厦门翔安海底隧道关键施工技术

中铁二十二局集团报告内容一、翔安海底隧道工程工程介绍1.工程概况2.工程难点3.工程难点4.工程难点1.工程概况厦门大桥海沧大桥厦门东通道（翔安隧道）翔安区厦门岛金门鼓浪屿漳州翔安隧道地理位置图2021年4月26日全线通车翔安隧道翔安端洞口实景厦门翔安海底隧道工程主要包括五通互通，跨海翔安隧道和西滨互通三局部工程。线路总长8.695km，翔安隧道全长6.05km，其中海域段长4.2km，为双向6车道双洞海底隧道，采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为行车主洞，中间一孔为效劳隧道。隧道沿线设通风竖井两座，车行横洞5处，人行横洞12处，翔安西滨侧设收费、效劳、管理区。52m22m翔安隧道横断面示意图1〕V形纵剖面，下坡施工，施工排水量大海底隧道洞口高，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排水，施工供电也必须平安、可靠、不间断。2.工程特点4〕断面大，工法多主隧道按3车道设计，最大开挖断面尺寸为17.04m×12.55m(170m2)；根据隧道区域地质条件，主要采用CRD工法、双侧壁导坑法、上下台阶法施工。IIIIIIIVCRD工法双侧壁导坑法5〕隧道结构防腐、抗渗要求高本工程使用年限按照100年设计，采用复合式衬砌结构，陆域隧道二次衬砌为C30防腐蚀混凝土，抗渗等级为P8，海域隧道二次衬砌为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，钢筋网为V级，风化槽采用钢拱架组成初期支护，取消系统锚杆，钢拱架接头处设锁脚钢管，在初期支护和二次衬砌之间，选择PVC防水板和系统盲管做排水系统，确保满足隧道设计使用年限的要求。6〕施工风险大地下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最明显的差异，就是其水源是无限的海水。由于本工程大局部区域是在水下，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，如采取措施不当，将对施工人员和机械设备造成极大的威胁，甚至导致工程报废，造成无可挽回的损失。7〕标段划分整个隧道分为四个标段，其中A1标和A2标位于隧道进口，A3标和A4标位于隧道出口，将两个竖井和效劳隧道按工作量的大小和施工方便进行分配。A1：3.16Km（ZK6+540～ZK9+700）翔安A2：3.14Km（YK5+930.5～YK9+700）A3：2.885Km（ZK9+700～ZK12+585）A4：3.655Km（YK9+700～YK13+355

）标段划分示意图8〕环保、水保、文明施工要求高厦门岛是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，对环保、水保、文明施工要求高。3.工程重点施工用到的RPD-180C多功能地质钻机采取“以堵为主〞的施工原那么，通过超前地质预报系统准确分析前方地质破碎带情况。采取超前帷幕注浆，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之外；重视初期支护背后注浆防水，根本实现初期支护无渗漏。重视衬砌反面排水层的施作，保证隧道第二道防线。重视在初期支护背后充填注浆的施工，确保初期支护不渗不漏。加强结构的自防水能力，封闭渗漏水在初期支护之外，二次衬砌结构在无水条件下施工，确保二次衬砌施工质量。采取分区防水形式，充分保证防水板的防水效果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。由于海底隧道大局部处于水域之下，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的腐蚀，采取措施如下：在隧道结构混凝土〔包括喷射混凝土和二次衬砌混凝土〕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。