孫 磊

(廈門路橋工程投資發(fā)展有限公司，福建 廈門 361000)

0 引言

廈門第二西通道(海滄海底隧道)是繼翔安海底隧道之后廈門又一條更具難度的海底隧道，海域段穿越4處全強風(fēng)化深槽，與海水連通，地質(zhì)條件差，屬島嶼型花崗巖地層，圍巖裂隙較發(fā)育；陸域段長距離超淺埋下穿城市主干道近接既有建筑物，屬原灘涂回填，海陸交界，與海水連通，地表管線眾多，大斷面隧道開挖過程中沉降控制難度大。海滄海底隧道不僅具有海底隧道的特點，又具有城市隧道的特點，水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變、技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高、鄰近建筑物密集、交通導(dǎo)改、管線遷改難度大。本文根據(jù)海底隧道的特點，總結(jié)出了一套比較系統(tǒng)的海底隧道(海域段、陸域段)安全管控綜合施工技術(shù)，重點強調(diào)了工程中全方位綜合超前探測技術(shù)，先探后掘、重點布控，海域段硬巖到軟巖如何保證工程安全，快速施工；陸域段超淺埋下穿城市主干道地表空洞探測，周邊建筑物監(jiān)測，建筑物的保護隔離措施，將施工對周邊環(huán)境的影響降到最低。

1 工程概況

廈門第二西通道是穿越廈門西海域，連接海滄區(qū)和本島湖里的重要跨海通道。項目起自海滄區(qū)馬青路，以海底隧道形式穿越廈門西海域，在象嶼碼頭附近進入本島，以暗挖、明挖的組合形式下穿興湖路、石鼓山立交主干道，上跨地鐵I號線，最終在火炬北路與成功大道相交，并與在建的第二東通道相連。線路全長7.1km，其中隧道長6.3km，跨海域?qū)?.8km，全線設(shè)地下互通1處，風(fēng)塔2座。采用雙向6車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計車速80km/h。第二西通道結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計如圖1所示。

圖1 廈門第二西通道結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計

本工程具有地質(zhì)條件復(fù)雜、技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高、近接既有建筑物等特點。

1)全隧道穿越海底4處全強風(fēng)化深槽，隧道全斷面下穿海底F1，F(xiàn)6風(fēng)化深槽、1，2號風(fēng)化嚴(yán)重區(qū)，地質(zhì)條件差，與承壓海水連通，安全風(fēng)險高，施工工藝復(fù)雜，工序管控難度大。

2)隧道陸域段長距離超淺埋下穿城市主干道，重載車輛多，車流量大，且道路兩旁建筑物密集，管線眾多，設(shè)有160m世界最大斷面(總開挖面積559.05m2)、變截面、不對稱“非常規(guī)”雙連拱隧道與明挖深基坑組成地下互通，施工難度極大。超大斷面分部開挖設(shè)計如圖2所示。

圖2 超大斷面分部開挖設(shè)計

3)考慮線形和平面位置因素，隧道近距離下穿疏港路高架橋、沿線兩側(cè)緊鄰周邊建筑物；超淺埋小凈距隧道下穿興湖路段灘涂回填區(qū)，建筑物與隧道開挖邊界最小距離僅為6m，需有效控制爆破振動、開挖失水、卸荷對周邊建筑物的影響。

4)廈門西海域?qū)儆趪野缀ｋ嘧匀槐Ｗo區(qū)，對爆破施工要求高，同時陸域段緊鄰周邊建筑物控制爆破顯得尤為突出。

2 施工總體方案

施工中，堅持“先探后掘、有疑必探”原則，以超前地質(zhì)預(yù)報為手段，鉆探、物探相結(jié)合，并利用孔內(nèi)成像技術(shù)判斷圍巖地質(zhì)情況，選擇最佳的工法及支護參數(shù)，合理配置資源，合理組織施工。

1)針對海底風(fēng)化深槽段，綜合超前地質(zhì)預(yù)報風(fēng)化槽(囊)定位、施作噴射混凝土輕型止?jié){墻，采用全孔一次快速帷幕注漿技術(shù)實現(xiàn)了鉆注分離、PVC注漿管全孔一次精準(zhǔn)注漿的全斷面注漿方式預(yù)加固圍巖，鉆孔判定注漿效果；中管棚與小導(dǎo)管聯(lián)合超前支護，CRD法開挖，徑向注漿補強；建立各項應(yīng)急措施，如防水閘門，儲備快速應(yīng)急支撐模板，能夠有效防止突泥涌水，保證施工安全。

2)采用三次襯砌類型(雙初期支期、單二次襯砌)、復(fù)合式中隔墻設(shè)計有效消除了中隔墻接縫處滲漏水；中導(dǎo)洞+雙側(cè)壁開挖工法化大為小，分部開挖，雙層工字鋼初期支護緊跟施作，輔助復(fù)合地層局部精準(zhǔn)全孔一次注漿加固地層，有效控制了沉降，降低了開挖風(fēng)險。

