both the decrease of permeability coefficient and the increase of thickness of grouting ring can reduce ground water inflow，but there exists an optimal value in grouting parameters. In practice，the decision should be made carefully between economy and bulkhead effect to confirm the optimal grouting parameters.Key words：tunneling engineering；subsea tunnel；seepage；water pressure；water inflow；grouting ring parameters1 引言海底隧道区别与普通山岭隧道的一个显著的特点就是：隧道上方为无尽的海洋，有着无限的水源对隧道进行补给。

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

文章编号:167320291(2009)0420001206基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究孙　锋1,陈铁林1,张顶立1,张中检2,李鹏飞1(1.北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;2.中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点研究实验室.北京100029)摘　要:基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC (High Strength Concrete )水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.关键词:海底隧道;劈裂注浆;宾汉体;扩散半径;流变参数中图分类号:TU435 文献标志码:AStudy on Fracture G routing Mechanism in Subsea TunnelB ased on Bingham FluidsS U N Feng 1,CH EN Tieli n 1,ZHA N G Di ngli 1,ZHA N G Zhongjian 2,L I Pengf ei 1(1.Tunnel Engineering Research Center of Ministry Education ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China ;2.K ey Laboratory of Engineering G eomechanics ,Institute of G eology and G eophysics ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100029,China )Abstract :Based on the assumption of bingham fluid and narrow plate model ,formula for calculating the diffusion radius in low permeability soil is deduced ,and solution method is pointed out.Grouting pressure difference varies with the rheological parameters linearly.With the decrease of gap width ,grouting pressure difference increases rapidly and diffusion radius decreases notably.The rheological parameters of grouting have a remarkable influence on the test bing with the study on the HSC (High Strength Concrete )grouting test adopted in strong -weathered granite in Xiamen Xiangan subsea tunnel ,this formula has proved to be successful in practice.K ey w ords :subsea tunnel ;fracture grouting ;Bingham fluid ;diffusion radius ;rheological parameters 收稿日期:2009-05-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(50778011)作者简介:孙锋(1978—),男,山东肥城人,博士生.em ail :sunmartin @.张顶立(1963—),男,江苏徐州人,教授,博士,博士生导师. 劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法[1],特别适用于致密低渗的黏土、粉细砂和强风化花岗岩等地层的加固.它的原理是当在弱透水性地基中施加持续增大的注浆压力使土体产生水力劈裂后,浆液在劈裂面上所施加的压力就会推动裂缝迅速张开而形成注浆裂缝,通过所形成的浆脉挤压土体及浆脉的骨架作用来加固土体.随着注浆材料日新月异的发展,非牛顿体浆液大量出现,这些浆液性能在某些方面要大大优于牛顿流体.目前,世界各国都已致力于研究超细水泥(如High Strength Con 2crete 即HSC 特种水泥),并将它广泛的应用于各种建筑物的地基处理和地下工程施工中.目前注浆中常用的水灰比(W /C )为018～110的水泥浆、水泥黏土浆液、水泥复合浆液都属于宾汉流体[2].第33卷第4期2009年8月北　京　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.33No.4Aug.2009为了满足工程需要,必须针对不同的浆材制定合理的注浆参数.目前,已有的注浆研究理论主要集中在裂隙岩体的注浆加固及具有较好渗透性的砂土的渗透注浆.大多数研究都是针对牛顿流体或圆管层流,劈裂方式则假定以注浆孔为中心的平面径向辐射圆形裂缝面为主,研究对象也主要为注浆压力和浆液性能研究[3-7],而基于宾汉体浆液的海底隧道不良地层劈裂注浆理论研究并不多见.本文作者以宾汉体浆液在光滑平行板窄缝模型中的流动为假定,结合厦门翔安海底隧道全、强风化花岗岩地层HSC 水泥注浆试验,对垂直劈裂流动阶段浆液扩散和注浆压力的衰减规律进行了分析.1　宾汉体浆液扩散半径理论推导111　基本假定1)土体为各向同性体,建模中忽略了中间劈裂过程,而假设一次劈裂形成足够长的劈裂缝,考虑单一垂直劈裂浆脉的情况.2)浆液为宾汉流体,浆液在平板缝隙内的流速较小,流速恒定,为单向层流状态,符合水力平衡条件.