厦门海底隧道施工中重难点分析及技术措施

厦门海底隧道施工中重难点分析及技术措施

李昌宁

【摘要】对我国第一条海底隧道-厦门翔安隧道的工程特点,施工中的重点和难点进行分析,保证安全通过进出口陆域软弱段,浅滩全风化层段,海域F1、F2、F3强风化基岩深槽和F4风化囊,以及竖井快速建成形成工作面是该隧道施工的重点与难点,在隧道地质复杂、断面大,工法多,工期紧的情况下,提出具体的技术措施和建议,并在隧道实际施工中被部分采用,效果良好.

【期刊名称】《铁道标准设计》

【年(卷),期】2007(000)0z2

【总页数】4页(P1-4)

【关键词】海底隧道;施工;重难点分析;技术措施

【作者】李昌宁

【作者单位】中铁一局集团有限公司,西安,710054

【正文语种】中文

【中图分类】U459.5

1 工程概况

(1)概况

厦门东通道(翔安隧道)隧道主体工程位于厦门岛东北端的湖里区五通码头与翔安区西滨下店村之间，浔江港南东出海口最窄处，西北为封闭的海湾，东南为海湾通向

大海的出口(图1-E线)。隧道规模宏大，隧道全长5.951 km，跨越海域总长

4.459 km，其中海域暗挖约2.925 km，潮间带暗挖约1.534 km，陆域暗挖约

1.392 km。按照高等级公路的设计标准，行车速度为80 km/h，暗挖隧道最大断面宽×高=17.04 m×1

2.56 m，建筑限界净宽×净高为1

3.5 m×5.0 m。隧道连接

厦门市本岛和翔安区陆地，具有公路和城市道路双重功能，为厦门市第三条出口通道(图2、图3)。

图1 厦门翔安隧道平面与纵面示意

图2 厦门翔安隧道示意

图3 厦门翔安隧道效果

该隧道采用钻爆暗挖法修建，是我国大陆在建的第一座大断面的海底隧道，隧道采用一次修建双向3车道，并在两隧道中间修建一服务隧道，隧道中心线间距64～66 m。

(2)工程地质及水文地质

陆地部分为剥蚀残丘地貌，耕地，地面高程约为3 m，表层为厚度0～25 m的残积黏土、亚黏土，全强风化花岗岩厚度为11.5～15.5 m，弱微风化花岗岩顶板高

程为-12.8～-38.0 m。地下水赋存形式为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水、基岩裂隙水3种，并均为弱富水性层，透水性较差，为弱或微含水层。地下水主

要受大气降水的补给，就近向低洼地段排泄，总体上属于潜水。局部洼地因上覆土层中含大量高岭土的黏土相对隔水层，地下水具有承压性。洞口段最小埋深约6 m，覆盖层为残积黏土、亚黏土，风化严重，稳定性差，洞口开挖后易导致滑坡、坍塌；同时洞口段属于浅埋地段，加之围岩破损软弱，成洞比较困难，因此洞口施工是工程施工的一个难点。浅滩段为泥砂堆积人工围海养殖区，海底高程2.7～-2.2 m，表层为0～5 m的泥沙及残积的亚黏土，其下为深厚层全风化花岗岩，其底板高程在-17～-45 m。海域地下水分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水、

基岩裂隙水3种，总体上富水性弱，渗透性差，为弱或微含水层，海域地下水主

要受海水的垂直入渗补给。

(3)隧道结构形式

主线隧道采用三心圆形式。超前支护采用超前长管棚、超前小管棚、超前小导管、超前高压旋喷桩、帷幕注浆等形式。初期支护采用锚喷混凝土、钢支撑等形式。防水采用分区防水，二次衬砌采用抗腐蚀、抗渗的高强度混凝土。主隧道根据围岩类型采取相应的开挖方式，仰拱采用栈桥全副进行施工，二次衬砌采用液压模板台车进行浇筑。通风竖井采用φ8.3 m的圆形断面，中间设风道隔板将送、排风流隔离，由于地质较差，全风化层以上采用钢板桩结合高压旋喷桩形式支护。竖井采用全断面进行开挖，井深模筑混凝土采用型钢支架组合钢模板自下而上进行施工。

2 工程特点

(1)V形纵剖面，下坡施工，施工排水困难

海底隧道洞口高，中间低，纵剖面呈V形，下坡施工，水(围岩渗水和施工用水)不能自流排出。施工中必须制订完善的排水方案，采用足够的排水设备不间断地进行排水，施工供电也必须安全、可靠、不间断。

(2)地质条件复杂、水量大、水压高、施工难度大

隧道经过陆域、浅滩带及海域3种地貌。在陆域和浅滩地带基岩全～强风化带厚

度较大，在海域隧底穿越F1、F2、F3强风化基岩深槽和F4风化囊及砂层，此类全～强风化岩体强度低、自稳能力差。另外隧道轴线上海水最深27 m，而且受岩石风化节理、裂隙、风化槽的影响，分段最大涌水量为6.2 m3/d，在0.7 MPa高水头压力下，开挖扰动后，极易发生涌水和坍方，给隧道正常施工造成很大的安全隐患。

