海底隧道修建技术国际研讨会大断面海底隧道异常变形控制措施研究修改课件.ppt
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1、大断面海底隧道异常变形控制措施研究大断面海底隧道异常变形控制措施研究曾曾 超超中国中国.厦门路桥建设集团有限公司厦门路桥建设集团有限公司 二二0000七年十一月七年十一月一、基本情况二、海底隧道陆域段异常变形分类三、海底隧道异常变形原因分析四、异常变形对策研究和现场应用效果分析五、结论主要内容一、基本情况1、研究背景2、研究方法翔安隧道是中国大陆第一条海底隧道,全长约翔安隧道是中国大陆第一条海底隧道,全长约6050m6050m,跨越海域总长约跨越海域总长约4200m4200m,陆域段长约,陆域段长约1850m1850m。在陆域段,行。在陆域段,行车隧道主要采用车隧道主要采用CRDCRD法和双侧
2、壁导坑法施工,服务隧道采用法和双侧壁导坑法施工,服务隧道采用台阶法开挖。隧道断面大,地质条件复杂,施工期间,部台阶法开挖。隧道断面大,地质条件复杂,施工期间,部分隧道断面的拱顶下沉、水平收敛以及临时支撑位移超过分隧道断面的拱顶下沉、水平收敛以及临时支撑位移超过了设计(或规范)要求,出现了了设计(或规范)要求,出现了异常变形异常变形。鉴于此,作者带领的课题组以鉴于此,作者带领的课题组以现场量测数据现场量测数据为基础,为基础,并结合并结合数值分析数值分析,研究了各类,研究了各类异常变形的原因,并提出了异常变形的原因,并提出了相应的对策相应的对策,以期为海底隧道的后续施工提供一些有益的,以期为海底隧
3、道的后续施工提供一些有益的结论和建议。结论和建议。1、研究背景海底隧道工程地理位置示意图海底隧道工程地理位置示意图海底隧道工程地质条件海底隧道工程地质条件2、研究方法(1)现场监测4132水平收敛测点5678910拱顶下沉测点位移监测的测点布置图位移监测的测点布置图 应力监测的测点布置图应力监测的测点布置图(2)现场试验表表1-2 1-2 现场试验分组及试验内容现场试验分组及试验内容 (3)数值解析 表表1-31-3 海底隧道变更措施研究计算工况表海底隧道变更措施研究计算工况表计算模型研究目的计算工况变更措施地质条件二维模型研究各种工程措施及其组合的施工效果工况一系统锚杆级围岩工况二加强临时支
4、护工况三锁脚锚管工况四仰拱注浆工况五降水(连续墙)工况六工况二工况三工况七工况二工况三工况四工况八工况五工况二工况九工况五工况二工况三返回二、海底隧道陆域段异常变形分类1、拱顶下沉异常2、水平收敛异常3、中隔壁变形异常1、拱顶下沉异常情况五通端五通端A1标左线隧道标左线隧道部分断面沉降量图(箭部分断面沉降量图(箭头表示开挖方向)头表示开挖方向)2倍预留变形量1倍预留变形量横通道横通道2倍预留变形量1倍预留变形量工法改变工法改变五通端五通端A2标右线隧道标右线隧道部分断面沉降量图(箭部分断面沉降量图(箭头表示开挖方向)头表示开挖方向)(一)拱顶下沉量测情况翔安端翔安端A3标左线隧道标左线隧道部分
5、断面沉降量图(部分断面沉降量图(箭箭头表示开挖方向头表示开挖方向)2倍预留变形量1倍预留变形量2倍预留变形量1倍预留变形量翔安端翔安端A4标右线隧道部标右线隧道部分断面沉降量图(箭头分断面沉降量图(箭头表示开挖方向)表示开挖方向)2、水平收敛异常情况行车隧道跨度约行车隧道跨度约16.84m16.84m,服务隧道跨度约,服务隧道跨度约7.92m7.92m。洞周水。洞周水平相对收敛允许值以两测点间距离的平相对收敛允许值以两测点间距离的0.80.8作为控制基准。以作为控制基准。以下各表红字部分表示该断面的实测数据超过基准值。下各表红字部分表示该断面的实测数据超过基准值。断面里程ZK6+650ZK6+
6、683ZK6+700ZK6+715ZK6+745ZK6+760上部-6.8-50.035.4107.2104-24.3下部-206.933.2-52.5-119.627.1断面里程ZK6+775ZK6+790ZK6+820ZK6+840ZK6+860ZK6+880上部-30.9-54.7-36.7-176-156-320下部37.1-29.1-6.9-117.9-258-8.6断面里程ZK6+920ZK6+960ZK7+000ZK7+040上部-156-37.92.0-20.1下部49.2-32.010.5-51.2表表2-2 2-2 五通端五通端A1A1标左线隧道部分断面水平收敛标左线隧道部
