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海底隧道长距离浅埋大跨软弱富水围岩CRD工法施工技术研究

项目名称：	海底隧道长距离浅埋大跨软弱富水围岩CRD工法施工技术研究
摘要：	一、任务来源厦门翔安海底隧道时中国大陆第一座自行设计、施工、大断面采用钻爆法开挖的海底隧道，是一项规模宏大的跨海工程。工程分为左右线随动啊和服务隧道，主隧道设双向六车道，开挖断面成马蹄形，开挖断面（170㎡）超浅埋（6-17m）浅埋（27m）长距离（5000多m）穿越软弱、流砂、海底富水、软硬交界面等特点，工程施工难度大、风险高。国内软弱围岩浅埋大跨度工程实例很多，大多为地铁施工中车站隧道的施工或短距离穿越地质破碎带，但一般施工长度较短（一般均小于200m）；而像厦门翔安海底隧道这样长距离大跨度穿越软弱富水围岩施工在国内非常罕见。经检索未发现有如此长距离采用CRD工法施工的工程先例。因此研究海底隧道长距离浅埋大跨软弱富水围岩CRD工法施工技术，使CRD工法施工长度由原来的200m延长到5000m以上，开拓CRD工法向长距离发展的空间，丰富CRD工法使用范围。福建省交通基本建设工程质量监督检测站、中铁隧道股份有限公司联合成立课题组，结合厦门翔安隧道工程特性，组织开展海底隧道长距离浅埋大跨软弱富水围岩CRD工法施工技术研究，该课题于2008年5月获省交通厅批准立项（闽交科教[2008]5号），项目编号：200822。二、应用领域和技术原理厦门翔安海底隧道陆域浅埋段地质条件复杂，底层中存在大小不一、位置各异的花岗岩球状风化物，且根据设计基岩面起伏不定，施工中将长距离穿越土层和岩土互层地层，甚至穿越部分沙层；同时地下水丰富，土层遇水即崩解坍塌，丧失自稳性，施工难度非常大。本课题将结合厦门翔安海底隧道工程施工进行研究，以解决隧道施工过程中软弱围岩CRD工法的超前支护、长距离CRD工法施工步序及步长，长距离CRD工法施工组织及设备配套技术、CRD工法临时支撑拆除技术。本课题的目标就是形成一套完整的海底隧道浅埋大跨度软弱富水围岩隧道长距离CRD工法施工技术，指导并应用厦门翔安隧道工程，确保工程施工安全和质量，并为以后类似工程提供借鉴。本课题结合厦门翔安隧道工程实际施工，根据设计结合工程实际情况，找出最合理、最实际的施工方案。技术方案具体包括有：CRD工法超前支护技术研究，CRD工法分部施工工序及步长研究，长距离CRD工法设备选型及配套设备技术研究，CRD工法配套辅助技术研究，CRD工法临时支撑拆除技术研究。本课题采取的技术路线如下：三、性能指标 1、本课题拟依托厦门翔安隧道工程以实践为主，科研和实践相结合，拟解决以下问题：（1）CRD工法超前支护技术（2）CRD工法改进及优化（3）长距离CRD工法设备选型及配套设备技术（4）长距离CRD工法配套辅助技术（5）CRD工法临时支撑拆除技术 2、通过该课题研究，总结出一套先进的、实用性强的CRD工法在长距离浅埋大跨度隧道软弱富水围岩的施工技术，经济合理的解决厦门翔安隧道陆域浅埋段富水软土层、沙层及土石互层底层施工问题，确保厦门翔安隧道安全、快递、优质建成，并为今后类似工程提供宝贵的技术支持和经验借鉴。（1）CRD工法超前支护技术——提出有针对性的超前支护体系，并根据施工实际情况进行优化做到简单实用。（2）CRD工法施工步序、步长及初期支护参数的研究——通过对CRD工法不同施工步序、步长及不同支护参数的试验，得出合理的施工步序、步长及初期支护参数，以便更有效的控制沉降，保证隧道施工安全。（3）长距离CRD工法设备选型及配套设备技术——通过实践得出长距离CRD工法出渣、进料车配套的机械设备，以便及时封闭围岩，加快施工进度。（4）长距离CRD工法配套辅助技术——积极采用新材料、新工艺、新技术解决CRD工法施工过程中遇到的问题，使工程安全、快递进行。（5）CRD工法临时支撑拆除技术——提出一套关于CRD工法临时支撑拆除安全、快捷、实用的拆除技术。通过CRD工法一整套技术的研究，相比传统的CRD工法施工进度提高1.5～2.0倍，从而每个标段缩短不良地质段施工工期近20个月，仅此一项可节省成本近6000万元。