翔安海底隧道维修养护分区研究

翔安海底隧道维修养护分区研究 摘  要：本文针对厦门翔安海底隧道的实际施工情况，以该隧道的工程地质和围岩级别作为一级分区指标，隧道埋深为二级分区指标，地下水为三级分区指标，围岩及初期支护变形为四级分区指标。采用由整体到局部、由粗略到详尽的分区原则进行逐级分区，最终得到主隧道以及服务隧道的分区情况，使得海底隧道的维修养护工作和长期监测工作更具有针对性和着重性。 关键词：翔安海底隧道    维修养护    分区    指标 中图分类号：TU289  文献标识码：A  文章编号： 1 前 言 厦门东通道是一项规模宏大的跨海工程[1]，隧道由左线隧道、右线隧道和服务隧道组成，左右线隧道断面跨度大、地质条件复杂、海水腐蚀严重，且沿隧道纵向方向工程地质条件、地下水、施工方法和设计参数不断变化，加之施工期间初期支护变异特性也各不相同，以及陆域、陆海过渡段、海域地下水对结构施工影响和对结构的时间相关的腐蚀程度相差很大，因此为了更详细了解不同隧道区段的工程实际情况，进行海底隧道的分区段研究是非常有必要的。 一般隧道围岩级别比较差的地段容易出现病害，本文以围岩级别作为一级分区指标；对于矿山法施工的海底隧道，不同的埋深情况下，海底隧道受力情况差别也很大，本文将隧道埋深作为第二分区指标；海底隧道将来是在海水这种恶劣的环境下运营的，地下水的腐蚀情况对海底隧道的维修养护影响很大，本文将其作为第三分区指标；海底隧道在施工过程中对围岩及初期支护变形进行了现场的监控量测，本文将其作为第四分区指标。四个分区指标是从粗略到细致的一个过程，后面的分区指标都是在前面一个指标分区结果基础上再进行细分的，下面对各分区指标进行详细的分析。 2 一级指标分区 厦门翔安海底隧道穿越地层依据基岩风化程度可分为全风化(W4)、强风化(W3)、弱风化(W2)、微风化(W1)四个风化带，按围岩级别划分主要分为Ⅴ级、Ⅳ、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级五个围岩级别，依据工程现场的掌子面地质素描可知海底隧道Ⅴ级围岩主要为全、强风化花岗岩地层，隧道起始段主要穿过砂质粘质土Ⅴ1和第四系粘质土Ⅴ2，陆域和浅滩段主要穿过全强风化花岗岩地层，海底段主要穿过F1、F2、F3、F4、F5、F6全强风化深槽，海域浅滩段穿越富水砂层。采用海底隧道的工程地质和围岩级别作为一级分区指标对隧道进行分区，可得左线隧道各区段具体里程见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1，限于篇幅，本文在都只列出了左线隧道Ⅴ级围岩的部分分区情况，同理可得右线隧道及服务隧道的分区情况。 3 二级指标分区 3.1 隧道埋深分界值确定 《公路隧道设计规范》[2]中规定了浅埋隧道分 表1 左线隧道一级指标Ⅴ级围岩分区里程区段 风化程度 里程区间 长度 (m) 海底风化槽 F1 ZK8+270~ZK8+330 60 F2 ZK10+160~ZK10+250 90 F3 ZK10+700~ZK10+650 50 F4 ZK8+885~ZK9+000 115 F5 ZK8+427～ZK8+457 30 F6 ZK10+960~ZK11+120 160 富水砂层 ZK11+850～ZK12+050 200 砂质粘质土Ⅴ1 ZK6+600~ZK7+110 510 全、强风化 花岗岩W1 ZK7+110~ZK7+540 430 ZK11+520~ZK11+850 330 强风化 花岗岩W1 ZK8+240~ZK8+270 30 ZK11+280~ZK11+520 240 砂质粘土 Ⅴ1 ZK12+050~ZK12+330 280 第四系粘质土Ⅴ2 ZK12+330~ZK12+445 115         界深度Hp=(2~2.5) hq，荷载等效高度： hq=0.45×2S-1ω 式中ω为宽度影响系数，以隧道开挖宽度B=5m为基准，B每增减1m时围岩压力的增减率ω=1+i（B-5），当B<5，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1；S为围岩级别，如Ⅱ级围岩S=2。 