7、分断面水平收敛断面里程NK6+720NK6+735NK6+745NK6+760NK6+775水平收敛-11.5-0.23.6-5.9-0.4断面里程NK6+790NK6+805NK6+820NK6+835NK6+865水平收敛01.1-18.5-0.1-75.9断面里程NK6+880NK6+900NK6+915NK6+955NK6+970水平收敛-3.8-7.50.20.20.3断面里程NK6+985NK7+000NK7+015NK7+030NK7+120水平收敛00.47.18.30.2表表2-3 2-3 五通端五通端A1A1标服务隧道部分断面水平收敛标服务隧道部分断面水平收敛断面里程YK6
8、+640YK6+683YK6+710YK6+725YK6+745YK6+760上部11.2-18.1-58.7-33.5-118.1-70.2下部-17.5-10.1-4.0-3.6断面里程YK6+775YK6+800YK6+820YK6+860YK6+880YK6+900上部-69.3105-78.1-188.3-30.1-107下部-1.7-24.3-17.8-3.25.6断面里程YK6+920YK6+940YK6+960YK6+980YK7+000YK7+020水平收敛-123-175.5-189.8-145.9-140.2-123.4表表2-4 2-4 五通端五通端A2A2标右线隧道部
9、分断面水平收敛标右线隧道部分断面水平收敛3、中隔壁变形异常情况根据根据厦门东通道大断面海底隧道陆域段施工安全评价厦门东通道大断面海底隧道陆域段施工安全评价研究成果,当中隔墙上部变形超过研究成果,当中隔墙上部变形超过100mm100mm或下部变形超过或下部变形超过40mm40mm时,即认为中隔墙变形异常。以下各表红字部分表示实测数据时,即认为中隔墙变形异常。以下各表红字部分表示实测数据超过允许值。超过允许值。断面里程ZK6+650ZK6+683ZK6+700ZK6+715ZK6+745ZK6+760上部-43-45.760.5111.3107-30.2下部36.223.6-96.9-52.3-1
10、25.519.0断面里程ZK6+775ZK6+790ZK6+820ZK6+840ZK6+860ZK6+880上部-31.0-55.6-27.6-177.9-147-412下部31.7-47.3-24.2-155-285-36.6断面里程ZK6+920ZK6+960ZK7+000ZK7+040上部-311-61.03.2-27.8下部14.4-45.212.3-58.1表表2-92-9五通端五通端A1A1标左线隧道部分断面中隔墙变形标左线隧道部分断面中隔墙变形断面里程YK6+640YK6+683YK6+710YK6+725YK6+745YK6+760上部15.9-100.2-68.0-79.0-
11、91.5-79.0下部-18.1-5.2-9.8-2.7-1.310.8断面里程YK6+775YK6+800YK6+820YK6+860YK6+880上部-74.0177.4-312-403-19.2下部-5.3-17.2-16.2-6.87.5断面里程ZK12+225ZK12+250ZK12+275ZK12+300ZK12+320上部-16.0-21.5-37.9-4.6-26.9下部-10.16.2-22.3-14.0-9.5断面里程Z12+340ZK12+360ZK12+380ZK12+400ZK12+415上部-54.6-206-112-87.436.5下部-18.426.4-52.2
12、-170.9-85.3断面里程ZK12+429上部70.7下部54.6表表2-10 2-10 五通端五通端A2A2标右线隧道部分断面中隔墙变形标右线隧道部分断面中隔墙变形表表2-11 2-11 翔安端翔安端A3A3标左线隧道部分断面中隔墙变形标左线隧道部分断面中隔墙变形三、海底隧道异常变形原因分析1、异常变形区段施工条件2、地质条件对异常变形影响分析3、封闭距离和封闭时间对异常变形影响分析4、整体下沉对异常变形影响分析5、其它因素对异常变形影响分析6、异常变形原因综合分析1、异常变形区段施工条件表表3-1 3-1 拱顶下沉异常区段开挖、支护参数统计拱顶下沉异常区段开挖、支护参数统计 由前面研究