(3)断面大，工法多，工期紧

主隧道按3车道设计，最大开挖断面约170 m2，施工中根据隧道区域地质条件主

要采用CRD法(图4)、双侧壁导坑法、上下台阶法。V级软岩达1 435 m，占2 810 m主隧道的51%，要求在36个月内完成，工期非常紧张。

CRD法工序流程

图4 隧道CRD法施工

(4)隧道结构防腐、抗渗要求高

本工程使用年限按100年设计，陆域隧道二衬为C30防腐混凝土，抗渗等级为

P8，海域隧道二衬为C45高性能防腐混凝土，抗渗等级为P12，同时采用具有抗海水侵蚀的喷射混凝土，对锚杆也进行防腐处理，并选择ECB防水板材，确保隧道设计使用年限的要求。

(5)施工风险大

海水是海底隧道施工中的最大风险。海底隧道与一般山岭隧道明显的差异就是水源是无限的海水，由于本工程大部分区域是在水下，地质条件具有较强的多变性和不可确定性，稍有不慎，很有可能在施工中发生涌水、突水，造成隧道持续坍塌或严重进水，如措施不当将对施工人员及机械设备造成极大威胁，甚至导致工程报废，造成无可挽回的损失。

(6)施工干扰大

隧道进、出口共4个标6个洞口，其中每端2个标3个洞口，洞口场地共用，施工中相互间干扰较大。

(7)环保、水保、文明施工要求高

厦门岛为国内著名的海滨旅游城市，风景优美，地域特色明显，翔安隧道设计施工理念新颖，隧道建设的社会意义重大，环保、水保、文明施工要求高。

3 工程重点及技术措施

厦门海底隧道施工过程中，隧道经过陆域、浅滩带及海域3种地貌。其中陆域、

浅滩带覆盖层浅，地质情况复杂，是海底隧道施工的难点地段，主要是防止大变形和坍塌，而且许多施工工法、施工工序及管理体制、程序的运行都要在该段演练、比较和总结，为后面的工作提供借鉴，海域段是施工的重点，主要是要防止涌水、透水及坍塌等灾难性事故的发生。

(1)超前预测预报

厦门东通道(翔安隧道)地质复杂，最关键性的技术问题就是做好施工期的综合超前地质预测预报，信息化指导设计与施工。通过TSP203、红外探水、地质雷达、超前水平钻孔等各种方法的运用，相互对照、相互补充，相互配合，提高物探成果解译水平，提高地质预报精度。将此作为勘察地质资料的补充，在基本掌握前方施工地质的情况后，确定合理的施工方案和施工对策，确保工期、安全和质量。

(2)隧道结构防水施工

在海底岩层中构筑隧道，系头顶海水作业，最突出的问题是怕“通天”，海水泄漏到隧道中。因而，施工中做好防涌水、防塌方是隧道能否建成的关键之一。海底隧道施工时，上受海水威胁，下受地下水的影响，因而水的处理贯穿在施工的全过程。必须先探水、堵水，而后开挖。对于水的处理，应以堵为主，以排为辅综合整治，做到不渗不漏，为长期运营创造良好条件，延长结构使用寿命，降低运营费用。如何保证本工程的防水质量及达到防水效果是海底隧道施工的一个重点工作。主要采取如下措施。

①遵循“以堵为主”的施工原则，通过超前地质预报系统准确分析前方地质破碎带情况。

②采用超前帷幕注浆、超前小导管和中空锚杆注浆、后注浆等防水措施，将隧道开挖面周围的涌水或渗水封堵于结构以外；重视初期支护背后注浆防水，基本实现初期支护无渗漏。

③重视衬砌背面防水层的施做，实现隧道第二道防线的防水功能。

④加强结构的自防水能力，封闭少量渗水在初期支护和二衬结构的流动。确保二衬施工质量是防水成功的关键。

⑤采取分区防水形式，充分提高防水板的防水能力，使渗漏水处理针对性更强、更明确。

(3)耐久性混凝土施工

海底隧道对混凝土结构耐久性提出更高的要求。海底隧道大部分处于水域以下，地下水水质与海水十分接近，均属于Cl-Na·Mg型，为了防止钢筋和混凝土被腐蚀，采取如下措施。

①严格按照业主给出的高性能混凝土配合比进行施工，并通过混凝土现场配合比试验进行验证并不断改进。

②在隧道结构混凝土(包括喷射混凝土和二衬混凝土)施工过程中，采用先进的施工工艺和检测手段，进行严格的过程控制，确保混凝土结构的耐久性。

③根据工程施工条件进行温控设计，防止温度裂缝出现。

(4)隧道监控量测

海底隧道工程对施工安全性的要求远高于陆地隧道工程。施工中必须进行监控量测与信息化施工，它是保证隧道安全的有效手段。为了掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，采取措施如下。