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对施工平安性的要求远高于陆地隧道。施工中必须进行监控量测与信息化施工。它是保证隧道平安的有效手段。为掌握围岩开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，采取措施如下：将监控量测作为一道重要工序：在施工的全过程中，实施全面、系统的监测工作，并将其作为一道重要工序纳入隧道施工中，留足时间，配齐人员。根据监测数据，动态设计，动态施工：根据隧道围岩条件、支护类型和参数、施工方法编制量测方案，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，从而指导施工，反响设计，据此确定相应施工措施，确保围岩及结构稳定、平安。5〕隧道施工平安风险管理由于海底隧道施工条件的复杂性，决定了其施工必须以平安为前提，施工中应遵循“预案在先、躲避风险〞的原那么。海底隧道施工中的最大威胁是掘进中的突水、突泥及坍塌，一旦出现突水、涌泥事故，将对人员、设备及工程造成极大的损失。因此，除应采用各种有效的工程措施以保证施工平安和结构平安外，还应对可能出现的意外制订应急措施，尽可能将损失降到最小。主要应急措施包括报警装置、排水设备和逃生路线规划等。同时配置洞内平安监控体系，通过高度自动化的连续、跟踪、系统检测，以及时发现平安隐患，制订应急对策并快速组织实施，从而确保施工平安。4.工程难点2〕隧道通过海底风化槽〔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，一旦施工扰动过大，隧道顶部高水压〔0.7MPa〕容易将隧道覆盖层击穿，从而发生坍塌、突水、突泥。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，以探水、周边浅孔预注浆为主的全断面注浆与开挖交替进行，即探水注浆一段，开挖一段，稳扎稳打。遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测〞的原那么。〔2〕采用综合超前地质预报基数，采取全新的帷幕注浆，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，减弱震动，控制爆破，喷射混凝土、钢筋网片、钢拱架联合支护。。王梦恕院士和张楚汉院士指导砂层施工宋振骐院士和卢耀如院士在砂层掌子面二、翔安海底隧道穿越软弱地层施工稳定性控制研究研究内容1.绪论1.1研究目的本课题紧密结合厦门翔安海底隧道施工，通过现场监测、数值计算和理论分析进行研究。〔1〕利用数值方法，模拟现场土层和施工条件，对CD和CRD工法分别建模计算、进行数值模拟分析和比较，综合考虑，确定合理的施工方法；〔2〕设计六种不同的工况和两种不同工序，对各种工况开挖过程中的地层三维变形状态进行数值模拟，分析和总结变形、失稳规律，在此根底上优化CRD工法各部之间的步距和工序；1.2研究内容〔3〕将变形分配控制原理应用于翔安隧道施工，确定控制目标值，通过监测反响，分步控制，将变形控制在平安范围之内；〔4〕研究锁脚锚杆的作用机理，对锁脚锚杆的施工效果进行数值模拟，系统地研究其受力和变形规律，优化锁脚锚杆的设计和施工方法；〔5〕建立初支和围岩相互作用的突变模型，利用初支刚度和围岩的弱化刚度研究围岩的突变失稳。从理论上解释了壁后注浆加固机理，结合现场监测，验证充填注浆对控制沉降的作用。2.1浅埋大跨软岩隧道施工方法2.2工程及地质概况2.3隧道入口端CD法与CRD法开挖引起的沉降量比较2.4本章小结近年来国内外的工程实例说明，在各种地质条件下隧道施工的方法很多，但适合大断面隧道的根本施工方法有六种：台阶法、上半断面临时闭合台阶法、CD工法、CRD工法、侧壁导坑法、眼镜工法〔双侧壁导坑法〕。