海底隧道

（二）工程地质条件
工程场区为花岗岩地层，主要不良地质有：陆域全强风化层及海 域段多处全强风化深槽（囊）及硬岩段发育的破碎带； 最大纵坡：3%；最深处：海平面下约 70m 全强风化层
陆域长1170m且有地表建筑物、水塘
海水最深约30m
F1 F5
F4
F2
F3
F1、F2、F5：全强风化深槽；F4：全强风化深囊 拱 顶 最 大 静 水 压 力 0.68MPaⅠ ～ Ⅲ级： 61 ％，Ⅳ～Ⅴ级： 39 ％。其 中 海 域 段 隧 道 长 1482m, Ⅰ ～ Ⅲ 级 1232m, 占 8 3 . 1 ％ ， 覆 盖 层 28.4 ～ 44.8m,最大水深26.2m。
地质雷 达地质 预报 （超前、 探顶）
（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 全断面注浆 上半断面注浆 上半断面 周边帷幕注浆 小导管和 大管棚注浆 优缺点 注浆方案 全断面注浆 上半断面注浆 上半断面周边帷幕 大管棚和小导管注浆 上半断面稳定情况 无法自稳 无法自稳 有一定自稳能力 可以自稳 下半断面稳定情 况 无法自稳 可以自稳 可以自稳 可以自稳 探孔最大出水量 m3/h ≥20 ≥10 ≥5 ＞1 水压力 MPa ≥0.3 ≥0.2 ≥0.1 ＞0.05 水中泥沙含量 kg/m3 ≥100 ≥10 ≥1 ≥0.1
易发生突水、涌泥等灾难性事故
3、处理方案
• 1.超前地质预报探明风化槽地质 • 2.全断面（周边）超前预注浆堵
水加固（轮廓线外4-6m） • 3.注浆效果检查（主要为钻孔法） • 4.大、小管棚超前支护 • 5.施工工法：CRD法、三台阶法
控制要点：“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”
隧道起点K6+540 竖井K7+850，内 径8.3m，深约45m 竖井K11+250，内 径8.3m，深约45m 隧道终点K12+485
西滨互通
起点K5+909
服务、管理区
终点K14+647
五通
翔安
横断面设计
52m
22m
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； 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。
4) 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 好的注浆效果，应进行低压慢注，注浆速度应控制在 5～30l/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
F2
88
18.2
23
F4
115
28
30
风 化 深 槽 简 介
F5
Leabharlann Baidu
30
21.2
12
风化槽地质纵断面图 W3岩芯 W2-3岩 芯
2、海底段风化深槽施工重难点
F1 F5 F4 F2 F3
特点、难点：
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.孔
地质复杂，土、砂、石交杂
③减震爆破 厦门翔安海底隧道地质条件复杂多变，且厦门区海域是国家白海 豚保护区。这样为了保证施工安全及保护海洋生态环境，爆破设计需 采用减震爆破技术，并进行爆破震动检测。这就要求施工中必须严格 控制一次爆破炸药量、分段起爆。 针对坚硬的花岗闪长岩类（Ⅰ、Ⅱ级围岩普遍达到150MPa以上）， 经过反复的试验及爆破监测，采用复式锥形掏槽方式效果较好，即从 上、左、右三个个方向掏槽，掏槽面积大，夹制力小，掏槽成功率高， 炸药单耗为1.09Kg/m3。
（3）注浆参数的确定
1） 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：（1～2）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。 2） 注浆压力和浆液扩散半径 注压力一般为：P注=P土+ (1.0～2.0)MPa a.全风化花岗岩 海底隧道几个风化槽的埋深一般为30～50m, 最大土压力为0.6～1.0MPa， 经过现场试验，注浆终压为2～4MPa，浆液扩散半径一般R为1～2m。 b.强风化花岗岩 在隧道位臵实测最大水压力0.5MPa，根据类似工程经验及经过现场试验， 注浆终压为2～3MPa，浆液扩散半径一般R为2～2.5m。 3） 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臵，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。
Q≥20 全风化 花岗岩 10≤Q＜20 Q＜10 Q≥20 强风化 花岗岩 10≤Q＜20 Q＜10 中、微风化 花岗岩 Q≥10 Q＜10
