海底隧道施工工艺工法

海底隧道施工工艺工法
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海底隧道施工工艺工法

隧道监控量测是隧道信息化施工的重要依据之一,是风险预警的一项显性指标,通过对监控量测数据分析,可以反映出隧道支护结构的可靠程度,是隧道施工的第三只眼,对于海底隧道这种高风险隧道,监控量测显得尤为重要,必须将监控纳入正常的施工工序进行管理,成立专门的量测小组负责隧道日常的监控量测工作,并对日常采集的数据及时整理分析,及时反馈,根据监控量测数据及时修正施工工艺、参数,指导现场施工,为动态设计提供可靠的依据。建立监控量测风险预警机制,预测沉降收敛变形可能引起的后果,并制定针对性的措施,以确保施工安全。

对于海底隧道,应采取地表沉降观测(陆域、浅滩段)和洞内位移观测相结合的监控量测手段进行联合监测,通过地表沉降观测和洞内位移观测,找出其中的相关性,用以指导海域段施工,即在海域段隧道施工过程中洞内位移值达到多大可能对海床产生影响,为确定海域段隧道的最大变形量提供理论依据。

水是隧道施工“万恶之源”,对于海底隧道水的治理问题显得尤为突出,海底隧道采用防、排、堵、截相结合的综合治水处理措施GB50325-2020民用建筑工程室内环境污染控制标准.pdf,采用“以堵为主、限量排放”的治水原则进行处理。海底隧道防排水施工主要有以下几种情况:

1对渗涌水量较大的围岩地段,通过超前预注浆进行堵水,如地下连续墙、全(半)断面帷幕注浆堵水、超前TSS小导管注浆堵水等。

2初期支护喷射混凝土采用抗渗等级S8防水混凝土进行堵水。

3在初期支护施工完毕后,进行补偿注浆施工,即在初期支护和围岩之间进行注浆堵水,要求注浆完毕后初期支护无明显滴水。

4采用防水板进行防水,防水板一般采用PVC、EVA防水板。防水板防水引入了分区防水理念,以每一组二次衬砌作为一个防水分区,确保因防水板局部破损不会导致整个二次衬砌出现背后积水。

5二次衬砌采用高性能、耐腐蚀混凝土,抗渗等级为S12。

6施工缝、沉降缝采用止水条、止水带、水泥基结晶、P201胶等堵水。

7对于初期支护与防水板之间的少量积水,通过纵横向排水管排导入排水边沟。

海底隧道二次衬砌施工同山岭隧道施工基本相同,采用大型模板台车和输送泵进行施工,其不同之处在与二次衬砌混凝土本身的抗渗、耐腐蚀性能。海底隧道施工,由于隧道大部分处于水域之下,且周边环境地下水水质基本与海水相同,为了防止钢筋和混凝土的腐蚀,对二次衬砌混凝土采用了高性能耐腐蚀混凝土,抗渗等级S12,具体配合比见下表:

表1高性能耐腐蚀混凝土配合比参考表

二次衬砌施工过程中应严格控制混凝土原材料的施工质量,原材料是混凝土施工质量好坏的前提。严格执行配合比,拌合采用强制式搅拌机,电子计量系统,要求各种计量器具应保持准确。加强混凝土运输过程的管理,防止混凝土提前凝结。混凝土入模前对混凝土提取试件,并进行坍落度试验和温度检查,塌落度为200±20mm,混凝土入模温度控制在环境温度+2℃以下。

由于温度和应力的峰值均出现在早龄期(3天以前),此时,混凝土的抗拉强度小且不稳定,是产生裂缝的危险期,稍有疏忽大意即可导致裂缝的发生。所以,应特别重视早龄期的温度控制,早期温度控制对混凝土耐久性将产生较大的影响。

钢筋混凝土施工过程中混凝土保护层的控制是混凝土耐腐蚀的重要影响因素,在施工过程中应引起高度重视,必须严格施工工艺标准和施工过程质量控制,认真落实每个具体的措施,才能使混凝土施工质量缺陷降到最低。

图5混凝土施工温度控制

对于海底隧道选用不同的设备,不同的施工工艺,其劳动力安排相差较大,在此只对常规情况下的劳动力安排做个参考建议。

表2劳动力组织(单工作面)

运料、搅拌机上料、开机

对于海底隧道选用不同的设备,不同的施工工艺,其主要机具设备安排相差较大,在此只对常规情况下的机具设备安排做参考建议。

CasagrandeC6

50m3/min,JS750

9.1易出现的质量问题

9.1.1地质预报情况探测不清楚,对存在疑问的地质情况报侥幸心理,盲目施工。

9.1.2监控量测结果不能指导现场施工。

9.1.3未对于超前支护效果的检查评估,盲目施工。

9.1.4开挖过程对周边围岩破坏较大。

9.1.5初期支护施工不及时性,未能使支护结尽快构封闭成环。

9.1.6防排水施工初期支护背后注浆堵水不重视,导致层层设防、层层漏的结果。

9.1.7二次衬砌混凝土施工温度控制不严,导致混凝土出现温度裂缝,影响混凝土的防腐性和耐久性。

9.2.1对于海底隧道,地质探测受到很多客观原因的限制,加之各个地质预报手段均存在一定的缺陷,所以海底隧道地质预报必须采用综合超前地质预报手段,且综合超前地质预报必须坚持有疑必探的原则,对地质情况有疑问不得盲目进行施工。对隧道顶板厚度的探测也显得尤为重要,应引起高度重视。