台阶法短台阶法预留核心土台阶法2.1浅埋大跨软岩隧道施工方法台阶法大量施工实例统计结果说明：在控制沉降方面施工方法择优顺序为：双侧壁导坑法、CRD工法、CD工法、预留核心土台阶法、台阶法；在控制水平位移方面施工方法择优顺序为：CRD工法、双侧壁导坑法、CD工法、上半断面临时闭合台阶法、台阶法；从施工进度和经济角度方面择优顺序为：台阶法、预留核心土台阶法、CD工法、CRD工法、双侧壁导坑法。双侧壁导坑法CRD工法厦门海底隧道断面大、围岩软弱、地质条件复杂，台阶法难以适用，双侧壁导坑法是在对地表沉降要求特别严的情况下采用的施工方法，所以根据海底隧道的实际，只考虑采用CD工法或CRD工法。本章对这两种施工方法进行模拟和比较。CD工法CRD工法12342.2工程及地质概况模型建立采用FLAC3D进行计算分析，模型范围向下取50m、向上取到地表、隧道左右两侧各取50m、纵向从洞口取50m。模型位移边界条件隧道左右两侧给定X方向位移约束；底面给定Z方向位移约束；纵向边界面〔不包括洞口边界面〕给定Y方向位移约束。模型中采用8节点六面体单元进行网格划分，地层及管棚加固区采用摩尔－库仑模型，隧道结构采用线弹性模型，模型共划分16900个单元，18438个单元节点。2.3隧道入口端CD法与CRD法开挖引起的沉降量比较

CD法施工导洞1、2分别向前开挖20、5m时拱顶最大沉降86mm施工台阶长度为15米时各工况拱顶最大沉降量CRD法施工导洞1、2分别向前开挖20、5m时拱顶最大沉降66mm

CD法施工导洞1、2、3、4分别向前开挖45、30、25、10m时拱顶最大沉降98mmCRD法施工导洞1、2、3、4分别向前开挖45、30、25、10m时拱顶最大沉降68mm〔1〕采用CD法施工，台阶长度分别为5m、10m、15m米时隧道拱顶最大沉降分别为91、94、98mm，因为台阶越长，整体封闭成环时间越长，所以产生的沉降越大；〔2〕虽然台阶短，封闭成环时间短，拱顶产生的沉降小，但台阶长度一般不宜小于5m，如台阶过短，上台阶开挖施工机械难以摆放，且下台阶掌子面过早暴露，上下台阶开挖相互扰动影响过大，反而增大围岩变形；〔3〕采用CRD法比CD法施工拱顶沉降将明显减小，台阶长15米拱顶最大沉降仅68mm，比CD法减小30mm，这是由于CRD法的腰撑能及时闭合掌子面，腰撑成为临时仰拱，在阻止结构初期下沉方面起了关键作用，因此拱顶沉降明显减小。2.4本章小结3.1概述3.2地质状况及面临的问题3.3隧道施工的三维数值模拟参数和内容确定3.4两种不同施工工序计算分析3.5本章小结3.1概述翔安隧道陆域段为全风化花岗岩，这种围岩未扰动之前坚硬、枯燥、稳定，而开挖暴露、遇水后那么迅速膨胀、软化，自稳能力急剧下降。如果工序衔接不紧、掌子面封闭不及时、CRD步距过大、拱脚积水等会导致围岩变形异常。3.2地质状况及面临的问题王梦恕院士指导软弱地层施工这些异常变形表现为喷射混凝土出现开裂、临时支护变形严重、初支受到破坏等。以下对产生大变形的原因进行分析，以详细了解CRD工法施工各导洞变形比例分配、各导洞步距和施工顺序对沉降的影响，提出CRD施工变形控制措施，指导施工。临时支护严重变形喷射混凝土开裂为掌握CRD步距对拱顶沉降的影响，选取地质条件根本相同，但步距不同的两段进行监测，步距和监测情况见下表各部间距平均值（m）ZK12+280-240（变形较小段）ZK12+395-355（变形较大段）对比情况1-3部9.1519.8519.85-9.15=10.72-3部21.1913.3513.35-21.19=-7.842-4部9.412.3612.36-9.4=2.961-4部39.745.5745.57-39.7=5.87平均拱顶下沉(mm)106455455-106=349平均AA’收敛(mm)204141-20=21平均CC’收敛(mm)-17-35-35+17=-18根据第二章模拟结果，同样工况下CRD1、2部步距分别为15、10、5m时拱顶最大沉降量分别为99、95、91mm，可见步距会对拱顶沉降造成一定的影响，步距越大，沉降越大。