胶州湾海底隧道综合超前地质预报技术研究与实践

本文以胶州湾海底隧道为例,研究了超前地质预报中经常采用的预报手段,并概括了国内的综合超前预报研究现状,提出了综合超前地质预报的概念,指出了其优缺点和适用性。针对三线海底隧道,提出了具体的综合超前地质预报流程。运用本文所提出的三线海底隧道综合超前预报方法对胶州湾海底隧道的服务隧道和左线主隧道进行了多次综合超前地质预报,预报效果良好,工程进展顺利,取得了良好的经济效益。     

青岛胶州湾海底隧道陆域段近距下穿地表建筑物爆破震动控制技术

青岛胶州湾海底隧道陆域段钻爆施工期间,为确保距隧道拱顶约12 m的地表建筑物安全及隧道大断面掘进,通过采用下导超前、后续大断面扩挖施工方法,运用液压凿岩台车进行大中空孔直眼掏槽及合理化的钻爆设计等技术,将地表建筑物最大垂直震速控制在国标允许范围之内;通过采用孔外中段别雷管接力起爆,实现了大断面（超前下导、后续扩挖面）一次性点火起爆,解决了大断面一次性爆破雷管段别不足的难题;通过爆破震动测试及数据回归分析,得到了震动波在地层中的传播规律,并通过该规律进行药量真正校核。     

胶州湾海底隧道注浆效果评价与影响因素分析

青岛胶州湾海底隧道地质构造复杂、埋深浅、穿越大量的断层和不良地质段,施工风险大,超前预注浆是确保隧道安全施工的重要保证措施。本文通过对胶州湾海底隧道F4-4断层钻孔注浆效果评价以及影响因素的分析,提出施工中需要关注的环节及改进的措施,确保每一个注浆段都满足止水加固要求,为胶州湾海底隧道的快速掘进、安全施工提供保证,也为其他类似工程施工起到借鉴和指导作用。     

胶州湾海底隧道防排水措施研究

比起山岭隧道,海底隧道面临着严峻的防排水形势,特别在长大隧道中,保持隧道的干燥及清洁是隧道安全的基本标准。隧道的防水设计遵循"以堵为主,限量排放,刚柔结合,多道防线,因地制宜,综合治理"的原则。以胶州湾海底隧道为例,对防排水的各种措施,如超前预注浆、开挖后渗漏水的处理、防水板防水以及排水措施等各个方面进行了初步介绍研究。经实践证明隧道的防排水措施是切实有效的。     

对兴建台湾海峡隧道的工程可行性及其若干技术关键的认识

从10个方面对兴建台湾海峡隧道的工程可行性进行论述,并阐述对其中若干技术关键的认识和建议。1）从台湾海峡拟议中兴建隧位沿线的地质与地震灾害性条件,看跨海隧道设计施工的工程可行性--试以“北线”方案为例,说明其对隧道施工与日后运营的影响; 2）海底隧道设计施工的特点和问题：对地质勘察、隧道最小埋置深度、隧道内交通运输工具的选择、关于服务隧道和海底渡线室等的设置、工程的安全设计与安全作业等提出意见和建议; 3）隧道不良地质区段施工水情水患的预测与防治：对隧道场址的水文地质条件的认识与评价;对防塌治水的基本原则,难以预见的施工风险及施工整治处理要点进行了阐述; 4）隧道围岩防塌险情预警、变形预测与控制--围岩施工稳定性评价：提出用“变形速率比值判别法”对围岩的施工稳定性进行评价,在施工期采用BMP软件对隧道衬护原设计参数进行调整和修正; 5）隧道掘进机（TBM）与钻爆法施工方案的比选--隧道施工机械现代化：提出用TBM与钻爆法配合的海峡隧道施工方案,同时指出当隧道部分地段需改用钻爆法开挖时,隧道的主要施工机械及监测仪具应现代化（如自动化喷混凝土机器人、自动化量测及监测反馈系统等）; 6）耐腐蚀高性能海工混凝土材料和隧道支衬结构：指明采用常规材料配制高性能海工混凝土,增强其耐久性的基本途径;给出不良地质区段岩体的隧道开挖、支护、施工排水和限压衬砌设计施工的建议; 7）特长大隧道的运营期通风问题--暂按铁路隧道并以英法海峡隧道为例作考虑：阐述海峡隧道的空气动力学问题,介绍英法海底隧道的通风系统原理及结构布置措施; 8）隧道防灾与减灾：建议学习参考西方一些国家和日本在隧道防灾方面的设计理念; 9）海底隧道施工风险评估与风险管理：提出该隧道的主要技术风险类别,并阐述对风险管理的认识; 10）关于悬浮式隧道：对本隧道情况而言,建议悬浮式隧道方案再另行慎议;最后指出下一步的地质和地震勘察尚有待深入进行的工作。     

胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段施工技术

以胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段为背景,采用工程类比和数值模拟分析,对小净距隧道的施工顺序,超大断面隧道的开挖方法及支护参数进行了研究,结果表明:小净距隧道采用匝道先行,衬砌跟进,主隧采用CD法开挖可最大限度控制围岩塑性区;大断面洞段在进行超前注浆加固后,加强支护可实现台阶分部开挖。     

三臂凿岩台车全断面注浆快速钻孔施工技术

目前全断面钻孔注浆设备大都采用风动潜孔锤式单臂多功能钻机,成本高、效率低、速度慢、污染大。青岛胶州湾海底隧道钻孔注浆工程充分利用三臂液压凿岩台车作业范围大、灵活性强、空气粉尘污染小、安全文明、液压冲击钻高效的技术优势及专业化的管理优势,使三臂液压凿岩台车在隧道施工中,不仅具备了快速开挖的技术,还在不良地质的全断面深孔注浆施工中具备了快速、优质、安全、高效的施工技术。     

厦门海底隧道防排水系统研究与工程应用

为了对中国海底隧道防排水系统设计提供理论依据,针对厦门海底隧道防排水系统设计问题进行了研究.通过对隧道涌水量进行计算,对堵水注浆圈作用进行分析并结合工程类比后,分析确定了厦门海底隧道的防排水设计原则及方案,即在主隧道不良地质地段和整个服务隧道采用全封堵方案,水压按全水头计算;在主隧道完整围岩地段采用限量排放方案,水压可进行一定折减.用堵水注浆圈、自防水衬砌结构、分区防水系统和隧道排水系统共同构成厦门海底隧道的防排水系统.现场工程实践表明:该防排水系统达到了预期效果,可供类似隧道工程参考.     

胶州湾隧道年内开建

总投资31.8亿元的胶州湾海底隧道项目合作协议日前正式签约,并将于年底前正式开工建设。海底隧道项目将由青岛国信实业有限公司与上海上实(集团)有限公司共同出资建设。该项目南接薛家岛,北连团岛,下穿胶州湾湾口海域,工程全长6170m。隧道采用双向双洞六车道,设计时速为80km,路线等级为城市快速路,预计建设期限为3到4年半。经过前期认真详实的地质勘察,有关部门和专家已经确定:胶州湾海域地址情况基本搞清,建设海底隧道的地质条件比较理想,下一步在经过专家进一步论证、设计招标后,将在年底前正式开工建设海底隧道。胶州湾隧道年内开建…     

青岛胶州湾隧道工程获詹天佑奖

<正>第十二届中国土木工程詹天佑奖颁奖大会在北京隆重举行。青岛胶州湾隧道工程以其突出的创新性和高科技含量,荣获詹天佑奖,成为国内迄今唯一获此奖项的海底隧道工程。数据3年累计行车2 985万辆中国土木工程詹天佑奖是以表彰奖励科技创新与新技术应用为宗旨的奖项。青岛胶州湾隧道工程克服极为复杂的地质条件,建成世界上埋深最浅、断面最大的海底隧道,形成了一整套海底隧道修建的技术模式,最终获得评委青睐,赢得大奖。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