3)采用控制爆破及光面爆破技術(shù)，使用數(shù)碼電子雷管，將大斷面化整為零、導(dǎo)洞超前、分塊分步施工，減小炸藥單次爆破量，以減少對海洋生態(tài)環(huán)境及陸域段周邊建筑物的影響。同時對鄰近周邊建筑物段施工采取大直徑灌注樁隔離、建筑物基礎(chǔ)注漿加固、隔離樁與隧道間地表深層注漿，地表與洞內(nèi)帷幕注漿相結(jié)合，分部開挖，確保洞內(nèi)及周邊建筑物的安全。

4)建立應(yīng)急搶險預(yù)案和體系，實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工，工藝流程如圖3所示。

3 工程技術(shù)要點

3.1 綜合超前地質(zhì)預(yù)報

隧道開挖前嚴(yán)格按照“有疑必探，無疑也探，先探后掘”的預(yù)報原則，物探與鉆探相結(jié)合，長、短距離相結(jié)合，地質(zhì)雷達低高頻相結(jié)合，多種超前探測手段，相互補充、印證。主要采用TSP、地質(zhì)雷達(洞內(nèi)、地表)、超前探孔與孔內(nèi)成像技術(shù)、地面雷達掃描、地表鉆探、原始區(qū)域地形地貌調(diào)查等方法和手段形成嚴(yán)密的超前地質(zhì)預(yù)報體系，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計和信息化施工，盡可能避免隧道施工中坍塌、突泥涌水等。超前地質(zhì)預(yù)報流程如圖4所示。

3.1.1TSP超前地質(zhì)預(yù)報

在隧道掌子面后方邊墻上一定范圍內(nèi)布置1排爆破點，依次進行微弱爆破，利用產(chǎn)生的地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報掌子面前方及周圍鄰近區(qū)域的地質(zhì)情況。具有適用范圍廣、預(yù)報距離長、對隧道施工干擾小、數(shù)據(jù)解譯時間短的特點，能夠較快掌握斷層破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)體相對于隧道的空間位置。

3.1.2超前探孔結(jié)合孔內(nèi)成像

在已有地質(zhì)預(yù)報的基礎(chǔ)上，布設(shè)一定數(shù)量的超前探孔，一般≥3個，必要時可增加探孔數(shù)量，探孔施作時，拱部要有一定的仰角，進一步探明拱頂巖板厚度，兩側(cè)要有外插角，判定隧道輪廓線，探孔深度一般為30m，并進行孔內(nèi)成像，直觀清晰地掌握掌子面前方地層，并描繪地質(zhì)縱斷面，指導(dǎo)開挖施工；探孔有水時，測定出水量，并進行水質(zhì)、水量監(jiān)測。超前探孔預(yù)報縱斷面如圖5所示。

圖5 超前探孔預(yù)報縱斷面

3.1.3地表雷達探測

對洞內(nèi)掌子面和隧道沿線地表及周邊小區(qū)等進行定期雷達掃描，做到橫向到邊、縱向到底，同時輔助鉆探手段，探明地下水囊、空洞等異常情況，提前處置，消除隱患。

3.1.4地表加密補勘

結(jié)合詳勘、區(qū)域地形地貌，在隧道開挖范圍內(nèi)加密鉆探，進一步摸清地層分布情況。

3.2 開挖施工

由于海滄海底隧道海域段處于高水壓、裂隙發(fā)育、風(fēng)化深槽等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，開挖爆破需對圍巖振動破壞小，宜采用分部開挖工法、減振爆破技術(shù)，保持施工中圍巖穩(wěn)定安全。陸域段超淺埋下穿城市主干道，緊鄰周邊建筑物，圍巖地層以全、強風(fēng)化花崗巖為主，富水，開挖過程要防止失水、卸荷、爆破等引起建筑物的沉降變形，宜采用隔離樁進行建筑物保護，地表洞內(nèi)注漿相結(jié)合，分層、分部開挖工法，步步成環(huán)，減少對周邊建筑物及道路的影響。

3.2.1海域風(fēng)化槽段施工

1)圍巖判定、工法支護參數(shù)選擇

根據(jù)先導(dǎo)洞超前施工揭示的區(qū)域圍巖地質(zhì)情況以及超前探孔孔內(nèi)成像圖譜結(jié)果，判定風(fēng)化槽分布位置，先進行帷幕注漿，管棚超前支護，CRD分部開挖，輔助以控制爆破，減少對圍巖的損傷。由I22b @50cm，φ8雙層鋼筋網(wǎng)@20cm×20cm，30cm厚C25噴射混凝土組成初期支護，復(fù)合式防水層，70cm厚C50高性能-環(huán)氧鋼筋混凝土襯砌，如圖6所示。超前支護采用L=10m，φ76mm×6mm@6m中管棚，環(huán)向間距30cm，配套加密小導(dǎo)管φ42mm×3.5mm@1m，環(huán)向間距30cm。

圖6 CRD工法設(shè)計支護參數(shù)