表2 左、右线行车隧道和服务隧道埋深分界深度 隧道名称 围岩级别 浅、超埋hq(m) 深、浅埋Hp(m) 埋深H(m) 埋深形式 左、右线 行车隧道 Ⅴ级 15.5 38.7 H≤16 超浅埋 16＜H≤39 浅埋 H＞39 深埋 Ⅳ级 7.7 19.4 H≤8 超浅埋 8＜H≤19 浅埋 H＞19 深埋 Ⅲ~Ⅰ 已依据实际工程情况，此围岩级别范围内均为深埋 服务隧道 Ⅴ级 9 22.5 H≤9 超浅埋 9＜H≤22.5 浅埋 H＞22.5 深埋 Ⅳ级 4.5 11.25 H≤4.5 超浅埋 4.5＜H≤11.25 浅埋 H＞11.25 深埋 Ⅲ~Ⅰ 已依据实际工程情况，此围岩级别范围内均为深埋                 表3 左线隧道砂质粘质土Ⅴ1段深浅埋分区情况 围岩级别 风化程度 里程区间 埋深(m) 埋深形式 总长(m)   砂质粘质土Ⅴ1 ZK6+600~ZK6+940 7.04~16 超浅埋 340 ZK6+940~ZK7+110 16~18.8 浅埋 170             由于翔安海底隧道采用矿山法施工，所以Ⅳ~Ⅵ级围岩取Hp=2.5 hq；Ⅰ~Ⅲ级围岩取Hp=2.0 hq。将左、右线隧道开挖跨度设定为16.5m，服务隧道开挖跨度设定为7.5m，则可得左右线行车隧道和服务隧道的分界深度。 依据实际工程情况，Ⅲ~Ⅰ级围岩范围内为深埋，可得翔安海底隧道深埋、浅埋和超浅埋分界深度见表2。 3.2 二级指标分区结果 由上表2确定的不同围岩级别隧道深浅埋分界值，在围岩级别和工程地质条件确定的分区基础上，以隧道埋深作为二级分区指标再次进行分区，从而确定各区段深浅埋分界里程和长度，表3列出了左线隧道砂质粘质土Ⅴ1段的二级分区情况。 4 三级分区指标 翔安海底隧道地下水根据所处地域不同分为陆域、潮间带、海域三部分，在不同的区段地下水的腐蚀性情况不一样。 (1) 陆域地下水 陆域地下水浅部一般为中性淡水，PH值在6.64~7.15间，但受所处环境的影响，变化较大。其矿化度和水化学类型具分带性，从远离海域到近海区矿化度由小变大, 179.46mg/l~3350mg/l，而在过渡带上则高达10000mg/l以上。水化学类型则由HCO3—Ca渐变为HCO3?Cl—Na?Ca乃至Cl—Na型，深部地带呈弱酸性。 依据《岩土工程勘察规范》[3] (GB50021-2001)可得，陆域地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性。 (2) 海域地下水 海域地下水，无论是抽水初期或抽水终期地下水的化学成分变化不大，与海水成分也极相近，均为中性碱水，水化学类型为Cl—Na?Mg型。按照《公路工程地质勘察规范》(JTJ064—98)附录D的判定，海域地下水在Ⅲ类环境下对混凝土均具有弱结晶类、弱结晶分解复合类腐蚀作用。 依据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) 可得，海域地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。 (3) 过渡带地下水 过渡带地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性、对钢结构具有中等腐蚀性。 依据《厦门翔安隧道地质勘察报告》和现场下水成份分析实验，确定陆域段、潮间带和海域段分界里程，表4列出了左线隧道的地下水分界里程，从而可以确定隧道各区段地下水性质和对隧道结构的腐蚀性。 表4 左线隧道陆域、潮间带和海域段分界里程 地下水区段 分界里程 地下水类型 陆域段 ZK6+600~ZK7+750 ZK12+180~ZK12+445 中性淡水 潮间带 ZK7+750~ZK8+210 ZK11+140~ZK12+180 过渡带腐蚀性水 海域段 ZK8+210~ ZK11+140 腐蚀性碱性海水       由表4确定的陆域、潮间带和海域段分界里程，在二级分区的基础上，以地下水性质三级分区指标再次进行分区可得左、右线行车隧道和服务隧道三级分区情况。 