9.2.2监控量测必须建立风险预警机制,纳入正常工序管理,做到及时量测、及时反馈、及时修正,指导施工。

9.2.3海底隧道施工必须设定严格的标准和程序对超前支护效果进行检查评估,达标后方可进行开挖作业。

9.2.4海底隧道开挖的方法较多,但各种开挖方法均必须确保对周边围岩最大程度的保护,并且将该理念贯穿开挖施工全过程。

9.2.5初期支护施工应注意及时性,尽快使支护结构封闭成环,严格控制施工部距,控制仰拱及二次衬砌施做时间。

9.2.6防排水施工应做到最大范围的堵水,对施工过程中的堵水应引起高度重视,对每个防水层设定一定的检验标准并严格控制,以降低施工风险,减少后期运营排水费用。

9.2.7二次衬砌混凝土施工应做到内实外美,对高性能耐腐蚀防水混凝土施工温度控制是比较关键的,施工温度的偏差对混凝土性能的影响相对较大,应引起重视。

10.1主要安全风险分析

海底隧道施工主要安全风险为坍塌、突水、涌泥、涌沙、台风、暴雨等,在施工过程中应建立健全风险预警机制,建立应急救援与演练机制,增强系统风险防范。

10.2.1始终贯彻“安全高于一切、质量重于生命、责任重于泰山、防患胜于补救”的原则进行安全管理,坚持安全交底制度和安全学习制度,提高全员安全意识。

10.2.3施工现场配备足够的应急救援物资,定期开展应急救援演练,并针对演练中出现不不足及时进行修订完善。

10.2.4完善通信系统、门禁系统、监控系统、报警系统、救援逃生系统。

10.2.5按照工种,建立、完善各项作业标准和操作规程,据以指导施工作业。

10.2.6坚持执行持证上岗制度。

11.1建立健全环保保证体系,成立专门的环境保护组织机构,由项目经理担任组长,全面负责环保工作的检查、指导及环保措施的制定落实。施工期间加强环境管理,合理安排施工工序,做到文明施工。

11.2陆域施工,临时施工场地选择与布置,尽量使用永久征地,少占绿地面积,保护好周围环境,减少植被生态破坏。施工结束后,及时恢复绿化或整理复耕。

11.3海域施工,隧道内施工废水经抽排至沉淀池过滤处理达标后排放,防止高浊度污水漫流或直接流入海中;施工混凝土拌和,采取防雨水冲刷措施,以防雨季施工或台风暴雨时大量混凝土、水泥浆入海而污染海域。沉淀池分级设计,布置在岸边低洼地,单个容量估计1000m3。

11.4采用集中拌合混凝土,严格控制现场搅拌混凝土,减少空气、噪音污染。

11.5施工现场及道路采取洒水防尘、夯实或硬化等办法控制扬尘;土石方、建材运输时,采取设置挡板、加盖篱席、降低装载高度等,避免撒落及因风扬尘;料场尽量远距居民区设置(≥150m)。

11.6施工噪声敏感区段,夜间时段(22:00~06:00)和午间(12:00~14:00),限制高噪声机械设备使用,车辆经过居民区限速缓行。高考期间按照市政府和环保局要求,做好施工噪声控制。

11.7相对固定的施工机械,如空压机、发电机等,利用有隔音板的房屋,并尽可能远离声敏感目标布置。

11.10施工营地均配备临时生活污水处理设施,对生活污水进行处理后再排放,避免直接进入周围池塘或海域。

11.11隧道弃渣弃于设计指定的地点,弃碴应避免堵塞河道、改变水流方向和抬高水位而淹没或冲毁农田、房屋。用地四周应根据地势和周围环境情况,做好围挡。

11.12针对工程会出现的水土流失情况,制定相应水土保持措施,积极落实。已完弃碴场坡面应及时植草种树绿化,增加植被覆盖率,减少土壤被雨水冲刷。

由中铁一局集团第五工程有限公司参建的厦门东通道翔安隧道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,隧道全长6.051km,线路纵剖面呈V形,穿越陆域、浅滩带及海域三种地貌,经过基岩全~强风化带、海底F2强风化基岩深槽和F3风化囊三种地质条件,跨越海域总长4.459km,隧道轴线上海水最深27m,分段最大涌水量达6.2m3/d/m,是我国第一座大断面的海底隧道。