①在施工的全过程实施全面、系统的监测工作，并将其作为一道重要工序纳入日常隧道施工中，留足时间、配齐人员。

②根据隧道围岩条件、支护类型和参数、施工方法编制量测计划，按照设计要求的监测频率和方法进行监测，通过对量测数据的分析和判断，对围岩-支护体系的稳

定状态进行预测，判断隧道和围岩是否稳定和安全，从而指导施工，反馈设计，据此确定相应的施工措施，以确保围岩及结构稳定。

(5)隧道施工安全风险管理

海底隧道由于其施工条件的复杂性，决定着施工必须以安全为前提。施工中遵循“预案在先，规避风险”的原则。

海底隧道施工中的最大威胁是掘进中的突水及坍塌，一旦出现突水事故，将对人员、设备及工程造成极大的损失。因此，除采用各种有效的工程措施保证施工安全和结构安全外，还应对可能出现的意外提前准备并制定应急措施，将损失减小到最小。主要应急措施包括报警装置、防水闸门、排水设备和逃生路线规划等。同时配置洞内安全监控体系，通过高度自动化的连续、跟踪、系统监测，以及时发现安全隐患，制订应急对策并快速组织实施，以确保施工安全。

4 工程难点及技术措施

(1)隧道陆域洞口段施工

陆地部分为剥蚀残丘地貌，覆盖层岩土稳定性很差，在洞门施工中各标段不同程度出现仰坡、边坡开裂、滑塌等现象，而且进洞后隧道变形很大。施工中采用以下施工措施。

①采用锚索、长锚杆加固及长管棚的方式进洞。

②施工采用CRD施工方法，使初期支护及时封闭成环。

③大变形段采用小导管进行径向注浆，加固周围岩土。

(2)隧道穿越浅滩全风化层段施工

浅滩段处于全风化地段，岩体强度低，围岩自稳能力差，同时又处于地下水位以下，在浅滩区施工，其不良地质问题之一就是渗水，如果施工措施不当，可能发生围岩过度松弛变形，可能导致隧道淹没和坍塌。施工中采取措施如下。

①按照“先探水，再注浆，后开挖”的施工程序，遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。

②采用超前小管棚支护，双侧壁导坑法开挖，减弱地震动控制爆破，锚、喷、网、

钢拱架联合支护。

③开挖后再进行径向注浆，确保施工安全。

(3)隧道穿越海底风化槽(囊)施工

隧道通过海底风化槽(囊)时，上覆土层较浅，岩层软弱破碎，一旦施工扰动大，隧道顶部高水压(0.7 MPa)容易将隧道覆盖层击穿，从而发生坍塌，突水。主要采取

如下措施。

①施工中按照“先探水，再注浆，后开挖”的施工程序，探水注浆与开挖交替进行，即探水注浆一段，开挖一段，段段推进，稳扎稳打。遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

②采用综合超前地质预报技术，采取全断面帷幕注浆，注浆的加固范围应为开挖断面直径的(2.0～3.0)倍，注浆后采用双层超前小管棚支护，CRD法开挖，减弱地震动控制爆破，锚、喷、网、钢拱架联合支护。

③开挖后再进行径向注浆，确保施工安全。

(4)隧道砂砾层段施工

浅滩段150 m隧道拱顶覆盖砂层，拱部局部可能穿越砂层，由于砂层透水性很强，对隧道施工安全极为不利。设计采用超前水平高压旋喷桩结合超前小导管注浆，形成闭合的帷幕，阻止地下水并治理流沙。

(5)超前预支护施工

超前预支护施工是隧道施工的关键，也是隧道施工的难点，大多数超前预支护措施既可加固围岩也可以堵水，采用切实可行的超前预支护施工方法，是海底隧道安全施工的保障，必须在准确超前地质预报的前提下制定合理、可行的方法，根据掌握的隧道地质情况，采用合理的超前预支护施工方法进行超前预支护。

(6)隧道结构防水施工

为防塌“通天”和突涌水，海底段隧道施工采用注浆法加固围岩与堵住涌水，注浆

与开挖交替进行，即注浆一段，开挖一段的方式施工。以堵为主，以排为辅，减轻海水及地下水对隧道衬砌的压力，把施工防水和结构应该作为一个整体，结构防水既是施工重点也是难点。

(7)翔安端竖井施工

翔安岸竖井地质条件差，由于淤泥、粗砂、全风化层较厚，在该地层开挖前采用钢板桩穿透全风化层，嵌入强风化层，外侧以高压旋喷桩加固竖井周围地层，提高地基承载力和抗渗能力，上覆软弱地层中，结构采用两次模筑混凝土方式，在弱微风化岩层中采用喷锚防护和模筑混凝土方式。

5 结语

前期的工程施工实践表明，浅滩段隧道正洞开挖过程中围岩变形受控，竖井开挖过程中由于钢板桩咬合、嵌入深度不够等问题曾发生过突水翻沙，采用钻孔咬合桩等进行辅助围护后，竖井施工已安全到达正洞位置。目前，正洞施工仍未到达海域段，也未经过风化槽(囊)的考验，任务可谓任重道远。

参考文献：

[1]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[2]赵树德，等.高等工程地质学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]蔡晓鸿，蔡勇平.水工压力隧洞结构应力计算[M].北京：中国水利水电出版社，2004．