如图1所示.图1　宾汉体浆液在平板中流动示意Fig.1　Schematic of law of grouting fluid movementin plates for Bingham fluid3)浆液在注浆扩散过程中流型不变,塑性黏度和静切力为常量,不考虑浆液流变参数的时变性.4)为了分析方便,忽略裂隙面上的粗糙面,简化成光滑平行板裂缝模型,并假设裂缝宽度均匀,即δ(r )=δ,δ(b )=δ.虽然假定忽略了劈裂注浆时浆液在土体中流动的紊乱性、裂缝扩展的不均匀性、裂缝中各种摩擦力和地应力分布的不均匀性,土体中浆液的扩散在实际状态中也不一定是平行板单一裂缝模型,但与劈裂注浆的实际状态比较接近.112　宾汉体浆液的流变方程宾汉体浆液是典型的塑性流体,其流变曲线是不通过原点的直线.流体具有这种性质是由于流体中含有一定的颗粒浓度,在静止状态下形成颗粒之间的内部结构.在外部施加的剪切力很小时,浆液只会产生类似于固体的弹性;当剪切力达到破坏结构后(超过黏聚力),浆体才会发生类似于牛顿流体的流动.宾汉体的流变方程可表示为[8]τ=τs +ηp γ(1)式中:τ为剪切应力,Pa ;τs 为静切力,Pa ;ηp 为塑性黏度,mPa ・s ;γ=d v/d y 为剪切速率.宾汉体浆液比牛顿流体具有较高的流动阻力,对于同样的扩散距离,宾汉体浆液需要较大的注浆压力.水泥浆由牛顿流体转变为宾汉流体的临界水灰比发生在W /C ≈1处,目前注浆中常用的W /C =018～110的水泥浆、水泥黏土浆液和水泥复合浆液都属于宾汉流体.113　宾汉体浆液的渗流公式首先考察平板窄缝中流体的层流运动,如图1所示.在板内取以板轴线为对称轴的流体柱.流体微元段上两端压力为p +d p 和p ,段上压差为d p.流体柱表面所受剪切应力为τ,其方向向左,与流速方向相反.在不考虑重力的情况下,由水力平衡条件,可得剪应力为τ=y d p/d r (2)由式(1)和式(2)可得γ=(1/ηp )[y (d p/d r )-τs ](3)式(3)表明,切应力的大小与平板缝隙厚度y 成正比,因而在平板缝隙中心附近流体切应力τ很小.对于宾汉体,当τ=y d p/d r ≤τs 时,流体不受剪切作用,即在平板缝隙中存在一个距离y p ,在0≤y ≤y p 处,流体相对于邻层流体是静止的,流体呈活塞式整体运动,速度v =v p ;而在y p ≤y ≤δ/2时,流体相对于临层处于运动状态,流体运动速度分布见图1.由式(2)有y p =τs /(d p/d r )(4)当平板缝隙中的流动为层流时,对式(3)利用分离变量求解,并考虑边界条件y =δ/2时,v=0,则v =1ηpd p 8d r (4y 2-δ2)+τsδ2-y (5) 当y p <y ≤δ/2时,直接用式(5)表示.当0≤y≤y p ,流体呈活塞式整体运动,即vp =1ηpd p 8d r (4y 2p -δ2)+τsδ2-y p (6) 所以圆管中的速度为截头抛物面形状,其流量为通过剪切区与活塞区的流量之和.通过平板宽度b 和平板缝隙厚度δ的单位时间流量为2北　京　交　通　大　学　学　报第33卷q =2∫δ/2y pvb d y +2bv p y p (7)将式(5)和式(6)代入式(7),得q =2b ηp d p 8d r 8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p 8(8) 平板缝隙截面上平均流速为v =2ηp δd p 8d r 8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p 8(9) 如果平板缝隙中流量q =0,则有d p d r =3τs (δ2+4y 2p )(8y 3p -δ3)(10)即为平板缝隙中宾汉体浆液流动的启动压力梯度.114　宾汉体扩散半径计算公式在注浆过程中,经过时间t 后的注浆量为Q =δbL = v A t(11)式中:A =δb 为裂纹断面面积;L = v t 为裂纹扩散半径.根据式(9)得Q A t =2ηp δd p 8d r8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p8(12) 对式(12)分离变量,并利用边界条件:当注浆压力p 达到土体起裂压力时,浆液在地层中产生劈裂流动.若p 0为土体劈裂注浆时的起裂压力,对应的浆液扩散半径为r 0;经过注浆时间t 后,扩散半径达到r 0+L 时,对应的注浆压力为p 1,则有Δp =p 1-p 0= 12L ηp δ v +3τs L (δ2+4y 2p )8y 3p -δ3(13)L =Δp (8y 3p-δ3)12ηp δ v +3τs (δ2+4y 2p )(14)ΔpL=12ηp δ v +3τs (δ2+4y 2p )8y 3p -δ3(15) 式(14)即为宾汉体浆液在致密土体中劈裂注浆时有效扩散半径计算公式.根据式(14)可知,扩散半径由注浆压力Δp ,裂隙宽度δ,浆液的流速 v ,流变参数τs ,ηp ,y p 等因素共同决定.当浆液为牛顿体时,即τs =0,y p =0时,由式(9)得平板单位宽度(b =1)流量为q =δv =-δ312ηp d pd r(16)这就是著名的岩体单一裂隙渗流立方定理,也就是说立方定理是本文的一个特例.115　公式的适用范围式(14)是假定流体为层流的基础上推导出来的,对于紊流不适用.根据文献[8],宾汉体由雷诺数Re 来区分层流或紊流,Re 小于2000时为层流,大于2000为紊流.2　计算分析1)不同流变参数对注浆压力差Δp 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在 v=0101m/s ,δ=0101m ,y p =δ/3,L =4m 情况下,根据式(13)计算出不同塑性粘度ηp 和不同静切力τs 下注浆压力差Δp 的值如图2所示.图2　注浆压力差与流变参数的关系Fig.2　Relationship between grouting pressuredifference and rheological parameters从图2可以看出,随着浆体流变参数塑性黏度ηp 和静切力τs 的增大,达到同样注浆扩散半径注浆所需压力差Δp 也逐渐增大,其中塑性黏度ηp 与注浆压力差Δp 成正比关系;同样塑性黏度ηp 随着τs 的增大,所需注浆压力差Δp 变大.由于静切力τs 和黏度ηp 的大小取决于浆液的性质,而对于水泥浆液则取决于水灰比(浆液的静切力τs 和塑性黏度ηp 值随着水灰比的增大而减小),说明同等注浆条件下,浆液水灰比越小需要的注浆压力越大.这与实际注浆情况相符.2)裂隙宽度δ对注浆压力差Δp 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在v =0101m/s ,L =4m 的情况下,取宾汉体浆液参数y p =δ/3,ηp =2mPa ・s ,根据式(13)计算出不同裂隙宽度δ和不同静切力τs 下注浆压力差Δp 的值见图3.