衬砌混凝土控裂施工的温湿度测试分析

隧道二次衬砌结构混凝土开裂会影响其长期使用性能,导致结构耐久性退化。客运专线隧道二次衬砌的细微裂缝甚至会在车辆运行作用下（振动、气动压力）扩展,影响行车安全,因此控制衬砌混凝土施工期裂缝的研究显得十分重要。现场测试采用在衬砌混凝土上预留孔的方法测定二次衬砌现浇混凝土内部的温度和湿度,得到其随时间的变化规律,同时在衬砌混凝土内埋置振弦式混凝土应变计的方法测试混凝土在施工期间的应变变化规律。测试结果表明,早期混凝土内部应变的变化规律从量值上表现为： 边墙部位的压应变态势、拱顶部位的拉应变态势及拱腰部位的过渡态势。拱顶部位在施工期表现为拉应变,这是衬砌混凝土裂缝控制的关键。     

漫谈矿山法隧道技术第十五讲——隧道涌水控制技术

涌水控制对策大体上分为"排水"对策和"堵水"对策2大类,经验表明"排"与"堵"相结合的方法是控制地下水最有效的方法。在处理"排"与"堵"的关系上,关键是弄清何种情况下需要采取"堵"的方法。适用堵水方法的条件:1)在地下水量大、围岩渗透系数大于10~(-6)~10~(-5)cm/s时,为了确保施工可接受的渗漏水条件;2)在地下水位降低对周边环境产生有害影响,为了确保周边环境"可接受干扰"的条件;3)为了避免二次衬砌直接承受水压,或减小作用在二次衬砌上的水荷载,不仅需要注浆,而且注浆必须形成防渗体来承受水压的场合。目前基本上都是采用注浆的方法堵水,挪威通过预注浆来控制海底隧道和城市隧道涌水,注浆围岩的平均渗透系数大致是非注浆围岩的1/100~1/25,采用高注浆压力(3~4 MPa)可以减少注浆孔、提高围岩注浆的"预应力"效应;日本青函隧道注浆实践表明,隧道围岩的综合渗透系数大于10~(-6)~10~(-5)cm/s时需采取注浆堵水对策,改善围岩渗透系数小于10~(-6)cm/s时能够正常安全开挖。通过一定范围的注浆,把围岩的渗透系数降低2个数量级,达到10~(-6)cm/s,就完全可以不考虑水压的作用。最后,用5个事例说明解决大量、集中、异常涌水的方法,多是放在形成有效的注浆域(防渗层)上。实际上,我们也是这样做的,但在明确的目标准则和注浆工艺上尚需努力。     

锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析

锦屏二级水电站深埋长隧洞群平均埋深达到1 500~2 000 m,地应力高,工程地质条件复杂,超高压大流量地下水、岩爆、围岩大变形是世界性难题。为解决以上问题,对锦屏二级水电站深埋长隧洞群施工难点进行探讨,主要研究内容和结论如下： 1）地下水处理采用“以堵为主、堵排结合”的总体设计原则,采用的处理技术有引流、局部封堵、系统的高压固结灌浆和分流导洞封堵等; 2）从“以防为主”和“以治为主”2个方面讨论岩爆防治方法,重点论述应力解除爆破和TBM掘进的岩爆处理; 3）分析软岩大变形产生的原因及采取的处理措施,重点论述上台阶扩挖洞径的确定和落底开挖前的加强支护措施。     

漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

漫谈矿山法隧道技术第十讲——软弱围岩隧道中开挖断面早期闭合的施工技术

阐述开挖断面早期闭合的概念,指出: 1）开挖断面早期闭合是针对不良围岩的对策; 2）围岩越差,要求闭合的时间、距离越短; 3）开挖断面分部越多,闭合距离越长,对控制变形不利; 4）开挖断面的早期闭合是指初期支护的闭合,而不是指二次衬砌的闭合。介绍了日本隧道早期闭合仰拱设置方法分类。认为我们已经知道如何实现早期闭合,但还没有做到,这需要机械化水平的提高、缩短单项作业时间才能做到。日本采用的开挖断面早期闭合工法已经标准化,介绍其标准模式及开挖断面早期闭合模式的内涵。通过对日本采用早期闭合工法隧道的实例统计分析,将隧道围岩早期闭合模式划分为5种,归纳了采用早期闭合工法的理由,统计了哪些围岩条件需采用早期闭合工法,并介绍了开挖断面早期闭合隧道的构造参数,以及开挖断面早期闭合隧道的施工方法。以日本七尾公路隧道为例,详细阐述全断面早期闭合施工的管理方法,包括全断面早期闭合的管理项目,最终位移值的管理基准值和初期位移速度的管理基准值及如何确定,全断面早期闭合模式的基准及如何根据施工实际进行修正。从国内外软弱围岩隧道的施工实例,特别是开挖断面早期闭合的实例中,总结软弱围岩隧道大断面施工技术的基本经验。最后指出把掌子面前方围岩的补强与掌子面后方开挖断面早期闭合结合在一起,在有水的条件下,再把掌子面前方围岩的超前钻孔预测组合在一起,是解决不良围岩隧道施工的基本方法。     

基于中条山隧道的台阶法几何参数优化分析

为提高台阶法在软岩条件下施工时的安全性,充分发挥其施工高效的固有优势,以中条山隧道为工程依托对该法施工时几何参数的选取进行优化分析。分析采取数值模拟结合现场监测数据的方法,以初期支护结构安全性、掌子面稳定性以及施工便利性作为优化选择的依据。根据研究成果可知:在软岩条件下隧道采用台阶法施工时,上台阶长度控制在4~5 m时隧道初期支护结构受力合理,施工机械操作便利;上台阶高度取值为0.6H(H为隧道高度)时能较好地兼顾隧道的施工效率以及掌子面的稳定性,但是在围岩条件较差如Ⅴ级围岩掌子面出水或浅埋情况下,其取值应适当提高但也不宜超过0.7H。     

隧道涌水段不良地质探测及围岩变形规律研究

在富水地层中开挖隧道出现涌水事故后,若继续盲目施工易引发隧道坍塌,此时应停止开挖,探明涌水段周围地质条件与岩体变形。以大奎隧道右线出口处涌水事故为背景,从地质雷达和变形监测2方面进行研究分析。地质雷达探测结果显示隧道底板左下方2.5 m处存在承压水层,且隧道衬砌背后存在巨大暗道。变形监测表明多个里程断面岩体变形超过50 mm,高于规范要求的安全界限。基于探测结果,提出了混凝土回填、超前注浆止水及架立钢支撑支护的处理方案,涌水段围岩变形最终得到了控制。     

蒙华铁路确保隧道施工质量安全关键措施

蒙华铁路隧道沿线穿越多种不良地质,工程施工难度大、风险高,控制性工程多。在总结和借鉴国内外铁路隧道修建技术的基础上,开展系列实践和创新:针对软弱围岩确立快挖快支快封闭成环的施工原则,取消CD法、CRD法等复杂工法,优先选用全断面法,其次选用台阶法;强化初期支护结构实体质量,推行初期支护格栅钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的"两紧跟"措施;优化超前预报,把监控量测纳入工序管理,建立信息化平台,严格监控量测;依托科研试验,优化系统锚杆、钢架和二次衬砌等支护参数,保证结构稳定;推行机械作业,全面使用湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥,研发应用马蹄形盾构,开展黄土隧道预切槽技术研究,改造二次衬砌台车等工装设备,确保工程质量;据实及时变更,合理工程造价,提高合同及投资管理效果。蒙华铁路通过多方面的探索和创新,有效解决隧道建设中一些突出的质量安全问题,保证隧道施工质量和施工安全。     

舟山灌门海底隧道方案研究

舟山灌门海底隧道跨越灌门水道,是岱山县连接舟山本岛的关键节点工程。前期地质勘探查明海底隧道选址区域平均水深达到35 m,最深处达到52.8 m,海床底部起伏频繁,水深悬殊较大,同时,海床底部及两侧岸上存在3条大规模地质断层破碎带,岩质岩性及围岩破碎状态对隧道施工方案有较大影响。综合比较拟定的2个方案施工难度与工程运营维护的风险以及整个工程规模,选择合理的海底隧道方案。