海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷

介绍国内外跨海隧道工程建设现况及其设计施工和研究特色，论述海床基岩工程地质、水文地质特征与综合地质勘察，对影响海底隧道最小覆盖层厚度——隧道最小埋置深度进行讨论，并就施工探水与治水、隧洞围岩防塌险情预报与预警——围岩稳定性评价，以及施工期对隧道衬护原设计参数的调整与修正等问题作分析与探讨。同时，对海底隧道衬砌结构选材，耐腐蚀高性能海工混凝土，以及公路与城市道路长、大海底隧道的防灾与救援等专门性问题阐述一点认识。最后，对超大型盾构机长距离掘进与深水急流海底沉管隧道的设计、施工等列出其中的若干技术关键问题。所论述的各个方面问题，可供国内当前在建和待建的几座海底隧道设计与施工技术人员参考。     

厦门海底隧道结构防排水原则研究

 海底隧道不同于陆地隧道，水压高，水源充足，又无天然出口，海底隧道的渗水问题远比陆地隧道严重得多，处理起来也困难得多。海底隧道结构防排水系统的合理性和可靠性是海底隧道成功的关键，也是控制运营费用的主要部分，海底隧道结构防排水原则和标准的确定又是设计合理防排水系统的基础。在分析国外已建成海底隧道防排水设计的基础上，提出确定海底隧道防排水原则的临界地下水位，并通过数值分析计算厦门海底隧道设置盲管排水系统后的排水量和衬砌背后水压，从运营经济性角度分析排导系统设置的可行性，提出厦门海底隧道应采用“以堵为主，限量排放”的防排水原则。在此基础上，提出厦门海底隧道合理的防排水体系，并在工程中得到应用。提出的研究方法也可为其他海底隧道结构防排水系统设计提供参考。     

厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验

 针对我国第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道富水砂层段进行注浆试验，采用钻孔取芯和压水的方法对注浆效果进行检验，摸索该条件下的一些注浆规律，提出注浆量、注浆压力、注浆速度、扩散半径等注浆参数。通过试验研究海水对浆液强度的影响。研究结果表明，海水延长初凝时间、减缓浆液强度上升的速度、稀释浆液并加剧不均匀扩散。结合翔安海底隧道施工注浆的经验可以得出，以上几个问题是在海水注浆中值得深入研究的，其研究结果可为厦门海底隧道注浆的设计、施工提供指导，并可为相关工程提供重要的参考。     

高速公路海底隧道消防设计探讨

<正>针对国内高速公路逐渐增多的的海底隧道,本文以海底隧道消防系统设计为中心,主要从海底隧道火灾特点、目前国内外工程应用和运营案例、消防灭火方案等方面展开论证和探讨,并推荐海底隧道消防采用组合的消防灭火体系。火灾分析高速公路海底隧道的消防对象是隧道内的火灾,只有了解火灾的原因、特点,研究其客观发展规律,才能寻找出最优的灭火设备和系统来对症下药。海底隧道的火灾分析如下:     

厦门翔安海底隧道穿越富水砂层施工技术

 厦门翔安海底隧道是中国大陆修建的第一座海底隧道，全长6 051 m。隧道在海域浅滩段有约610 m穿越富水砂层，是该工程施工的难点之一，也是以往海底隧道施工过程中所未曾遇到过的，没有现成的施工经验可供借鉴。主要研究和介绍厦门翔安海底隧道穿越该段富水砂层的施工关键技术，即在地表采用地下连续墙和疏干减压井对砂层进行分仓隔水、降水，在洞内采用TSS小导管超前预注浆对砂层进行固结处理。研究和施工实践表明，该隧道在穿越海域浅滩富水砂层段施工过程中，采用洞外和洞内相结合的施工技术是可行的，操作简便、效果明显，对同类地质条件下的地下工程施工具有一定的借鉴意义。     

海底隧道修建中的关键问题

结合厦门东通道海底隧道工程，对海底隧道最小岩石覆盖层厚度、水压力设计值的确定，衬砌结构断面优化与防排水方案，穿越海底不良地质段（断层、溶槽）的施工措施及服务隧道设置的必要性问题进行了分析。提出应从围岩稳定性和隧道涌水量的大小综合考虑最小岩石覆盖层厚度；采用限量排放的防排水方案对海底隧道较为适宜；施工中可采用注浆和冻结法穿越海底的不良地质段；设置服务隧道有利于隧道施工和运营管理。     