图3　注浆压力差与裂隙宽度的关系Fig.3　Relationship between grouting pressuredifference and gap width从图3可以看出,注浆压力的衰减规律与裂缝3第4期孙　锋等:基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究宽度δ和静切力τs 有关.随着裂隙宽度δ的增大,达到同样的扩散半径所需注浆压力差Δp 迅速减小.裂隙宽度δ对注浆压力的影响显著,增大裂隙宽度δ能极大的减小注浆压力.随着浆液静切力τs 的减小,即浆液水灰比的增大,裂隙宽度δ对注浆压力的影响逐渐变小,这与试验中注浆压力实测曲线相符.3)裂隙宽度δ对扩散半径L 的影响1由式(14)可知,扩散半径L 由注浆压力差Δp 、裂隙宽度δ和浆液的流速 v ,以及流变参数τs 、ηp 及y p 等因素共同决定.对于平板裂缝传浆模型,在Δp =011MPa , v =0101m/s ,ηp =6mPa ・s ,τs =2Pa ,y p =δ/3的情况下,根据式(14)求出不同静切力τs 和不同裂缝宽度δ下扩散半径L 的值,见图4.图4　扩散半径与裂缝宽度的关系Fig.4　Relationship between diffusion radius andgrouting pressure difference从图4可以看出,同样注浆压力差Δp 下,随着裂隙宽度δ增大,扩散半径L 逐渐变大,因此较大的裂隙宽度δ有利于浆液的扩散,且扩散半径L 受静切力τs 的影响比较明显.随着浆液水灰比的增大,扩散半径L 逐渐变大,同时裂隙宽度δ对扩散半径L 的影响也逐渐减小.4)注浆压力差Δp 对扩散半径L 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在 v =0101m/s ,δ=0101m ,ηp =6mPa ・s ,y p =δ/3的情况下,根据式(14)计算出宾汉体浆液在不同静切力τs 和不同注浆压力差Δp 下浆液的扩散半径,当浆液为牛顿体时,τs =0,y p =0.浆液扩散半径L 的计算值见图5.从图5可以看出,在同样注浆压力差Δp 作用下,式(14)与立方定理式(16)计算的扩散半径L 有一定的差异,且差异值随着注浆压力差Δp 的增加而增加.在一定注浆压力作用下,静切力τs 越小,扩散半径L 越大,说明在其他条件一定的情况下,水灰比越大,同样注浆压力作用下的土体越容易劈裂.计算表明,对于静切力τs 作用下的宾汉体浆液,当τs <015Pa 时,宾汉体公式(14)与立方定理式(16)计算的扩散半径值基本一致.因此,当宾汉体浆液静切力较小时,可近似用牛顿流体公式计算.但当τs ≥015Pa 时,两式计算差异较大,且差异值随着注浆压力差的增大而增大.所以,当τs 较大时,式(14)计算值更接近实际情况.图5　扩散半径与注浆压力差的关系Fig.5　Relationship between diffusion radius andgrouting pressure difference3　工程应用311　工程概况厦门翔安隧道是国内第一条海底隧道,隧道全长51948km ,海域段长4120km ,隧道最深处在海平面以下约70m ,设计为两孔三车道隧道,采用钻爆法修建.海域隧道穿越4个风化槽(囊)将面临较大的安全风险,也是工程最大的难点.风化槽岩体主要为全、强风化花岗岩,每处长50～100m.该地层强度低,对水的浸透作用敏感,遇水膨胀,孔隙率低,可注型差,是隧道暗挖施工面临的主要技术难题[9].注浆加固在某些条件下甚至决定了隧道工程建设的成败[10].312　H SC 特种水泥劈裂注浆试验研究海底隧道注浆材料的选择应从工程需要和环保的角度予以考虑.HSC 型注浆材料是以特种水泥为基材,添加其他无机材料及调凝剂、减水剂、膨胀剂等外加剂组成两组干粉,加水搅拌后形成的一种用于堵水、加固地基工程的浆液材料.它具有早强(一天抗压强度大于8MPa )、抗分散(100m/s 流速水中留存率大于80%)、操作时间可调控(在几分钟至几小时之间可调)、低黏度、无收缩、耐久,以及结石率高(大于98%)等特点,除了压密还可以渗透、劈裂同时进行.通过分析,确定试验材料以HSC 特种水泥为主,设计水灰比为018～110.HSC 注浆浆液为宾汉体流型,τs 和ηp 值的大小主要取决于浆液的种类及配比,一般τs =2～16Pa ,ηp =2～20mPa ・s.现场试验在海底隧道隧址附近,根据地质资料,在-10m 以下的地层条件与海底隧道需要注浆处4北　京　交　通　大　学　学　报第33卷理区段的地层比较接近,岩石类型以花岗岩为主,全、强、弱和微风化带发育齐全,土体致密.现场开挖了一个深10m 的大型试验坑,设计布孔17个,间距为215m ,孔深为5～10m.采用袖阀管分段注浆工艺,有利于浆液在一定劈裂压力作用下较均匀的进入地层.注浆压力是劈裂注浆的一个重要控制目标,如果控制的好,对于土体的压密和回弹,浆体的固结和地层中小主应力的补足等都能起到好的效果.土体劈裂注浆过程中,当地表发生冒浆时即结束该段注浆.313　注浆效果分析2#孔首先注入的是水灰比为110的较稀HSC浆液,持续1min 后,注入水灰比为018的浆液.因浆液较稀,初始阶段的注浆压力仅为0105MPa ,浆液在地层中产生劈裂流动,随着后续浆液的注入,正常注浆压力达到011～012MPa ,直至达到0135MPa 时,地表裂缝冒浆.注浆压力实测过程见图6.注浆过程中偶尔使用双液浆封堵,2#孔注浆量为214t.注浆后开挖土体观察到,留存在预定注浆范围的浆液较多,劈裂脉明显较厚,说明在全、强风化花岗岩地层HSC浆液可注性较好.图6　2#孔注浆压力过程线(h =7m)Fig.6　Curve of grouting pressure vs.grouting process of No.2从图6可以看出,在均匀土体中注浆时,土体劈裂后注浆压力波动上升,随着地层浆液的不断注入,压力逐渐变大.劈裂注浆是劈裂、充填、再劈裂、再充填的动态过程,压力值与劈裂缝隙的宽度有关.较窄的裂缝对应较大的注浆压力,而较大的注浆压力有利于浆液在土体中的劈裂流动.随着裂隙宽度增大,所需注浆压力又逐渐减小,后续浆液注入后,浆液在劈裂面上所施加的压力就会推动裂缝迅速张开形成新的劈裂浆脉,此过程反复进行.一般注浆过程中地表开裂冒浆位置可以表明该位置为注浆的有效运移范围(扩散半径).对试验中各孔地表冒浆位置统计如图7所示.从图7可以看出,大部分的地表冒浆都出现在距注浆孔115～215m 的区域内,因此215m 的布孔间距是合理的,能够在地层中形成完整的防渗帷幕.图7　串浆点距注浆孔距离与注浆深度关系Fig.7　Relationship of distance to grouting hole vs.depth 由式(14)可知,在一定条件下注浆压力差Δp越大,扩散半径L 越大.因此,要在地层不同深度注浆段形成均匀的扩散半径,必须通过计算合理设计该段的注浆压力值.运用厦门海底隧道注浆试验数据,考虑单裂隙注浆Δp =0115MPa , v =0101m/s ,δ=0101m ,τs =4Pa ,ηp =6mPa ・s ,y p =δ/3情况下,由式(14)算得浆液在土体中的最大扩散半径为212m ,而式(16)算得的最大扩散半径为315m.