13、可知由前面研究可知,厦门海底隧道异常变形的类型及其在纵厦门海底隧道异常变形的类型及其在纵断面上的分布,各类异常变形区段的断面上的分布,各类异常变形区段的地质条件、开挖方法、支地质条件、开挖方法、支护及预支护参数护及预支护参数见如下各表:见如下各表:表表3-2 3-2 水平收敛异常区段开挖、支护参数统计水平收敛异常区段开挖、支护参数统计表表3-3 3-3 中隔墙变形异常区段开挖、支护参数统计中隔墙变形异常区段开挖、支护参数统计2、地质条件对异常变形影响分析厦门海底隧道陆域段施工中所遇到的围岩有厦门海底隧道陆域段施工中所遇到的围岩有粘性土、砂性土、粘性土、砂性土、全强风化花岗闪长岩、全强风化黑云母
14、花岗岩全强风化花岗闪长岩、全强风化黑云母花岗岩。异常变形区段的地质条件复杂,异常变形区段的地质条件复杂,围岩强度低、含水量大、埋深围岩强度低、含水量大、埋深浅,浅,拱部围岩不能形成承载拱,使得支护受力很大,支护变形严重,拱部围岩不能形成承载拱,使得支护受力很大,支护变形严重,甚至使支护开裂、混凝土剥落,严重的甚至还会引起坍塌。甚至使支护开裂、混凝土剥落,严重的甚至还会引起坍塌。图图3-1掌子面围岩沿结构面塌落图掌子面围岩沿结构面塌落图图图3-2掌子面围岩受水影响而滑塌掌子面围岩受水影响而滑塌掌子面土体浸水崩解试验厦门海底隧道掌子面处水量较大,而由于水的浸泡会导致厦门海底隧道掌子面处水量较大,而
15、由于水的浸泡会导致掌子面围岩强度进一步降低,围岩稳定性变差。项目组在现场掌子面围岩强度进一步降低,围岩稳定性变差。项目组在现场做了浸水软化试验,研究土体试样在一定时间内浸水后的散落做了浸水软化试验,研究土体试样在一定时间内浸水后的散落情况,可以定性和定量研究水对围岩力学指标的影响。情况,可以定性和定量研究水对围岩力学指标的影响。a a取样取样 b b试样试样 c c 进行试验进行试验图图3-5 3-5 崩解试验过程崩解试验过程试样编号第一阶段第二阶段第三阶段时间段(min)崩解量(%)时间段(min)崩解量(%)时间段(min)崩解量(%)A3-103027.37303222.1321200A
16、3-2057.2751792.73-A3-30313.683565.2651321.06A4-102150.772110010.7710020538.46A4-205955355-A4-302184.2121100010012015.79 表表3-6 3-6 翔安端试样各阶段崩解时间及崩解量翔安端试样各阶段崩解时间及崩解量试样编号取样地点取样里程天然含水量()备注120分钟崩解量A1-1部右侧ZK690037.13全风化闪长岩0A1-2部左侧ZK690029.04全风化花岗闪长岩。7.7A1-3部ZK687627.74全风化花岗岩18.46%A2-1部YK685244.71全风化花岗闪长岩10
17、.77%A2-2部YK683731.52全风化闪长岩7.69%表表3-7 3-7 五通端试样各阶段崩解时间及崩解量五通端试样各阶段崩解时间及崩解量图图3-6 各种土样崩解曲线各种土样崩解曲线 由上分析可见:由上分析可见:()海底隧道陆域段围岩条件差,有一些区段,()海底隧道陆域段围岩条件差,有一些区段,施工阶段施工阶段获得的围岩力学参数获得的围岩力学参数比设计阶段获得的围岩力学参数低。比设计阶段获得的围岩力学参数低。()两端掌子面土体稳定性受水影响较大,尤其是()两端掌子面土体稳定性受水影响较大,尤其是翔安端翔安端掌子面,土体快速散落在水中,自稳时间更短掌子面,土体快速散落在水中,自稳时间更短
18、。()翔安掌子面围岩在浸水后崩解量主要发生在()翔安掌子面围岩在浸水后崩解量主要发生在5 521min21min,且能达到,且能达到100100;而五通端掌子面围岩遇水后;而五通端掌子面围岩遇水后120min120min时崩解量最大为时崩解量最大为18.518.5。说明施工阶段翔安端掌子面必须做。说明施工阶段翔安端掌子面必须做好排水工作,以免掌子面下方土体浸水坍塌使得上方土体悬好排水工作,以免掌子面下方土体浸水坍塌使得上方土体悬空而失稳。空而失稳。2、封闭距离和封闭时间对异常变形影响分析断面整体封闭距离/封闭时间部/部拱顶下沉(mm)预留变形量(mm)YK6+68351m/50天151/711
19、50YK6+80043.5m/43天198/118YK6+82045.5m/42天239/134ZK6+68054.5m/54天248/140ZK6+70053.5m/45天150/61ZK6+71556m/30天214/78ZK6+74554.5m/35天305/53ZK7+04046.5m/24天188/108ZK6+78034m/31天141/123150ZK6+81334m/22天140/72YK6+74539m/47天115/84YK6+76038m/51天112/35ZK6+77535m/30天141/61ZK6+79039.5m/36天133/104ZK7+00036.5m/22