3.3CRD工法导洞步距对沉降量的影响3.4两种不同施工工序计算分析1234工序施工示意图1234工序施工各导洞开挖引起拱顶累积沉降量（单位：mm）导洞开挖顺序导洞1开挖完毕导洞2开挖完毕导洞3开挖完毕导洞4开挖完毕拱顶累积沉降85.5105.5185.7232.21324工序施工示意图1324工序施工各导洞开挖引起拱顶累积沉降量（单位：mm）导洞开挖顺序导洞1开挖完毕导洞3开挖完毕导洞2开挖完毕导洞4开挖完毕拱顶累积沉降85.5127.0204.2263.5〔1〕两种工序，导洞1开挖产生的拱顶沉降所占整体沉降的比例都最大，从32％－37%，因而控制导洞1的沉降量对减小最终拱顶沉降有决定意义；〔2〕同等条件下，1234工序控制拱顶沉降的效果优于1324工序，1234工序沉降232.2mm，而1324工序沉降263.5mm，可见，从数值理论上分析，1234工序更有利于控制拱顶沉降。因为隧道开挖洞跨比决定自然成拱能力，土体大局部应力要由结构承担，洞跨比越大，变形就越大；CRD工法中，先开挖12导洞后开挖34导洞，其受力机理相当于CD法；先开挖13导洞后开挖24导洞，相当于台阶法，显然，CD法控制沉降优于台阶法。〔3〕从现场监测和数值分析结果看，仰拱闭合对拱顶沉降起着决定性作用，单个导洞未闭合之前沉降占总沉降75％以上，因此，应加快仰拱闭合；〔4〕从六种工况、两种工序数值分析得到的拱顶最大沉降值看，按设计要求正常施工，拱顶沉降可以控制在设计允许范围内；3.5本章小结4.1概述4.2目标控制值确实定4.3变形异常的原因分析4.4异常变形控制措施4.5本章小结4.变形分配控制原理及其在翔安隧道中的应用研究软弱地层大断面海底隧道施工是一个庞杂的系统工程，涉及到多种工艺、多道工序，自始至终是动态的、不断变化的过程，因此它对拱顶下沉、水平收敛和地表沉降的影响是一个累积的效果，所以可以把对拱顶沉降和地表下沉的控制标准分解到每个施工步序中，形成施工各具体步序的控制标准或控制指标，只要单个步序的沉降量得到控制，那么最终变形量就能得到控制，这就是所谓变形分配控制原理。4.1概述变形分配控制的优点〔1〕将总体变形控制量分解到每个工序，明确每步控制目标，操作性强；〔2〕对构筑物变形有一个整体规划，可以明确施工控制的重点；〔3〕及时掌握监测值与设计值的偏离动态，及时处理，防止风险的累积，使变形控制处于积极、主动的地位。将变形分配控制原理应用于厦门海底隧道〔1〕首先，通过数值计算和工程经验确定控制的目标值；〔2〕其次，通过监测掌握变形信息，与目标值对照；〔3〕最后，分析过度变形原因，采取措施，确保累计变形量小于目标值。通过第三章CRD法施工1234工序进行数值模拟，得到各导洞开挖完毕累计沉降量及分部沉降比率〔目标值〕如下表：CRD法变形分配比率及控制目标值4.2目标控制值确实定工序和沉降部位工序1234施工分部沉降（mm）累积沉降（mm）各部沉降百分比I部开挖支护完毕85.585.536.4II部开挖支护完毕20.0105.58.5III部开挖支护完毕80.2185.734.2IV部开挖支护完毕46.5232.219.8拆撑、二衬完毕2.5234.71.1注：I-II部步距10m；II-III部步距10m；III-IV部步距10m；二衬-IV部步距80m。根据工程经验，水平位移控制目标为：相对收敛允许值是两测点间距的0.8％。根据数值模拟结果，得出各部变形控制目标值，以各部目标控制值为标准，在施工中进行动态调整，使分步变形量低于分步控制目标，确保整体控制目标的实现。以下对出现异常变形的地段进行分析。翔安隧道陆域段全强风化花岗岩异常变形主要有2种形式：拱顶下沉异常、水平收敛异常。为得到左线隧道CRD工法变形偏大的原因，选择了变形偏大段〔ZK12+395-355〕和变形较小段〔ZK12+280-240〕进行分析，这两段地质情况相近，但施工过程控制不同。