劈裂注浆扩散半径计算公式(14)虽然与试验实测值有差异,但基本能满足要求.从图8可以看出,在全、强风化花岗岩地层中注浆,土体劈裂之后浆液在地层中流动,随着后续浆液的注入,注浆压力发生波动且逐渐增大.若浆液出管后遇到裂隙,浆液无压力或很小,待裂隙充填后再劈裂进人其他风化部位,注浆压力会升高.浆液以劈裂的方式呈水平或斜向穿入风化土体中,有的延伸很远,形成纵横交错的浆脉骨架,通过形成的浆脉挤压土体,并以浆脉的骨架作用加固土体,同时具有渗透、充填和压密作用.但是,土体劈裂脉的宽度是不规则的,主要集中在015～115cm 范围内,故取浆脉宽度δ=1cm.图8　土体劈裂注浆后浆脉分布Fig.8　Cement slurry distribution after split grouting in soil试验结果表明:注浆对风化花岗岩地层加固效果较好,土体的密实度和稳定性都有一定程度的提高,风化岩的物理力学参数提高很大,能够达到加固要求.但注浆后土体强度并不很高,因此海底隧道注浆加固措施必须结合其他工程手段,控制围岩变形.5第4期孙　锋等:基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究4　结论1)在宾汉体浆液平板裂缝流动模型的基础上,推导出致密土体劈裂注浆扩散半径计算公式[式(14)].计算方法简单明确,容易在注浆设计中应用.当浆液为牛顿体时,流体流动规律符合立方定理.2)劈裂注浆扩散半径由注浆压力Δp,裂隙宽度δ,流速 v和浆液的流变参数等因素共同决定.扩散半径计算值必须考虑浆液流变参数的影响,否则会给注浆工程设计带来严重隐患.3)海底隧道全、强风化花岗岩地层可通过注浆方法进行加固,加固机理以劈裂、挤压土体为主, HSC水泥浆液对地层劈裂注浆加固效果良好.但海底隧道复杂地质条件和特殊的水边界使单一的注浆加固难以达到理想效果,必须与其他支护措施相结合.4)劈裂注浆过程的力学机理非常复杂,文中的计算模型是假定劈裂缝均匀等宽,实际上土体劈裂注浆过程中存在压力扩缝效应,且浆液流变参数存在时变性,有必要在今后的研究中深入探讨.参考文献:[1]岩土注浆理论与工程实例协作组.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版社,2001:115-118.The Research Group of the Grouting Theories and Case Histories.The Grouting Theories and Case Histories[M].Beijing:Science Press,2001:115—118.(in Chinese) [2]阮文军.注浆扩散与浆液若干基本性能研究[J].岩土工程学报,2005,27(1):69-73.RUAN Wenjun.Research on Diffusion of Grouting and Basic Properties of Grouts[J].Chinese Journal of G eotech2 nical Engineering,2005,27(1):69-73.(in Chinese) [3]邹金锋,李亮,杨小礼.劈裂注浆扩散半径及压力衰减分析[J].水利学报,2006,37(3):314-319.ZOU Jinfeng,Li Liang,Y AN G Xiaoli.Penetration Radius and Pressure Attenuation Law in Fracturing Grouting[J].Shuili Xuebao,2006,37(3):314-319.(in Chinese) [4]张忠苗,邹健.桩底劈裂注浆扩散半径和注浆压力研究[J].岩土工程学,2008,30(2):181-185.ZHAN G Zhongmiao,ZOU Jian.Penetration Radius and Grouting Pressure in Fracture Grouting[J].Chinese Jour2 nal of G eotechnical Engineering,2008,30(2):181-185.(in Chinese)[5]杨秀竹,王星华,雷金山.宾汉体浆液扩散半径的研究及应用[J].水利学报,2004,35(6):75-79.Y AN G Xiuzhu,WAN G Xinghua,L EI Jinshan.Study on Grouting Diffusion Radius of Bingham Fluids[J].Shuili Xuebao,2004,35(6):75-79.(in Chinese)[6]Scheweiger H F,Kummerer C.Numerical Modeling ofSettlement Compensation by Means of Fracture Grouting [J].S oils and Foundations,2004,44(1):71-86. [7]孙锋.堤坝劈裂灌浆的流固耦合分析[D].青岛:山东科技大学,2007.SUN Feng.Fluid-S olid Coupling Analysis on Splitting Grouting in Earth Dam[D].Qingdao:Shandong Universi2 ty of Science and Technology,2007.(in Chinese)[8]沈崇棠,刘鹤年.非牛顿流体力学及其应用[M].北京:高等教育出版社,1989:75-78.SHEN Chongtang,L IU Henian.Non-Newtonian Fluid Mechanics and its Application[M].Beijing:Higher Edu2 cation Press,1989:75-78.(in Chinese)[9]李蓉,李治国.海底隧道全、强风化花岗岩地层注浆技术研究[J].现代隧道技术,2008,45(01):21-29.L I Rong,Li Zhiguo.Study on the Grouting Technology Adopted in Strong-Weathered Granite for an Under-Sea Tunnel[J].Modern Tunneling Technology,2008,45(1): 21-29.(in Chinese)[10]张顶立.海底隧道不良地质体及结构界面的变形控制技术[J].岩石力学与工程学报,2007,26(11):2161-2169.ZHANG Dingli.Deformation C ontrol T echniques of Unfav or2 able G eologic Bodies and Discontinuous Surfaces in Subsea T unnel[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engi2 neering,2007,26(11):2161-2169.(in Chinese)6北　京　交　通　大　学　学　报第33卷。