5 四级指标分区 5.1 初期支护变形及预留变形量 翔安海底隧道在修建过程中，初期支护异常变形情况比较普遍，主要包括拱顶下沉、水平收敛以及临时支护变形异常。依据现场对左线、右线和服务洞围岩及初期支护变形监测数据，以拱顶下沉量作为判定隧道是否发生异常变形的主要判定指标，以预留变形量作为判定基准，对不同围岩级别、不同埋深、不同地下水性质情况下各区段进行再次分区，从而了解隧道沿纵向方向围岩及初期支护变形情况，各围岩级别的预留变形量见表5。下面以H代表拱顶下沉量，L代表预留变形量。 表5 各围岩级别的预留变形量L(mm) 围岩级别 Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ~Ⅰ 左、右线隧道 120 100 70 0 服务隧道 80 60 30 0           通过现场观察和异常报告可知，当H＞2L时，可隧道可能会出现险情，需要隧道初期支护采取加固措施。当L＜H＜2L时，初期支护或临时支护会出现不同程度的裂缝，可定为2级异常变形，在这里选取比较有针对性的砂质粘土(Ⅴ1)超浅埋段进行四级分区介绍。 表6砂质粘土超浅埋段监测断面拱顶下沉量H(单位：mm) 断面里程 ZK6+625 ZK6+650 ZK6+680 ZK6+700 ZK6+715 ZK6+730 ZK6+745 拱顶CRD1 62 71.4 248.2 144.8 214.3 310 304.9 拱顶CRD3 43 141.2 140 60.8 78.8 120 52.9 断面里程 ZK6+760 ZK6+780 ZK6+800 ZK6+840 ZK6+860 ZK6+880 ZK6+920 拱顶CRD1 255.3 176.5 153.2 237.4 379.3 370 480.9 拱顶CRD3 86.6 61.3 103.8 181.6 156.8 224 387.3                 5.2 砂质粘土超浅埋分区情况 由现场量测资料可得左线隧道砂质粘土超浅埋陆域段初期支护监测断面数据与预留变形量关系见表6和图1。由表6和图1可知，左线隧道砂质粘土超浅埋陆域段初期支护拱顶沉降量最大值约为480.9mm，最小沉降量约为62mm；砂质粘土超浅埋陆域段沿纵向里程方向分为三个区段，即H＞2L区段里程为ZK6+720~ ZK6+760和和ZK6+840~ ZK6+940； L＜H＜2L区段里程为ZK6+650~ ZK6+720和ZK6+760~ ZK6+840；拱顶沉降量H＜L的里程区段为ZK6+600~ ZK6+650。 5.3 四级指标分区结果 综上研究，在海底隧道一、二、三级分区结果的基础上，以围岩及初期支护变形量为四级分 图1 左线隧道砂质粘土超浅埋段监测断面沉降量图 区指标再次进行分区，可得左、右线行车隧道和服务隧道四级分区情况，表7中列出了左线隧道砂质粘土超浅埋段区段的最终分区情况。 6结论与建议 翔安海底隧道是国内修建的第一条海底隧道， 表7 左线隧道砂质粘土超浅埋段最终分区情况 围岩级别 Ⅴ 风化程度 砂质粘土Ⅴ1 隧道埋深(m) 7.04~16 埋深类型 超浅埋 地下水 区段 陆域段 地下水 类型 中性淡水 拱顶变形(mm) 240~480.9 144.8~214.3 62~71.4 拱顶变形范围 H＞2L L＜H＜2L H＜L 里程区段 ZK6+720~760 ZK6+840~ 940 ZK6+650~720 ZK6+760~840 ZK6+600~650 区段总长 140 150 50 塌方里程       区段名称 Z1 Z2 Z3         地质条件复杂，施工难度大，再加上其恶劣的运营环境，将来的维修养护工作必须引起重视，本文以该隧道工程地质和围岩级别作为一级分区指标，埋深为二级分区指标，地下水为三级分区指标，围岩及初期支护变形为四级分区指标，采用由整体到局部、由粗略到详尽的分区原则进行逐级分区，最终得到该隧道的最终分区情况，主要研究结果如下：