4.3变形异常的原因分析测点里程H1下沉AA′收敛CC′收敛累计㎜天数d累计㎜天数d累计㎜天数dZK12+395-355变形较大段统计ZK12+39549417240172-37153ZK12+38741717851176-35157ZK12+38258815947174-38146ZK12+37048315746157-40141ZK12+36042415329153-29130ZK12+35532414832148-30138平均45516141163-35144ZK12+280-240变形较小段统计ZK12+28092902055-2277ZK12+270130802158-1576ZK12+255109701964-1964ZK12+250104612361-960ZK12+24097551755-1952平均106712059-1766变形偏大原因分析上表变形较大段与较小段H1、AA′、CC′累计平均值比照情况如下：拱顶下沉H1：455mm/106mm=4.29倍；累计收敛AA′：41mm/20mm=2.05倍；累计收敛CC′：35mm/17mm=2.06倍。通过比较，发现变形过大地段与以下因素有关：a、与围岩特性有关全风化花岗岩泥质含量高，渗透性差，隧道以2.9%顺坡掘进，容易造成掌子面积水，地基软化，承载力下降。同时，假设开挖后喷射混凝土不及时，掌子面亦会变潮渗水、土体弱化、松动范围扩大，造成围岩变形失稳。b、CRD各部步距过长前面第三章已经提到，步距越大，产生的沉降也越大；本段CRD1、2部步距为15、10、5m时，隧道拱顶最大沉降分别为99mm、95mm、91mm，可见步距会对隧道的拱顶沉降造成一定的影响。c、初支各部自成环及全断面成环时间长各部各自成环平均时间及全断面闭合时间比照表单位：d项目里程1部平均成环时间2部平均成环时间3部平均成环时间4部平均成环时间各部平均成环时间全断面闭合时间ZK12+395-35565.73.85.55.2521ZK12+280-24064.14.244.57518.3ZK12+395-355各部自成环时间和全断面闭合成环时间长，导致沉降变形加大。d、永久仰拱未能及时紧跟由下表永久仰拱施作前后的初期支护变形速率比照可以看出永久仰拱施作后，拱顶下沉速度明显减少，只是施作前的27.68%测点里程量测内容永久仰拱施作前永久仰拱施作后施作后前日均变形比天数（d）累计变形（ｍｍ）日均变形（mm/d）天数（d）累计变形（ｍｍ）日均变形（mm/d）ZK12+443拱顶下沉H184630.75002269-63=60.27270.36拱腰收敛A-A′84-13-0.154822(-13)-(-6)=-7-0.31822.06ZK12+438拱顶下沉H1811081.333322113-108=50.22730.17拱腰收敛A-A′82230.28052231-23=80.36361.30ZK12+433拱顶下沉H1761842.421120192-184=80.40000.17拱腰收敛A-A′7640.0526202-4=-2-0.1000-1.90ZK12+395-355段仰拱在I部掌子面开挖后98天才施工导致拱顶下沉和水平收敛过大。e、初支背后填充注浆不及时由于喷射混凝土末与围岩完全密贴，开挖轮廓线周围一定范围内的围岩会松弛，松动荷载作用在初支上，致使初支变形加大；因此，加强初支背后充填注浆，增强喷射混凝土与围岩的密贴程度，以提高初支与围岩的承载力，是非常重要的。注浆前后，拱顶最大沉降数值模拟结果为：注浆后为127.5mm，注浆前为283.1mm，变形减少55％，说明注浆对改进地层效果显著。初支背后充填注浆后拱顶最大沉降127.5mm不进行初支背后充填注浆拱顶最大沉降283.1mm01尽早设置临时仰拱，使支护结构封闭成环02控制台阶长度03初支背后及时充填注浆04实施超前降水05设置锁脚锚杆06及时处理拱脚积水07加强仰拱注浆08超前注浆加固地层4.4异常变形控制措施4.5本章小结5.1概述5.2锁脚锚杆作用机理及在工程中的运用5.3数值模拟分析5.4计算结果及结论5.