海底隧道施工中的土建工程问题与解决策略

海底隧道施工中的土建工程问题与解决策略海底隧道作为重要的基础设施，必然承载着交通运输的重任。

施工过程中，由于海底环境复杂多变，土建工程面临的挑战不可小觑。

为了保障工程的安全以及施工的顺利进行，识别并解决这些问题至关重要。

地质条件的复杂性在海底隧道施工中，地质条件的复杂性往往成为首要的挑战。

各类土层、岩石构造以及海流、地下水的活动，使得工程难度大幅增加。

对于不同的地质情况，采取相应的施工方案显得尤为关键。

进行充分的地质勘探是必不可少的。

通过钻探、物探等技术手段，详细了解地层结构、土壤性质及水文地质条件。

这为后续的施工方法选择提供了科学依据。

为避免误判地质条件，建立多层次、多维度的勘探方案尤为重要，在时间上也要确保充足。

根据勘探结果，设计合理的支护结构和施工工序。

比如，如果前期数据表明某段地质松软，则可以采用盾构法进行施工；而若地层较硬，可以考虑顶管法。

适时调整施工策略，能够有效降低因地质条件引发的安全风险。

水下压力的影响海底环境的另一个重要因素是水下压力。

随着深度增加，水压力显著增大，这对结构的稳定性和材料的耐久性提出了更高要求。

在施工阶段，水压力的控制和应对显得尤为重要。

在设计阶段，合理选择材料和结构形式至关重要。

例如，可以选用高强度混凝土以及特种防水材料，以应对水下的巨大压力和腐蚀。

增加冗余设计也能够提升结构的可靠性。

施工过程中，密闭舱体的应用可以有效隔绝环境因素的影响。

在盾构机施工时，操纵内部气压，确保工作环境稳定。

定期监测水压、流速以及其他环境状况，以便及时调整施工方案。

地震与海洋环境的影响海底隧道还必须面对地震等自然灾害的潜在威胁。

不同于陆地施工，海底的震动波传播及波形变化更加复杂，因此必须进行专门的抗震设计。

在设计时，需考虑增加隧道的柔性，以便有效吸收地震能量。

可以通过设置减震器、使用柔性连接等手段来达成。

对隧道的形状进行优化，使其具备更好的抗震性也是一种有效策略。

施工的过程中，应加强对周围环境波动的监测。

工程施工的重点与难点分析-海底隧道

工程施工的重点与难点分析-海底隧道引言海底隧道作为一种特殊的工程结构，具有独特的建设特点和挑战。

本文旨在分析海底隧道施工的重点与难点，为相关工程人员提供参考和指导。

施工重点分析1. 水下地质勘探：海底隧道施工的首要任务是进行水下地质勘探工作，包括获取地质数据、确定地层结构和地质条件等。

水下勘探的准确性直接影响后续施工计划和方法的选择。

2. 结构设计：海底隧道的结构设计需要考虑各种因素，如水深、地质条件、水动力作用等。

合理的结构设计能够提高隧道的稳定性和安全性，减少施工风险。

3. 施工方法选择：海底隧道的施工方法与传统地上隧道有所不同。

常见的施工方法包括盾构法、开挖法和浇筑法等。

根据具体情况选择适合的施工方法是关键。

4. 材料选择和质量控制：海底隧道的材料选择需要考虑抗水压、防腐蚀等特殊要求。

同时，施工过程中的质量控制也十分重要，确保施工质量达到设计要求。

施工难点分析1. 水下施工环境：海底隧道施工面临水下的特殊环境，如高水压、泥沙淤积、潮汐等。

这些因素增加了施工的复杂性和风险，需要采取相应的措施进行应对。

2. 地质灾害风险：海底隧道通常建设于地震活跃地区或含有活跃断裂带的海底地质区域。

地震、海啸等地质灾害风险给施工带来了额外的挑战，需要进行综合风险评估和防护措施的设计。

3. 海洋生态保护：海底区域通常是丰富的生态系统的栖息地，施工过程对海洋生态环境的影响需要引起重视。

合理规划施工过程、采取环保措施是保护海洋生态的关键。

4. 施工时间限制：海底隧道的施工受到天气、季节等因素的限制，一些施工工序只能在特定的时间窗口内进行。

对施工时间的合理安排和管理是保证施工进度的关键。

结论海底隧道施工是一项复杂而具有挑战性的工程，需要综合考虑地质、结构、环境等多个因素。

合理选择施工方法、加强质量控制、保护海洋生态等都是提高施工效率和保证工程质量的关键。

应密切关注技术创新和行业经验，不断总结和优化施工实践，为海底隧道的顺利建设提供支持和保障。

海底隧道发展工程难点及施工技术

局限性
优点
断面形式和线型受限 ,灵活度不大 ,曲线半径不能太小机件复杂 ,设备昂贵 ,建设成本中设备费用占比较高对地层地质和水文情况敏感度极高掘进中途须更换刀具和整修刀盘，工艺复杂 ,操作困难隧道洞口附近需要有较大的施工整备场地 , 代价较高
现代化的生产手段速度快 ,效率高施工通风易于解决 , 可以实现长距离独头掘进进洞工作人员作业环境较好,安全保证程度高隧道管片及防水系统工厂化预制,机械化拼装 ,质量稳定比较钻爆法施工隧道埋深要求较低 ,因此线路长度可缩短
52m
22m
第 15 页
案例分析
翔安隧道工程特点
施工风险大
水下地质条件具有较强的多变性和不可确定性，施工中可能发生涌水、突水，隧道持续坍塌或严重进水，
地质条件复杂
陆域和浅滩地带：基岩全风化带厚度较大；海域：累计穿越风化槽总长度为1118.5m。
施工排水量大
纵剖面呈V形，下坡施工，水不能自流排出，施工中须制订完善的排水方案，施工供电也必须安全、可靠、不间断。
第4 页
工程难点
地质勘测困难、造价高，准确性低，工程风险大。须进行超前地质预报。
地质勘测
必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报。
涌水
单日掘进长度很大，对施工期间的后勤和通风有更高的要求。
后勤通风
工程难点
水压力
很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力，造成较低的成拱作用和地层的稳定性，衬砌也长期受较大的水压作用。
04
03
管段沉放
受气象、洋流、自然条件的直接影响，还受航道条件的限制。
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施工方法
盾构法和TBM法