P≥0.2 0.1≤P＜0.2 P＜0.1 P≥0.2 0.1≤P＜0.2 P＜0.1 P≥0.1 P＜0.1
海底 隧道 不同 地层 条件 下注 浆材 料的 选择
主要施工方案：
实施信息化施工 采用台阶分步法开挖支护，无轨运输出碴方式 采用控制爆破技术，减少对围岩的扰动，减小 震动对海洋环境的破坏，保证施工安全
控制要点：
信息化施工；工 法利于施工方法 和工序的转换
1、超前地质预报
施工中严格执行 “有疑必探、先探后挖、不探不挖” 的超前地 质预报原则。根据地质勘察资料及针对特殊工程性质，工程采取长、 短距离相结合、物探和钻探相结合，主要运用TSP（双侧）、长短超前 探孔等方法和手段组成综合超前地质预报方案，最大程度上探明前方 不良地质体的具体位臵，围岩级别等，以便提前准备，做好应对措施。
4.0m行车 台阶长度100m 4.0m底部行车
说明：
1、②开挖时，车辆人员走③；③开挖时，将②开挖面用碴堆起作为行车通道；这样可以解决行车问题； 2、上下台阶的长度不能过小，否则前后会互相影响，施工速度缓慢。 地质频繁变化，软弱围岩随时可能出现，要保证围岩的自稳及开挖方
①断面高度：以安全第一、方便施工为原则。由于厦门翔安隧道
法的迅速转变，一次开挖断面不能过大，再从机械设备方面考虑，上 台阶的开挖高度定为7m，这与CRD工法的Ⅰ、Ⅲ部断面高度基本一致， 台阶法开挖示意图 当隧道施工出现险情时，一是断面小更容易处理险情；二是利于施工 方法的快速转换，能够确保施工安全。 ②初期支护：对Ⅰ、Ⅱ级围岩岩石较好段一般支护参数为C25喷射 素混凝土；Ⅲ级围岩较差段支护参数一般为锚、网、喷支护，同时起 到封闭围岩的作用，减少岩体与海水和空气接触，保证围岩的稳定性 及工程安全。
（5）海底隧道海域地下水对结构腐蚀性强，二次衬砌结构性能及 表观要求高；
本工法结合厦门翔安海底隧道A1标段具体施工，通过紧密联系综 合超前地质预报，准确分析、判断围岩地质参数，针对工程的特殊性 质及特殊要求，合理组织施工、合理配备资源、确定合理的施工参数， 采用控制爆破及光面爆破技术，将大断面化整为零，分块分步施工， 即保证了施工安全，又满足了保护海洋生态环境要求；以前进式注浆、 钻杆后退式注浆和钢管孔底注浆相结合的超前预注浆工艺，大管棚和 小导管联合超前支护、CRD工法或三台阶七部法开挖、径向注浆补强， 突破了Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４、F5等几个风化深槽，防止了涌水突泥，保 证了施工安全；通过综合超前地质预报技术、注浆堵水、洞内通讯及 报警、设臵防水闸门等防范措施，并通过建立和实施应急抢险预案和 体系，有效地防止了海底隧道涌水突泥，实现了安全、优质、高效施 工。 同时，本工法在青岛胶州湾海底隧道也得以成功推广应用！
几种 主要 超前 注浆 方法 的优 缺点
注浆工艺 复杂 复杂 比较复杂 简单
设备投入 多 多 少 少
施工效率 低 较低 较高 高
安全性 好 好 较好 较好
工程费用 大 较大 较小 小
超前 预注 浆方 案选 择
（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。
2、开挖支护方法的确定
由于断面大，工程地质条件复杂多变，节理破碎带频繁出现，而 且隧道头顶无限海水，水压高，施工中极易发生突涌水，施工风险大， 稍有不慎将有灭顶之灾，故施工方法必须利于工法、工序的快速转变， 方便围岩变差时钢支撑的迅速支护。开挖采用上下断面三分部法（即 上断面、下断面左、下断面右）。施工时，上半断面先行，下断面采 用左右分部交错开挖爆破，开挖一侧时，另一侧作为行车通道。 上断面高度和陆域段CRD工法的Ⅰ、Ⅲ部高度保持基本一致，在 围岩地质发生变化时可迅速将工法转变为CRD工法，以省去重新定制钢 拱架等步骤，充分利用现有的钢拱架延续进行加工和使用，提高施工 效率。
Ⅰ级围岩, 1188m, 37.6% Ⅴ级围岩, 1093m, 34.6%
Ⅳ级围岩, 138m, 4.4% Ⅱ级围岩, 660m, 20.9% Ⅲ级围岩, 81m, 2.6%
（三）工程重、难点
（1）穿越F1、F2、F4、F5等多个海底风化深槽，存在与海水相连
的贯通裂隙；地质复杂，土、砂、石交杂，土体自稳能力差，海域地 下水及其发育，开挖难度极大，易发生突水、涌泥等灾难性事故，施 工风险高；
地层岩性 钻孔涌水量Q（m3/h） 水压力P(MPa) 主要注浆材料 普通水泥浆、HSC浆、 普通水泥-水玻璃浆 MFC浆、普通水泥-水玻璃浆 MFC浆、超细水泥-水玻璃浆 普通水泥浆、HSC浆、 普通水泥-水玻璃浆 普通水泥浆、MFC浆、 超细水泥-水玻璃浆 MFC浆、超细水泥-水玻璃浆 MFC浆、超细水泥-水玻璃浆 MC-20浆、超细水泥-水玻璃浆
海底隧道大断面钻爆法 安全掘进施工工法
技术交流材料
中铁隧道集团有限公司 中铁隧道股份有限公司 汇报人：梁海清 二零零九年十二月
材料内容