锁脚锚杆作用机理数值模拟分析软弱地层修建大断面隧道，为减小基底弱化和初支悬空引起的下沉，尤其是在地层软弱、含水量大、拱脚积水的情况下，增设锁脚锚杆对控制拱顶下沉的效果非常明显。本章建立锁脚锚杆的力学分析模型，通过数值模拟和现场监测，系统研究锁脚锚杆受力和变形规律，并据此分析了各影响因素与拱顶沉降的关系，最后优化锁脚锚杆的设计参数和施工方法。5.1概述锁脚锚杆布置示意图锁脚锚杆现场施作锁脚锚杆1234锁脚锚杆作用原理是将锚杆打入钢拱架背后围岩并注浆，通过锚杆浆液扩散、渗透到岩层中，以提高围岩的力学性能和自稳能力，控制围岩变形。翔安隧道在施工中，局部断面拱顶下沉偏大，造成初支侵限，甚至发生大变形危及结构平安，为控制各部及整体下沉，施工中每榀工字钢增设四根Φ42mm，壁厚3mm，L=3m的无缝钢管注浆锁脚锚杆。5.2锁脚锚杆作用机理及在工程中的运用5.3数值模拟分析施工措施分类拱顶下沉水平收敛1部3部1部2部3部4部不采用锁脚锚杆7211383897556采用锁脚锚杆578776806749采用锁脚锚杆前后行车隧道位移变化数值模拟情况见下表，施作锁脚锚杆后，1、3部拱顶下沉分别减小20.8％和23.1％，水平收敛分别减小9.2％、11.5％，采用锁脚锚杆可有效减小拱顶下沉和水平收敛。5.3.1位移分析支护结构位置轴力（kN）弯矩（kN*m）安全系数初期支护左拱肩-470/-438-35.4/-30.24.8/5.4左拱腰-854/-812-25.1/-21.35.7/6.4仰拱中-311/-298-0.8/-0.815.2/20.4右拱腰-450/-398-25.4/-23.79.5/10.6右拱肩-504/-46248.6/39.51.8/2.1中隔墙上-1046/-11150.5/0.43.4/3.2下-1251/-132123.5/22.12.4/2.5临时仰拱左-350/-3022.1/1.79.0/9.2右-753/-701-0.7/-0.63.2/3.35.3.2支护结构平安性分析采用锁脚锚杆前、后支护结构平安性变化情况见下表，由表可知：采用锁脚锚杆后初期支护各部位的平安系数均比不采用时有所提高。注：轴力、弯矩和平安系数栏中分子、分母分别为采用锁脚锚杆前后的数值。锁脚锚杆荷载与下沉值关系图

随着荷载增加锚杆端头竖向位移呈线性增加，以下图给出了锚杆不同角度荷载和锚杆露头部下沉值的关系。5.3.3锁脚锚杆沉降与所受荷载的关系5.3.4锁脚锚杆作用效果与打入角度、注浆的关系锁脚锚杆打入角度与下沉值关系图

由以下图知，无论哪种工况，拱脚锚杆以25º施作时控制沉降效果最正确。锚杆注浆可增加锚杆的抗弯刚度，浆液扩散形成的注浆体可提高锚杆的抗拔力，从计算结果看，注浆之后锚杆端部沉降减小20%。5.3.5垫块对锁脚锚杆作用效果影响工况轴力（kN）剪力（kN）弯矩（kN*m）I无注浆233.16210.1165.15II注浆662.2892.4050.02III加垫块650.251330160.70由上表计算结果可知，锁脚锚杆注浆并加垫块比不加垫块沉降减小15-20％，与不注浆相比加垫块后沉降减小40%。主要因为其抗弯、抗剪、抗拉等性能都得到了很好的发挥，其内力计算结果见下表。通过研究，本章得出如下结论：〔1〕采用锁脚锚杆可有效控制隧道拱顶下沉和水平收敛；同时锁脚锚杆可提高初支结构的平安性；〔2〕当角度一定时，随着荷载的增加，锚杆竖向位移呈线性增加；在同等施工条件下，拱脚锁脚锚杆施作25度左右控制沉降的效果最正确；〔3〕不同工况下沉降值相差比较大，不注浆沉降最大，其次是注浆，再次是加垫块。注浆后比不注浆沉降减小20%左右；注浆加垫块沉降值能减小40%；〔4〕加垫块后锁脚锚杆的弯矩、剪力、拉力等内力值都有显著的增加。5.4计算结果及结论6.