海底隧道工程：建造困难中的卓越成就

海底隧道工程：建造困难中的卓越成就近年来，随着科技的不断进步，人类对于现代交通基础设施的要求也不断提高。

在地球上的各个角落，从广阔的陆地到广袤的海洋，人们在不断寻求创新的方式来满足交通运输的需求。

而其中最令人瞩目的工程之一，就是海底隧道工程。

海底隧道工程的建造可谓是一项举世无双的挑战。

作为海洋工程的一种，它需要克服诸多困难和限制，包括地质条件、水文条件、技术要求等等。

然而，正是在这些困难中，人类展示了卓越的工程能力和创新精神。

首先，海底隧道工程所面临的首要困难之一是地质条件。

海底地质复杂多变，常常出现基岩质地坚硬、存在断层等情况。

更甚者，部分海底地区拥有深层软土和泥沙，对于隧道的穿越和固定带来了不小的挑战。

为了解决这一问题，工程师们必须设计出有效地施工方法，选择合适的钻探和爆破技术，确保隧道稳固可靠。

其次，海洋环境的影响也是海底隧道工程所需面对的困难之一。

海洋环境十分恶劣，随时可能发生海浪、洪水等灾害性事件，这给施工工作带来了极大的不确定性。

工程师们需要充分考虑海洋气候条件，采取相应措施来确保建设进度和施工安全。

此外，远离陆地的海底隧道施工也带来了供给和物资保障的巨大困难。

海底隧道工程通常需要大量施工材料和设备，然而这些物资往往无法直接运输到施工地点。

这就需要工程师们设计合理的物资供应链条，以确保施工进度不受物资短缺的影响。

然而，尽管面临了重重困难，在人们的不懈努力下，海底隧道工程依然取得了卓越的成就。

世界上最著名的海底隧道之一，跨越英吉利海峡的英吉利海峡隧道就是最好的例子之一。

英吉利海峡的规模巨大，海流湍急，并且位于火山地质区。

然而，在十年的艰苦施工中，英国和法国的工程师们克服了各种困难，以创新的方式设计建造了这座伟大的隧道。

如今，英吉利海峡隧道已经成为英法之间最重要的陆上交通通道之一，为两国人民和商品的往来提供了便利。

海底隧道工程的成功得益于工程师们的勇气、技术创新和团队合作的精神。

他们学习和借鉴先进的建设技术，不断尝试新的方法和工具，逐步改善施工效率和质量。

大型跨海隧道修建关键技术-张顶立

• 提高耐久性. 使隧道整体支护结构加强，结构受力状况改善；衬砌背后围岩的密实性提高，有利于长期稳定。因此，应根据不同的围岩条件分别确定加固圈的参数以及形成方式。
8 海底隧道的“围岩—支护”作用体系
围岩注浆加固圈初期支护系统
2
二次衬砌
kr1
η
kr2
r1
kg1 η
k
g1
kp η kspη谢！Thank you !
• （1）对衬砌透水情况而言，围岩渗透系数越高，围岩透水性越好，这样作用在衬砌结构上的孔隙水压力也越大，涌水量也就越大； • （2）对衬砌结构本身而言，其渗透系数越小，作用在衬砌结构上的孔隙水压力也越大，涌水量则相对减小； • （3）注浆可以在一定程度上起到减小围岩渗透系数的目的，增大注浆圈半径和改善注浆工艺均可以达到降低作用在二衬结构上的孔隙水压力以及减小涌水量的目的。
5 水荷载形成机理及作用特点
对海底隧道而言,支护结构除了承受围岩压力外，还会承受很高的水压力。作用于支护结构上的围岩压力可以被地层拱作用降低,而静水压力荷载并不受此影响,不能用任何成拱作用来降低。
可以说，海底隧道水压力设计值的大小是决定衬砌结构强度的关键，水压力设计值大小不仅与水头有关，还与防排水方式方式、注浆效果、围岩、衬砌的渗透系数等有关。
大型跨海隧道修建关键技术
张顶立
北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 2007年6月
1 海底隧道工程特点
• 持续稳定的水压力，水源补给无限；
• 水荷载不能因任何成拱作用而降低，衬砌结构长期承受高水压；
• 准确勘测更困难，遇到事先未预测到的不良地质情况使风险性更大； • 不良地质体在水的作用下自稳能力弱，可能引起大变形、坍塌，甚至突水； • 隧道渗水不能自然流出，必须人工排水，这在放水设计中应予以考虑。

浅埋暗挖隧道施工地表塌陷分析及其控制

第26卷增2岩石力学与工程学报V ol.26 Supp.2 2007年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2007 浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制张成平，张顶立，王梦恕(北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044)摘要：防控地表塌陷特别是海床塌陷是浅埋暗挖海底隧道施工的关键问题之一，一旦发生海床塌陷，海水可能大量涌入隧道，将造成灾难性后果。

因此，明确地表塌陷的发生机制、诱发因素和相应的控制措施是浅埋暗挖隧道包括海底隧道安全施工的重要保证。

以深圳地铁一隧道施工引起的两次地表塌陷事故为工程背景，根据普氏平衡拱理论，对浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷进行深入的分析，明确地表塌陷的发生机制，并结合地层条件和施工情况给出了诱发地表塌陷的原因，在此基础上提出相应的控制技术，并在隧道后续施工中得到应用，取得了理想的控制效果。

研究结果表明，严格按照浅埋暗挖法的基本原理和技术要点进行隧道施工，可以有效地避免地表塌陷事故的发生。

研究成果对浅埋暗挖城市地铁隧道和海底隧道等类似工程施工预防地表塌陷具有一定的指导意义。

关键词：隧道工程；浅埋暗挖法；地表塌陷；压力拱；控制技术中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)增2–3601–08ANALYSIS OF GROUND SUBSIDENCE INDUCED BY SHALLOW-BURIED TUNNEL CONSTRUCTION AND ITS CONTROL TECHNIQUESZHANG Chengping，ZHANG Dingli，WANG Mengshu(Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing100044，China)Abstract：It is the key issue to prevent ground subsidence，especially seabed subsidence during the construction of shallow-buried subsea tunnels. So it is necessary to analyze the ground subsidence caused by the construction of shallow-buried tunnels including subsea tunnels in order to find out its forming mechanisms，inducing factors and control measures. Based on two ground subsidence accidents caused by the construction of a certain shallow-buried tunnel in Shenzhen subway，the equilibrium arch theory of М·М·Протодьяконов is used，and the forming mechanisms of ground subsidence induced by shallow-buried tunneling are presented. Predominant factors，which cause the collapse of ground，are analyzed according to stratum geological conditions and construction methods. Moreover，control techniques of avoiding ground subsidence accident are also proposed，and are applied to the tunnel construction in Shenzhen subway subsequently. Good effects were achieved in guiding the construction of the subway tunnel and ground subsidence accidents were also avoided. Research indicates that if shallow-buried tunneling can be strictly kept to the principles and technical rules of shallow-buried tunneling method，ground subsidence can be avoided effectively. The research results can provide references to preventing ground subsidence induced by construction of shallow-buried urban subway tunnels，subsea tunnels and other similar tunnel engineering.Key words：tunneling engineering；shallow-buried tunneling method；ground subsidence；pressure arch；control technique收稿日期：2007–06–14；修回日期：2007–07–19基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2006AA11Z119)作者简介：张成平(1975–)，男，1999年毕业于北方交通大学交通土建工程专业，现为博士研究生、讲师，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。

3海底隧道设计难点分析-张顶立

10 海底隧道的“围岩-支护”作用体系
围岩 η r2
• （1）对衬砌透水情况而言，围岩渗透系数越高，围岩透水性越好，这样作用在衬砌结构上的孔隙水压力也越大，涌水量也就越大；
• （2）对衬砌结构本身而言，其渗透系数越小，作用在衬砌结构上的孔隙水压力也越大，涌水量则相对减小；
• （3）注浆可以在一定程度上起到减小围岩渗透系数的目的，增大注浆圈半径和改善注浆工艺均可以达到降低作用在二衬结构上的孔隙水压力以及减小涌水量的目的。
海底隧道设计难点分析
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
2008年8月
1 海底隧道工程特点
• 持续稳定的水压力，水源补给无限； • 水荷载不能因任何成拱作用而降低，衬砌结构长期承
受高水压； • 准确勘测更困难，遇到事先未预测到的不良地质情况
使风险性更大； • 不良地质体在水的作用下自稳能力弱，可能引起大变
“限量排放”成为可能；同时可减小结构的水荷载。这里要说明加固圈可减少渗透系数和渗流量，其中渗流量是更重要的指标，即使不能形成闭合的结构，仍可使减小渗流速度，只要实行排放就可使压力大幅度降低。 • 提高耐久性. 使隧道整体支护结构加强，结构受力状况改善；衬砌背后围岩的密实性提高，有利于长期稳定。因此，应根据不同的围岩条件分别确定加固圈的参数以及形成方式。
海底隧道原则上应考虑采用堵水方案，可以预留排放的条件，因为长期大量的排水不仅费用昂贵，而且水土流失会恶化“支护—围岩”关系，影响耐久性。
———荷载设计说明
• 初期支护承担全部的围岩荷载和全部的渗流场力体现施工阶段初期支护和围岩共同承担全部荷载，初支参数应结合围岩级别和地下水情况综合考虑。
• 二次衬砌承担全部荷载主要是针对于运营期间提出的，复合式衬砌结构的受力转换是逐渐进行的，二次衬砌一般是在初期支护受力、变形稳定后施作的。二衬施作后，由于岩土材料的流变特性，初期支护继续变形，二次衬砌逐渐参与结构受力，且其分担的荷载随时间增加。而随着地下水对初期支护的侵蚀，荷载将全部转移到二次衬砌结构上来。此时，二次衬砌将承担全部的荷载。