20、天113/95表表3-10 3-10 五通端各断面封闭距离及封闭时间统计五通端各断面封闭距离及封闭时间统计表表3-11 3-11 翔安端各断面封闭距离及封闭时间统计翔安端各断面封闭距离及封闭时间统计断面部封闭距离/封闭时间整体封闭距离/封闭时间部/部拱顶下沉(mm)预留变形量(mm)YK12+4306m/12天56m/86天476/214 150YK12+4176.5m/22天61m/75天644/297YK12+4006m/5天64m/66天283/121YK12+1604m/5天47m/35天199/87ZK12+4307m/8天30m/91天501/222ZK12+4003.5m/36天
21、58m/84天555/248ZK12+3803.5m/11天49m/55天548/328ZK12+3607m/5天56m/75天387/225YK12+2006m/6天45m/34天158/62YK12+3007m/5天43m/53天50/12150YK12+2606m/5天52m/37天91/32ZK12+3205m/5天53m/38天104/57ZK12+3006.5m/4天48m/38天53/27ZK12+2506m/5天48.5m/27天86/73ZK12+2006m/6天39m/31天61/58ZK12+1707.5m/7天42m/24天106/67通过对统计数据的分析得出以下结论:
22、通过对统计数据的分析得出以下结论:(1)(1)封闭距离和封闭时间封闭距离和封闭时间对拱顶下沉影响较大,是拱顶下沉异常对拱顶下沉影响较大,是拱顶下沉异常的的主要原因之一主要原因之一。(2)(2)五通端行车五通端行车隧道拱顶下沉受断面整体封闭距离隧道拱顶下沉受断面整体封闭距离影响较大,封影响较大,封闭距离越长,断面拱顶下沉也越大,封闭距离宜控制在闭距离越长,断面拱顶下沉也越大,封闭距离宜控制在40m40m以内,而以内,而且封闭时间也应该控制在且封闭时间也应该控制在3535天天左右。左右。(3)(3)翔安端行车隧道各断面的拱顶下沉受封闭时间影响较大。当翔安端行车隧道各断面的拱顶下沉受封闭时间影响较大
23、。当隧道遇到特殊情况必须停止掌子面开挖时,应该先封闭隧道遇到特殊情况必须停止掌子面开挖时,应该先封闭部临时仰拱。部临时仰拱。翔安端翔安端部封闭时间应控制在部封闭时间应控制在5 5天天左右,其整体封闭时间应该控制在左右,其整体封闭时间应该控制在4040天天以内,整体封闭距离控制在以内,整体封闭距离控制在353545m45m范围内为宜。范围内为宜。3、整体下沉对异常变形影响分析在地质条件较好的情况下,拱顶下沉一般在全环封闭后很在地质条件较好的情况下,拱顶下沉一般在全环封闭后很快趋于稳定。然而由于东通道海底隧道中基底围岩承载力较差,快趋于稳定。然而由于东通道海底隧道中基底围岩承载力较差,在现场量测发
24、现,许多断面在全环封闭后,拱顶下沉仍然有较在现场量测发现,许多断面在全环封闭后,拱顶下沉仍然有较大的增长,出现了整体下沉。如断面大的增长,出现了整体下沉。如断面ZK12+400ZK12+400,在,在部封闭后,部封闭后,仍然发生了较大的整体下沉:仍然发生了较大的整体下沉:部封闭部封闭部封闭部封闭图图3-11 ZK12+400断面发生整体下沉的典型曲线断面发生整体下沉的典型曲线(1)全环封闭后的整体下沉断面ZK6+715ZK6+745ZK6+760ZK6+860ZK6+920部封闭时201.6/51.6255/45.6224.3/59.0331.9/142.6373.7/331.1最终214.3
25、/78304.9/52.9255.3/86.6379/156.8480.9/387整体下沉比重5.9%/33.8%16.4%/13.8%12.1%/31.9%12.4%/9.1%22.3%/14.4%断面YK6+683YK6+745YK6+800YK6+820YK6+860部封闭时105.9/68.989.1/72.5159.8/96.7223.1/119.1254.3/160最终146.9/70.8114.9/84197.8/118.4238.9/133.8403/328.5整体下沉比重27.9%/2.7%22.5%/13.7%19.2%/18.3%6.6%/11%36.9%/51.3%断面
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