2)開挖順序、步序步距

首先要適時曬塘消滅有害生物。池塘魚類起捕后，可把池塘的水放干，利用立冬至立春這段時間晝夜溫差大，溫度低的有利條件消除池塘的有害生物。因為大多數(shù)潛伏塘底的有害生物一般在冬日活動微弱，經(jīng)不起冰雪嚴(yán)寒的侵襲而死亡。同時，經(jīng)過冬天冰雪冷凍以及太陽曝曬，塘底泥沙土質(zhì)會變得比較疏松，與空氣接觸后，有助于細菌活動，把池中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為以后養(yǎng)殖中的營養(yǎng)物質(zhì)。

開挖順序采用Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅳ。Ⅰ，Ⅲ部上臺階開挖整體超前，以主拱架為主、臨時支撐為扁平支柱的受力對稱，減少了結(jié)構(gòu)受偏壓的可能，整個上臺階同時受力，增加了基礎(chǔ)承載面積，有效減小沉降；施工統(tǒng)籌規(guī)劃管理，提高效率，加快施工進度。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，沉降和收斂主要發(fā)生在Ⅲ，Ⅱ，Ⅳ部開挖，為控制沉降變形，每部再分微臺階，臺階高3m左右，長3～5m，各部錯開8～10m的步距，Ⅰ部與Ⅳ部步距控制在40m以內(nèi)為宜，如圖7所示。

圖7 CRD工法各部步距控制

3)防水閘門

針對可能突發(fā)涌水的風(fēng)化深槽及其他不良地質(zhì)地段，開挖前在地質(zhì)條件較好地段設(shè)置防水閘門。

3.2.2陸域軟弱圍巖緊鄰建筑物段施工

3.2.2.1工程地質(zhì)水文及周邊環(huán)境

隧道陸域段下穿興湖路主干道，緊鄰周邊建筑物，圍巖地層主要為灘涂回填或嚴(yán)重風(fēng)化巖，地下水豐富，與海水連通，覆蓋層14～20.7m，與建筑物距離最小為6m，隧道穿越砂粒狀強風(fēng)化花崗巖、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖。

3.2.2.2洞內(nèi)施工措施

結(jié)合該區(qū)域圍巖地層情況，拱頂覆蓋層依次為雜填土、淤泥、粉質(zhì)黏土，隧道開挖穿越砂粒狀強風(fēng)化花崗巖～碎塊狀強風(fēng)化花崗巖，采用雙側(cè)壁開挖工法，洞內(nèi)全程帷幕注漿。隧道支護參數(shù)如下。

1)雙層初支 I22b@0.5m，雙層鋼筋網(wǎng)，30cm厚C25噴射混凝土；加強層：I16@0.5m，單層鋼筋網(wǎng)，20cm厚C25噴射混凝土。

2)超前支護 雙層φ42超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距25cm，L=4m。

3)徑向采用φ25防腐中空注漿錨桿，L=4，6m。

4)C50鋼筋混凝土襯砌，厚度60cm。

3.2.2.3洞外建筑物保護措施

地表建筑物與隧道之間設(shè)置2排鋼管樁、2排旋噴樁及1排大剛度鉆孔灌注樁。對建筑物基礎(chǔ)進行注漿加固，且對隧道周邊進行地表深層注漿。隧道開挖過程中，根據(jù)監(jiān)測情況動態(tài)調(diào)整施工，對建筑物基礎(chǔ)進行跟蹤注漿加固，確保建筑物穩(wěn)定。

3.2.2.4洞內(nèi)外注漿工藝

洞內(nèi)雙側(cè)壁注漿主要以2個側(cè)壁導(dǎo)坑為主；側(cè)壁導(dǎo)坑上半斷面?zhèn)缺谌珨嗝孀{,同時2個導(dǎo)洞注漿交叉覆蓋中間導(dǎo)坑，中間導(dǎo)坑注漿根據(jù)開挖揭示需要，動態(tài)調(diào)整。

4 結(jié)語

1)由于海底隧道地質(zhì)的復(fù)雜性，地質(zhì)勘察無法做到詳盡，準(zhǔn)確，結(jié)合本項目所處的地理位置環(huán)境以及高風(fēng)險、高敏感性、高復(fù)雜性等特點，必須依靠全方位的綜合超前地質(zhì)預(yù)報手段探明前方圍巖地質(zhì)，制定針對性的開挖支護方案，并采取一系列針對性的安全措施，使海底隧道工程施工始終處于受控狀態(tài)。

2)超大斷面淺埋暗挖隧道下穿城市主干道且緊鄰周邊建筑物施工，對建筑物采用隔離樁保護、地表深層注漿加固，數(shù)碼電子雷管進行控爆開挖。建筑物的變形和爆速監(jiān)測證明了本套技術(shù)的實用性，有效降低了開挖卸荷、失水、爆破振動對周邊建(構(gòu))筑物的影響。

3)雙側(cè)壁開挖工法結(jié)合全孔一次快速注漿技術(shù)，各導(dǎo)坑注漿、開挖獨立進行，較傳統(tǒng)的各導(dǎo)坑掌子面開挖里程取齊后再進行注漿，提高了施工效率，降低了施工成本。