第一部分 第二部分 第三部分 第五部分
工程概况
工法应用概况


应用过程 相关图片影像资料

第四部分 工艺流程和应用效果

（一）设计概况
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。主隧道设双向六车道，开挖断面成马蹄形，开 挖宽度为17m左右，为大跨度隧道。隧道全长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。
光面爆破炮眼布置图
爆破震动监测
1、风化深槽情况简介
厦门翔安海底隧道施工中，几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。风化深槽段隧道施工技术研 究是国内外隧道工程领域的研究热点之一，也是目前亟待解决的问 题。 风化深槽情况简介详见下表中所列。
项目 风化槽 F1 规模（m） 长度×跨度 60 埋深 （m） 36.0~53 .7 56.5~65 .8 59.5~70 .6 48.6~58 .3 水深 （m） 25.7 水量 m3/h 50 地质简述 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 Ⅳ～Ⅴ级 以W3强风化花岗岩为主，两侧为W2弱风 化花岗岩（破碎围岩） 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 Ⅳ～Ⅴ级 W2、W3夹杂，围岩破碎，地下水发育
3.1 风化深槽超前地质预报技术
F1风化深槽超前地质预测预报总体方案：物探钻探相结合、长短 结合，先物探后钻探，先长后短。主要预报手段有TSP（双侧）、地质 雷达、超前水平钻探和地质素描，在准确探明风化深槽内地质情况的 同时，几种方法相互补充，相互印证。
水 平 钻 孔 勘 探 加 防 突 装 置
TSP203地质探 测仪超前探测 双侧布孔
（2）长距离穿越陆域段富水、大断面、全强风化浅埋地层，易坍 方、突涌泥，沉降收敛难以控制，采用CRD法开挖，工序复杂、转换 频繁；
（3）隧道围岩复杂多变，即使在硬岩段也多夹有节理破碎带、小
断层破碎带等，且伴有海域地下水。施工方法、工序转换及其频繁。 （4）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，影响施工明显。