该隧道按照高等级公路设计标准,设计为双向三车道隧道,并在两隧道中间修建一服务隧道,使用年限按百年设计,二次衬砌采用C45高性能防腐混凝土,抗渗等级S12,初期支护采用具有抗海水侵蚀的喷射混凝土,抗渗等级S8,锚杆进行防腐处理。隧道暗挖最大断面尺寸17.04m×12.56m(宽×高),建筑限界净宽×净高为13.5×5.0m。隧道施工采用钻爆暗挖法,涉及采用CRD法、双侧壁导坑法、上下台阶法等多种不同工法修建。

中铁一局集团第五工程有限公司承建的岸端隧道工程长度2910m(其中陆域地段长0.390Km,海域地段长2.520Km),其中V级软岩达1435m占主隧道的49.3%,且主隧道不能利用服务隧道施工,因此工期非常紧张。

本工程2005年8月开工,2005年11月进洞,2010年4月建成通车,共历时56个月。

隧道陆域浅埋段、浅滩砂层段采用CRD法施工,海域弱风化地段采用上下台阶法施工,海域硬岩段采用中导洞法施工。海域段施工中,为保证安全渡过,采取了洞内真空降水、高压旋喷桩、地表连续墙及井点降水、洞内TSS管注浆等施工技术;风化槽施工采取了综合地质预报手段和超前注浆加固措施;竖井施工,由于地质情况复杂,采取了钢板桩、钻孔桩等围护措施。

通过本工程施工,取得了一系列成果,其先进性主要表现在以下几个方面:

(1)陆域浅埋段CRD法施工月开挖记录达到75m,处于国内领先,连续采用CRD法开挖长达897m。

(2)通过对海底隧道浅滩富水砂层段施工工法研究,经过方案比选,确定了地表地下连续墙+深井降水方法;经过对超前预支护方案、技术的研究万里小区9号住宅楼施工施工组织设计,确定采用TSS小导管固结砂层、注浆堵水,在超前支护的保护下采用CRD方法进行开挖;经过对初期支护方案、技术的研究,从而提高围岩的自承能力,充分发挥对围岩的加固作用,组成围岩—支护体系;经过对周边位移、拱顶下沉量测成果进行分析,确定最佳预留变形量及最佳的二次衬砌施作时间;经过防水技术的研究,采取各种措施使海底隧道二衬前初支面做到不渗不漏,贯彻设计“以堵为主,限量排放”的防水排水理念;通过研究海底隧道如何顺利通过浅滩富水砂层段的施工方案、方法、施工机具和人员组织,形成了《浅滩富水砂层大跨度海底隧道施工工法》,对同类隧道的施工将有很重要的指导意义。

(3)通过对海底隧道穿越风化槽施工技术研究,采用多种方法综合探测前方地质情况,提高了地质预报的准确性,并根据地质预报结果制定相应的施工方案和措施,提前作好施工准备,实施信息化指导施工,避免隧道施工中易产生的坍塌和涌水、突水现象的发生;通过对隧道围岩地质情况分析,对加固堵水注浆方法和注浆方式进行比较,最后选择“上半断面周边帷幕注浆+超前长管棚+超前注浆小导管”最佳组合方式进行超前注浆和超前支护,为国家节约建设投资1069.46万元,缩短工期97天。

通过对隧道围岩地质情况分析,根据围岩“上软下硬”的实际情况,改变原设计CRD开挖方法,采用三台阶法施工,遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”方针具体实施方案,达到安全、快速穿越风化槽。为国家节约建设投资661.69万元,为项目部节约成本355.99万元,缩短工期约123天。

(4)竖井及竖井辅助正洞快速施工技术研究主要通过完善钢板桩、高压旋喷桩的施工工艺,提高加固竖井周围地层的效果,保证竖井的顺利开挖;竖井发生涌砂后,通过对竖井围护结构的研究,最后采用钻孔咬合桩进行围护,顺利穿越砂层,针对竖井施工的特殊性,编写了《浅滩沙层大直径竖井施工工法》,对同类竖井的施工将有很重要的指导意义。竖井进入正洞后,根据竖井的提升能力,对正洞各施工工序进行分析,充分让各工序间进行平行作业,尽可能缩短关键工序的作业循环时间,制定出合理的施工网络图,竖井辅助正洞开挖600多米,确保了施工工期。

(5)海底隧道施工信息化管理技术研究主要通过综合地质预报和监控量测获得的信息来判断隧道围岩的好坏及支护结构的安全性;具体过程主要通过研究选择简单、高效的信息采集手段;对已经采集到的信息进行安全性判断,确定判断方法和原则;根据分析的结果进行变更,采用有效合理的施工方案和措施,实施信息化指导施工,信息化施工贯穿整个海底隧道修建过程,对于海底隧道科学施工具有指导性意义。

12.4建设效果及施工图片

教师公寓工程脚手架施工方案图6厦门海底隧道施工剪影

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