周边环境开发对浅埋海底隧道结构稳定性的影响

针对浅埋海底隧道结构稳定性影响问题,依托深港西部通道深圳侧接线工程,采用非线性有限元法,选取10个典型断面,分析了强夯、堆载、未来建筑永久荷载等对浅埋海底隧道结构沉降与侧向位移的影响,探讨了影响的范围和作用强度。从而为未来填海区开发对浅埋海底隧道结构稳定性影响控制提供参考。     

厦门翔安海底隧道防水工程

介绍我国第一条大断面、浅埋暗挖法施工的海底隧道在防排水设计施工中的主要技术方案和措施,以及目前该海底隧道已建和正在建设中的防排水工程的实际情况。该海底隧道最深处在海平面以下70 m,衬砌结构承受0.7 MPa水压力。整个海底隧道均处在海平面以下,在海水及陆域地下水的包围之中。所以该隧道防排水采用从初期支护、防水板铺设、分区防水、施工缝、变形缝等细部防水、埋设纵横向盲管到高性能混凝土自防水等",以堵为主,限量排放,多道防水,刚柔结合"的防水技术。     

基于GA理论的海底隧道纵断面优化设计

海底隧道纵断面位置的选定是海底隧道设计的关键问题。针对传统设计中采用满足最小岩石覆盖厚度的方法,提出了基于GA理论的优化设计方法,可以在一组满足规范要求的初始方案中自动寻找最优解。其基本思想是首先建立纵断面初始种群,对解进行编码,然后对可行域中的可能解用评价函数进行度量,对解进行选择、交叉、变异,从而获得最优解。通过实例验证,该方法能对海底隧道纵断面方案进行优化,可以为设计提供参考,具有一定的实用价值。     

挪威海底隧道经验

海底隧道深埋于海水以下,因而在勘探、设计、施工和运行方面都比陆地隧道更困难。挪威在近30a来修建了40条海底隧道,积累了丰富的经验,形成了被称为“挪威海底隧道概念”的一整套技术。规划设计阶段要采用各种可能方法进行尽可能详细的地质勘探,尤其是海洋折射地震波探测,以提供基岩表面深度、基岩地质剖面等重要资料。影响隧道的稳定主要为断层和软弱带,因此,在地质勘探中确认断层和软弱带是极为重要的。施工时需采用精心设计的方法,包括减少每轮爆破的进尺及采用喷射混凝土拱肋、密集长锚桩等。典型的挪威海底隧道衬砌由作为支护的喷锚结构和自立的防水防冻的内衬砌组成。挪威海底隧道的衬砌都按排水结构设计,而不承受外水压力。渗水是海底隧道的最大威胁,施工期应随时了解掌子面前的地质和水文地质条件,超前探测孔和预灌浆是控制渗流的最佳方法,同时必须时刻准备处理可能发生的紧急情况。最小岩石覆盖厚度影响隧道安全和造价,必须慎重考虑,根据岩石条件、稳定要求、渗水量充分论证,大部分挪威海底隧道的最小岩石覆盖厚度都小于50m。海水的腐蚀性给海底隧道带来一系列的特殊问题,须认真对待。     

海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究

海底隧道不同于陆上隧道,海水位变化相对隧道埋深较小,隧道两端出口比海底部分要高,不能采用自然排水。深埋海底隧道二次衬砌承受较大的外水压力。调查了国内外海底隧道衬砌结构型状及支护参数,针对海底隧道的特殊性,归纳了海底隧道设计理念和设计方法。针对某公路海底隧道特定地质条件和工程设计要求,分别采用马蹄形、椭圆形、圆形3种衬砌结构型式,并用有限元软件对这3种衬砌结构二次衬砌在不同荷载作用下进行强度验算。对计算结果优化比选,选出一种技术可行、经济合理的衬砌结构,得出一些有意义的结论。     

深厚软土海底隧道围堰明挖法关键施工技术研究

以澳门大学新校区海底隧道工程为例,对深厚软土海底隧道围堰明挖法的关键施工技术进行研究。基于深厚软土海底隧道工程中围堰难度大、软土地基、回填覆土厚度大、结构变形控制难度大等特点,提出采用深厚软土层地基、深水和动水条件下的特殊围堰、钻孔灌注桩+内支撑与钢管桩+内支撑相结合的围护结构、疏桩基础与覆土提前灌水技术以及适应远期主航道加深的回填覆盖的技术,以确保海底隧道施工质量。实践结果表明所提出的施工技术安全可靠且经济可行,可为类似的海底隧道工程施工提供参考。     