同时改进的CRD工法规避了隧道重大变形而产生坍塌的风险，带来的隐形经济收入更可观。四、与国内外同类技术比较 CRD工法是在浅埋暗挖法基础上发展的一种新型工法，该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的隧道修建理论和操作方法。该工法提出就是为解决地铁车站位于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道跨度大且埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。因此地铁车站时CRD工法应用较多的施工工法。代表工程实例：北京地铁光华路车站，位于东三环路下、东三环路与规划商务中心街交叉口处，南北走向，车站总长169.2m、中间洞宽14.4m、两侧洞宽10.81m。 CRD工法其他应用于地质条件极为恶劣段，代表工程实例：位于粤境北山区洋碰隧道，是京珠高速公路粤境北段最长的隧道，为分离式单向行车双线隧道，该隧道地质复杂，受地质构造影响强烈，尤其是LK76＋748～LK76＋816段共68m为F7与F8断层交汇处，断层带内充填残积亚粘土及全风化砂页岩，成软塑状。为确保施工安全，该段采用CRD工法施工，成功穿越F7与F8断层交汇处。 20世纪70年代初，国外开始将新奥法应用于浅埋地层的研究，至70年代末80年代初已基本形成了包括台阶法、CRD工法、双侧壁工法等一套完整的技术。德国是当今地下工程应用新奥法技术最多的国家，不仅在地铁区间隧道建设中应用，而且在多层多线路大断面地铁站中广泛应用，其中采用CRD工法施工的工程有：波鸿、纽约堡地铁站等，其技术水平已经发展到了较高水平。日本于1976年开始在城市地铁建设中应用新奥法，在学习我国小导管技术的基础上，开始逐渐使用CRD工法修建城市地下工程。五、成果的创造性、先进性 1、该课题对CRD工法的开挖方法、封闭长度、初期支护参数与工艺、机械设备配套等进行了优化改进，研究成果有效地克服了风险，控制了围岩沉降和收敛，确保了隧道结构安全，加快了施工进度，为成功建设特大型水底隧道提供了实用性强、安全有效、质量可靠的方法，实现了平均45米/月的进度，最高达到60米/月以上，为推动我国水底隧道的技术发展，取得显著的经济和社会效益。 2、该课题在施工中根据地质水文变化情况及时调整施工中的辅助工法的研究，提出了具有针对性的超前支护体系，创新采用了新工艺和新技术，提出了喷、网、钢拱架、锁脚锚管组成的新型一次支护结构，为及时支护，提高围岩承载力，将湿喷混凝土改为潮喷混凝土，解决了施工过程中遇到的突泥、坍塌、变形、失稳等技术难题，确保了施工安全和工程质量。 3、该课题针对长距离CRD工法的特点进行了设备选型和配套施工技术研究，合理匹配开挖、出渣、进料等施工机械设备，提高了施工进度，保证了施工安全。 4、该课题通过理论分析、现场量测和检验，提出了软弱围岩隧道CRD工法临时支撑拆除时机及合理长度，为安全、快速施工提出了技术支持。研究成果为大型不良地质水底隧道特别是海底隧道建设项目提供工程范例，产生了巨大的社会和经济效益。该课题的研究成果整体上达到国际先进水平，其中安全快速施工技术达到国际领先水平。六、作用意义 1、技术效益分析海底隧道长距离CRD工法通过不断优化施工步序、步长和长距离CRD工法配套辅助施工技术及对比选用合理的富水砂层隔断降水技术，有效地控制了隧道初期支护的沉降和收敛，确保了工程施工安全和质量，合理选用并系统匹配长距离CRD工法施工设备大大缩短了初期支护封闭时间，加快了施工进度，期间创下翔安隧道CRD工法单口掘进最高月进尺60m的记录。海底隧道长距离浅埋大跨度软弱富水围岩CRD工法，通过不断优化钢拱结构、视功能步序、施工步长和长距离穿越水性砂层、富水土石交界错层与全强风化底层等配套辅助关键施工技术及合理选用系统匹配的施工机械设备的研究运用，将为成功建设特大型海底隧道扫除技术障碍，推动我国跨海特长隧道技术发展。相关科研成果不仅提升海底隧道的建设质量、进度和安全，也将填补我国在跨海隧道工程施工零安全事故的空白。 