海底隧道修建技术国际研讨会资料海底隧道会议讲稿张顶立.ppt

▪ 隧道上覆地层的侧向和轴向水平位移值分布，其总体规律是地表的水平位移最大，接近隧道层位的位移值较小。
▪ 与地层沉降相反，采用双侧壁法施工的水平位移远大于CRD工法时的对应值。
▪ 因此采用双侧壁法施工时应重点加强水平支撑，以有效地控制水平变形。
地表裂缝扩展过程
地表裂缝宽度(mm)
30
双侧壁
▪ 双侧壁时裂缝的展开较为剧烈,展开速度几乎保持恒定, 左、右侧导通过10 m后,裂缝处于稳定状态,此时裂缝宽度约为30 mm。
▪ 水平位移矢量的梯度方向为地表裂缝扩展方向，即裂缝法线方向与位移矢量平行。
地表开裂伴随着地层的变形而发展，显然其裂缝状态、规模及展布情况与地层变形密切相关。地表开裂受水平位移的影响更加明显，由于水平位移的分布不同造成了裂缝的发育深度的差异，海底段施工时裂缝的发育深度对施工安全影响更加明显。
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▪ 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。
▪ (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。

大连湾海底隧道风险评估及对策研究

大连湾海底隧道风险评估及对策研究
宋浩然;张顶立;谭光宗
【期刊名称】《北京交通大学学报》
【年(卷),期】2013(037)004
【摘要】以大连湾海底隧道为背景,针对工程可行性研究阶段的推荐方案,按照不同的施工方法对风险进行识别和分析,并且采用风险判断矩阵和专家调查的方法对各方案的风险进行评估.另外,采用层次分析的方法,从技术、经济、安全和环境影响等因素出发,对各施工方法进行风险评价,认为两种推荐轴线均采用沉管方案时其综合风险最小.根据风险评估的结果及大连湾海底隧道的工程特点,提出了相应的风险控制措施,为工程相关决策和方案的确定提供参考.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】宋浩然;张顶立;谭光宗
【作者单位】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044
【正文语种】中文
【中图分类】U459.5
【相关文献】
1.DuraCrete模型预测大连湾海底隧道混凝土氯离子浓度时系数Ke取值的统计分析 [J], 李冰黎;刘丹忠;孙文豪
2.大连湾海底隧道工程沉管预制干坞设计及施工技术 [J], 潘立文;王晓姝;王国成
3.大连湾海底隧道工程沉管预制场施工质量管理控制 [J], 王春利;孙竹;王国成
4.大连湾海底隧道建设工程安全管理探索 [J], 李宝涛;肖传龙;李虎高
5.大连湾海底隧道钻爆法施工风险评估研究 [J], 闫玉茹;黄宏伟;胡群芳;程勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水底隧道穿越风化槽技术及施工效应研究

文章编号:0451-0712(2005)06-0203-05 中图分类号:U455.49 文献标识码:B 水底隧道穿越风化槽技术及施工效应研究黄　俊1,张顶立2(1.中交公路规划设计院　北京市　100010; 2.北京交通大学隧道及地下工程试验中心)摘　要:通过对厦门东通道水底公路隧道风化槽的工程特性分析,结合国内外钻爆法的成功实例,并借助数值分析方法,优化隧道穿越风化槽的施工工艺,确定了超前注浆加固的时机和注浆加固的范围。

关键词:水底公路隧道;钻爆法;风化槽;施工效应1　水底隧道发展概况水底隧道的建设,至今已有4000年左右的历史。

公元前2000年,巴比伦人首先用围堰明挖法建成了穿过幼发拉底河的水底隧道,随着科技的发展, 1925年布鲁纳尔氏父子首次采用盾构法在英国泰晤士河下修建了隧道,1927年建成的纽约荷兰特(Holland)隧道,采用全横向通风系统解决隧道通风问题。

1910年美国人在底特律河下用沉管法修建了第一条双线铁路隧道。

1971年日本用矿山法修建了穿越津轻海峡的青函隧道。

隧道全长达53.85km,于1985年成功贯通,为全世界所瞩目。

1987年9月,久经酝酿的英吉利海峡隧道破土开工,隧道全长49.2km,水底段长37.5km,于1993年竣工运行。

该隧道由英法两国采用双护盾全断面掘进机联合施工,施工进度创世界之最。

世界上其他地区也正在积极规划和论证海峡隧道方案。

我国水底隧道尚处起步阶段,上海市在1970年建成打浦路越江隧道(长1300m),1988年建成延安东路隧道(长2261m),2003年建成的复兴路越江隧道,还有已建成的珠江、甬江、上海外环等水底沉管隧道。

海南、广东、青岛、长江口等地已在积极酝酿、规划水底隧道的建设,厦门东通道工程就是其中之一。

目前,水底隧道按修建方法基本可分为矿山法、盾构法、沉管法。

此外,可根据条件将三者混合使用,或采取桥隧联合方案跨越海峡或河流,可缩短隧道长度,降低造价。

海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷

海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷一、本文概述《海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷》一文旨在对海底隧道工程建设中的若干关键技术进行深入探讨和商榷。