海底隧道综合勘察方法探讨

结合厦门海底隧道工程对海底隧道勘察的基本方法进行了探讨，指出了勘察的重点和难点，以提高勘察成果的准确性和可靠性，从而使海底隧道的设计、施工更加经济合理。     

厦门翔安海底隧道开挖围岩应力与位移监测分析

针对海底隧道开挖后的复杂受力状况,采用围岩变形控制理论作为隧道施工工艺的安全控制标准.在厦门翔安海底隧道的A1标段主隧道F4风化深槽施工现场,埋设应力盒与多点位移计,对隧道开挖后围岩应力与位移进行测试,分析围岩应力与位移规律的非线性关系,在此基础上对围岩稳定状况做出初步评价,认为工程所采用的先注浆、后爆破开挖的施工工艺切实可行.     

海底隧道结构健康监测设计研究

 由于海底隧道工程环境的特殊性与复杂性，因此为保证海底隧道运营安全，必须对海底隧道进行长期的结构健康监测，以此了解隧道结构在复杂环境中的受力变化状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况做出评估并加以有效处理。在对隧道结构健康监测现状进行总结后，针对海底隧道工程特点，结合在建的厦门翔安海底隧道工程，通过必要的数值模拟计算，首先确定出该隧道的监测内容及重点监测部位，随后结合工程实际情况确定监测断面位置、监测项目及监测仪器的选择、监测点布置等内容。同时，研究结果表明：(1) 不良地质段隧道结构安全监测，除对该位置隧道结构进行重点监测外，还应当在邻近较好地质条件处设立辅助监测断面，便于分析不良地质条件对隧道结构的影响作用；(2) 海底隧道结构的渗漏情况可通过监测其重点部位，如拱部的衬砌开裂情况，并配合相应位置的衬砌结构水压变化情况而间接获得。研究结果将对我国在建或拟建的海底隧道结构健康监测起到一定的指导作用。     

对台湾海峡隧道建设方案的思考

改革开放30年来,祖国大陆众多越江跨海工程广泛采用了隧道建设方案。在未来宏伟浩大的跨海峡大通道工程中,随着我国水底隧道建设技术的创新发展,认为海底隧道建设方案可作为海峡大通道的主要选择。本文对将来兴建台湾海峡隧道工程的有关技术问题进行分析阐述,主要讨论了我国隧道建设的技术发展、海底隧道方案的主要优点、海底隧道的施工技术等内容。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

基于GIS的厦门海底隧道涌水预报系统研究

应用GIS技术开发海底隧道施工涌水预报系统,实现涌水量动态预测,为施工安全提供技术决策。研究中涌水量的预测采用了解析法和数值模拟方法。技术路线为根据工程施工前的地质勘探资料,进行隧道的涌水量预测,其成果作为背景数据库存放在评价系统中。结合隧道施工过程中的地质信息和地下水信息,对涌水量模型参数进行修正,利用修正后的参数,更新涌水预测评价的基础数据库,以更新后的结果作为施工前方涌水量预测结果。系统实现了海底隧道涌水的动态预测,在厦门海底隧道工程施工应用中表明:系统可为隧道安全开挖中的探水工作提供相对正确而直观的水文地质依据和工程技术保障。     

海底隧道施工风险辨识及其控制

与陆地隧道相比,海底隧道的施工存在更大风险,如何降低海底隧道施工过程中风险带来的损失是目前亟待解决的问题.针对海底隧道的特点,借鉴挪威、日本等国家海底隧道建设经验和相关资料,基于风险管理和隧道施工的基本理论对海底隧道施工过程中的基本风险因素进行辨识,并对重要风险因素给出了相应的控制措施,以期为海底隧道的安全、经济建设提供技术参考.     

对某拟建海底隧道运营期的风险评估

根据隧道工程运营期风险评估的一般流程,对某拟建海底隧道工程在其运营期的风险进行了评估.评估中考虑的主要风险因素有隧道通风系统、隧道交通事故、隧道结构的防水耐久性、环境影响、火灾及地震等自然灾害.综合运用信心指数法和层次分析法,参照隧道与地下工程风险接受准则和风险等级标准,对海底隧道运营期中的风险进行估计与评价.给出了该海底隧道运营期的风险等级,并讨论了本评估工作中尚存在的一些问题和今后有待深入的工作.