2、社会效益分析厦门翔安海底隧道时我国第一座海底隧道，它的建成将展示我国工程技术的发展和实力，对推进隧道建设技术的进步，缩小与世界海底隧道先进修建技术的差距，起到里程碑式的作用。其政治、社会效益巨大，影响深远。其长距离CRD工法在浅埋大跨富水软弱围岩的应用及经验总结，为国内类似工程提供了宝贵的借鉴资料，青岛胶州湾海底隧道、湖南浏阳河隧道、广东台山核电站等业主曾多次来翔安海底隧道参观考察，目前这些项目均已顺利开工建设。该课题不仅为厦门翔安海底隧道建设提供了技术保障，同时将培养一批高水平的设计、科研、咨询、施工、监理、管理、监督等隧道人才，提升我国参与国际隧道工程建设的核心竞争力及交通运输行业创新新能力，为未来诸多大型水底隧道建设项目提供支撑及示范，产生巨大的社会和经济效益，对我国海底隧道建设有极深远的影响。同时，本工程的建成，将大大缩短厦门岛至内地的路程（车行2.5小时缩短到10分钟），社会效益显著。 3、企业效益分析通过CRD工法一整套技术的研究，相比传统的CRD工法施工进度提高1.5~2.0倍，从而每个标段缩短不良地址段施工工期近20个月，仅此一项可节省成本近6000万元。同时改进的CRD工法规避了隧道变形量过大而产生坍塌的风险，带来的隐形经济收入更为客观。 4、生态效益分析采用CRD工法进行开挖，各部门各自封闭成环，有利于围岩的稳定，保证洞室结构稳定，改进后的CRD工法即加快了施工进度又大大减少了隧道沉降和收敛，保证了地表建筑物的安全。长距离CRD工法中喷射混凝土采用潮喷方法，有效减少了粉尘污染；同时喷射混凝土外加剂采用无碱速凝剂，防止了对环境造成破坏。长距离CRD工法施工过程中采用弱爆破、人工配合挖掘机开挖，既减少了爆破振动对周边环境的影响又有效减小了废弃对环境的污染。对土石交界段、富水段进行堵水注浆处理，防止地下水流失，保护当地生态环境，环境效益良好。厦门翔安海底隧道施工时隧道内每500m设置一个污水处理池和集水池，洞口设置大型污水三级处理沉淀池，确保外排水质达标。隧道粉尘、噪声、环境振动、施工废水每季度有厦门市环境检测中心分别依据GB16297-93《大气污染物综合排放标准》，GB12523-93《建筑物施工场界噪声限值》，GB3096-93《城市区域环境噪声标准》，GB5084-2005《农用灌溉水质标准》等国家标准，每季度检测一次，各项指标均达标。 5、经济效益据统计，降低工程风险，加快工程进度，降低管理成本，节省工程投资0.6亿元；厦门五通端浅埋段处的农民建筑80多座约2万多m2，环岛东路距隧道拱顶仅17m左右，未发生路面开裂或中断交通，横跨环岛五通跨路大桥基础的摩擦桩底距隧道拱顶近8m左右，由于心技术的应用确保了已有工程结构的安全，可节省工程投资0.2亿元；新技术、新工艺、新材料、新设备的应用可为厦门翔安海底隧道工程节约投资0.6亿元，并因提前通车和结构耐久性能的提高增加社会经济效益约上亿元。而长距离浅埋大跨度软弱富水围岩CRD工法关键技术研究成果可供今后类似地下工程借鉴参考以及培养企业人才等，产生显著地间接经济效益。七、推广应用的范围、条件和前景通过该课题的研究，将开发形成一套完整的海底隧道长距离浅埋大跨度软弱富水围岩CRD工法施工技术，其研究成果直接运用于富水软弱围岩浅埋段施工，有利于保证施工质量和安全，为厦门翔安隧道安全优质建成提供技术保障，并为今后类似工程的设计和施工服务。同时研究成果为大型不良地质水底隧道特别是海底隧道建设项目提供工程范例，产生了巨大的社会和经济效益。
关键词：	crd工法；施工技术研究；富水围岩；长距离；弱富水；厦门翔安海底隧道；临时支撑拆除；隧道工程；浅埋大跨度；软弱围岩
项目负责人：	林作雷
参与人员：	孙振川,王增贤,惠建永,牛治荣,魏聿前,邓力,房建华,梁海清,戴俊搴,李德琪,祝可为,金晶
组织单位：	福建省交通基本建设工程质量监督检测站
主持或承担单位：	中铁隧道股份有限公司
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2006-3-1～2008-12-1
立项年份：	2006