海底隧道工程作为现代交通建设的重要组成部分，其设计施工的难度和复杂性远超陆地工程。

本文将从海底隧道的设计理念、施工技术、环境保护、安全风险评估等方面展开论述，以期对海底隧道工程的关键技术进行全面梳理和总结。

文章将简要介绍海底隧道工程的重要性和发展现状，阐述其在交通运输、城市规划和区域经济发展中的重要作用。

接着，文章将重点分析海底隧道工程设计中的关键技术，包括隧道线形设计、结构选型、防水防腐蚀措施等，探讨这些技术在实际工程中的应用及存在的问题。

文章将详细阐述海底隧道施工过程中的关键技术，如盾构法、沉管法、干坞法等施工方法的选择与比较，以及施工过程中的关键技术难题和解决方案。

同时，文章还将关注海底隧道施工对环境的影响，探讨如何采取有效措施减少对海洋生态的破坏。

文章将对海底隧道工程的安全风险评估进行深入探讨，分析工程实施过程中可能遇到的安全风险及其应对措施，为实际工程的安全施工提供借鉴和参考。

通过本文的商榷和探讨，旨在提高海底隧道工程设计施工水平，促进相关领域的技术创新和发展，为推动海底隧道工程的安全、高效建设提供有益的思路和建议。

二、海底隧道工程设计关键技术海底隧道工程的设计是整个项目的核心，涉及到多个关键技术的决策和应用。

在设计阶段，需要综合考虑地质条件、环境条件、施工方法、工程造价等多方面因素，确保隧道的安全性和经济性。

地质勘探是海底隧道设计的基础。

通过详细的地质调查，了解海底地形、地质构造、地层岩性、水文地质条件等信息，为隧道的设计提供科学依据。

地质勘探的准确性和精细度直接影响到隧道设计的合理性和安全性。

隧道结构设计是海底隧道设计的关键。

结构设计需要考虑隧道的受力特性、变形控制、防水防腐蚀等因素。

在设计中，要合理选择隧道断面形状、尺寸和支护结构，确保隧道在使用过程中能够承受各种荷载作用，保持稳定性。

海底隧道建设的挑战与解决方案

海底隧道建设的挑战与解决方案海底隧道建设是一项充满挑战的任务。

无论从技术上还是从环境和经济角度来看，都需要克服多种困难。

本文将探讨海底隧道建设所面临的挑战，并提出一些解决方案。

首先，海底隧道建设必须解决的一个主要问题是地质条件。

海底地质状况复杂，岩石层的稳定性和地壳运动都会对隧道建设造成影响。

为了确保隧道的安全和稳定，工程师们需要进行详细的地质勘测和数据分析，以了解海底地质层的特点和变化。

同时，使用先进的隧道掘进技术和岩土工程技术，如盾构和冻结法，可以有效应对不同的地质条件。

其次，海底隧道的设计和建设还需要考虑到海洋环境的影响。

海洋环境对隧道结构和材料的腐蚀和侵蚀可能会造成损坏。

因此，必须选择合适的防腐蚀材料和设计防护措施。

此外，海底隧道还需要承受来自海洋动力学因素的冲击，如海浪冲击、潮流和海底地震等。

为了解决这一问题，工程师们可以采取抗冲击设计和材料创新，使隧道能够承受海洋环境的变化和冲击。

另一个挑战是长距离海底隧道的施工。

海底隧道通常需要在大海中跨越几十甚至上百公里的距离，这对工程施工和物资供应造成了极大的困难。

为了解决这个问题，可以采用模块化和预制技术来减少施工时间和成本。

此外，建设者还需要考虑到海上交通线路的干扰和影响，以及隧道施工对海洋生态系统的影响，并制定相应的保护和规范措施。

再次，海底隧道建设还需要应对资金和可持续性的挑战。

海底隧道的建设投资庞大，而且需要长期维护和管理。

为了确保项目的可持续发展，可采用公私合作的方式来吸引私人资金和技术，同时制定合理的运营和收费机制。

此外，还可以通过地方和国际合作，共享经验和资源，实现海底隧道建设的共同发展。

总之，海底隧道建设是一项充满挑战的任务，需要克服地质条件、海洋环境、施工和资金等多个方面的困难。

通过采取合适的技术和创新解决方案，可以有效地解决这些挑战。

海底隧道的建设将带来巨大的经济和社会效益，提升交通运输的便利性和可持续性，促进地区的发展和合作。

海底隧道建设全过程核心安全风险分析

海底隧道建设全过程核心安全风险分析
李兵;张顶立;房倩;李鹏飞
【期刊名称】《北京工业大学学报》
【年(卷),期】2010(036)004
【摘要】为了确保海底隧道工程建设的顺利实施,借鉴风险管理的方法,提出海底隧道建设全过程安全风险管理的理念,将海底隧道建设全过程分为规划、设计和施工3个阶段.通过风险分析与评估,确定了海底隧道建设全过程的核心安全风险及各个阶段的核心安全风险因素,从技术角度给出相应的风险控制措施,并考虑各个阶段安全风险的相瓦联系,建立了全过程安全风险控制体系,对海底隧道安全建设实施全过程风险控制.将建设全过程核心安全风险控制体系应用于正在建设的厦门海底隧道,取得了理想的效果.
【总页数】6页(P463-468)
【作者】李兵;张顶立;房倩;李鹏飞
【作者单位】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】U459.2
【相关文献】
1.德国总理默克尔支持丹德间海底隧道建设 [J], 环球网
2.海底隧道建设全过程风险评估分析 [J], 李永宽;张顶立;房倩
3.穿行海底的秘密——第二届全国水下隧道建设与管理技术交流会侧记 [J], 赵岩
4.基于开放地图数据的烟大海底隧道建设交通可达性影响研究 [J], 胡锦华;付宗堂;柴鹏辉
5.大连湾海底隧道建设工程安全管理探索 [J], 李宝涛;肖传龙;李虎高
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海底隧道工程施工重难点及对策

海底隧道工程施工重难点及对策刘军强【摘要】海底隧道工程施工在沿海城市的道路建设中具有重要地位.在海底隧道工程施工中,因其施工环境的特殊性,施工时会存在很多的施工重难点.分析研究这些施工重难点,可制定相应的应对措施,以期为海底隧道工程施工提供参考,促使其向更高层次的阶段发展.【期刊名称】《城市住宅》【年(卷),期】2019(026)004【总页数】2页(P155-156)【关键词】海底隧道工程;施工重难点;断层;混凝土耐久性【作者】刘军强【作者单位】中铁十六局集团第一工程有限公司,北京100018【正文语种】中文0 引言目前，在沿海城市道路建设中，海底隧道工程的施工质量与安全性要求比其他隧道更加严格。

众所周知，隧道工程施工非常复杂，其涉及范围更加广泛，而海底隧道在隧道工程施工中的难度更大，存在更多的施工重难点，针对这些重难点进行全面系统的分析，并结合具体情况提出合理性建议，以促进海底隧道工程施工的可持续发展。

1 工程简介1.1 工程概况青岛胶州湾隧道工程是一项大规模的跨海工程。

该隧道是以城市道路功能为主、兼有公路功能的隧道，设双向双洞分离式6车道，中间设置服务隧道。

隧道采用断面为3孔椭圆形断面形式穿越海域段，两侧为主隧道，中间为服务隧道。

隧道沿线设有通风竖井、海底泵房、车行横洞、人行横洞及各项运营管理设施，是目前我国大陆地区最长的大断面海底隧道。

该隧道的横断面布置如图1所示。

图1 隧道横断面布置1.2 水文1.2.1 波浪胶州湾海域是深入内陆的半封闭性海湾，以薛家岛、团岛连线为界，与黄海相连通。

湾口只有1条东南角宽约3km的海峡，连接海湾内水域与黄海。

湾腹较大、湾内水域阔，四周多山丘，岸线较曲折，地形比较复杂。

水深变化较大，流速、流向不同，故该海区的波浪状况相对复杂。

从海区的气象条件、地形分布及地理位置可看出，波浪主要是经胶州湾湾口从外部海域传入的涌浪和北向风在海湾内形成的风浪。

1.2.2 潮汐根据潮汐类型指数计算结果可以看出，海域潮汐类型属正规半日潮，经分析计算胶州湾大港验潮站的观测资料，各站潮汐特征值如表1所示。