软弱地层渗透挤密注浆沉降控制研究软弱地层海底隧道施工风险突出，一旦围岩变形较大，极易引发突水、塌方。为确保掌子面的稳定和隧道施工平安，进行注浆加固和堵水是非常必要的。通过全强风化地层注浆前后地层力学特性的变化，结合现场试验，对注浆后围岩的稳定性进行评价。注浆效果照片壁后注浆的作用表达在两个方面：提高围岩的刚度〔弹性模量〕、强度〔粘聚力和内摩擦角〕，增强围岩稳定性；在含水地层，壁后注浆还可以减小渗漏，防止围岩遇水弱化，其作用同样是增加围岩刚度。6.2壁后注浆的作用在注浆试验段选取两个沉降较大的点，绘制注浆前后沉降曲线见下页图6.1～6.2，从监测数据分析，注浆有效的控制了围岩的变形。6.3软弱地层渗透挤密注浆对控制沉降的影响注浆前掌子面泥塑状不稳定注浆后掌子面枯燥稳定图6.1ZK12+402注浆前后效果比照图图6.2ZK12+395注浆前后效果比照图初期支护背后渗透挤密注浆，水泥浆液充填初支围岩间的空隙，以及土体间的空隙，增强密贴程度，提高围岩和初支的承载力，控制变形，主要表达为两种作用：〔1〕渗透作用：指在压力作用下浆液充填土中的孔隙，挤排出孔隙自由水，而根本上不改变原状土的结构和体积，所用注浆压力相对较小。〔2〕渗透和挤密作用：浆脉周围土体被渗透和挤密，从而增加周围土体的密实度和强度，减小渗透系数，这是一种综合效果。通过充填注浆，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固化，这种注浆不改变原土结构，但是充填其原有空间为密实连续体，有效的控制了地层水的渗入，改善原有围岩受力条件，有效的控制了沉降。6.4本章小结课题结合厦门海底隧道进行研究，取得如下成果：1.厦门海底隧道断面大、围岩软弱、地质复杂，台阶法难以适用，双侧壁导坑法工序多，进度慢，一般是在地表沉降要求特别严的情况下才采用的施工方法，因此，重点只需考虑采用CD或CRD工法；为此，对CD和CRD工法分别建模计算，对这两种工法进行数值模拟分析和比较，经综合比选，最后确定采用更合理的施工方法—CRD工法，它既保证了厦门海底隧道的施工平安，又节约了本钱，加快了施工进度，创造了月掘进73米的高速度；2.利用数值方法模拟6种工况、2种工序开挖过程中的地层三维变形状态，并结合实际施工中的变形监测状况，不断调整优化CRD工法各部步距、开挖顺序和施工工艺。这项创新性成果，为软弱地层大跨隧道采用CRD法提供新经验，使异常变形得到有效控制，将隧道变形控制在目标值之内；7.结论3.厦门海底隧道是国内第一条海底隧道，埋深浅、围岩软弱、富水、开挖断面大等特点，为躲避隧道坍塌等风险，以控制围岩和支护过大变形为重点，对隧道变形进行整体预测确定整体控制目标。应用变形分配控制原理，对隧道变形进行分阶段预测，确定阶段控制目标。把阶段控制目标分解到每一个施工工序中，结合监测，动态调整施工方案。该项变形分配控制成果改变了原来隧道经常发生异常变形、险情不断、侵限换拱的被动局面，创造性地使隧道整体变形处于可控状态；4.在系统研究锁脚锚杆作用机理的根底上，对不同锁脚锚杆设计参数进行数值模拟，分析了锁脚锚杆不同施作角度、有无注浆、设置垫块与否等因素对拱顶下沉的影响，优化了锁脚锚杆设计参数。确保隧道平安，使锁脚锚杆的施作数量减少近一半，控制变形的效果显著增加。透水砂层与隧道关系纵向剖面图左线隧道砂层影响范围纵断面图翔安端浅滩翔安端450米透水砂层分布左线隧道右线隧道效劳隧道透水砂层与隧道关系横向剖面图富水砂层与海水连通，砂层侵入隧道内长度达259m，其余191m在拱顶以上缺乏1米，极易发生坍塌和突涌水。翔安端透水砂层开挖后揭示的地质情况掌子面揭示的粗颗粒黄砂翔安端透水砂层开挖后揭示的地质情况掌子面揭示的粉细白砂翔安端透水砂层开挖后揭示的地质情况综合超前地质预报探明砂层分布形态、性状；地下连续墙止水围幕；连续墙内进行井点降水；洞内采用TSS导管超前注浆；采用CRD工法开挖。翔安端透水砂层段施工方法洞内采用TSS导管超前注浆翔安隧道穿越的风化槽简介

隧道穿越5条风化深槽，F1累计宽278m