3海底隧道设计难点分析-张顶立

大型海底隧道钻爆法修建关键技术张顶立;房倩;陈铁林【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2014(038)001【摘要】针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了“极限顶板厚度”的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了“复合注浆”的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.【总页数】7页(P1-7)【作者】张顶立;房倩;陈铁林【作者单位】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U459.5【相关文献】1.我国修建跨海峡海底隧道的关键技术问题 [J], 廖朝华;郭小红2.胶州湾海底隧道钻爆法施工关键技术创新 [J], 卿三惠;谢文清;辜文凯;黄世红3.钻爆法修建海底公路隧道施工关键技术 [J], 高海东4.采用钻爆法修建海底隧道施工技术 [J], 董贤顺5.海底隧道钻爆法与盾构法交接技术及应用 [J], 杜宝义;宋超业;贺维国;李凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第26卷增2岩石力学与工程学报V ol.26 Supp.2 2007年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2007 基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析房倩1，张顶立1，黄明琦2(1. 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044；2. 山东科技大学土木建筑学院，山东青岛 266510)摘要：与普通山岭隧道不同，海底隧道的一个显著的特点就是有着无限的水源对海底隧道进行补给。

海底隧道开挖引起的地下水渗流带来两方面的问题：一是结构水荷载的确定问题，二是涌水量的预测问题。

将围岩看作各向同性连续介质，针对这两方面的问题进行研究。

明确孔隙介质中水压力的实质；根据国内外最新研究成果，针对山岭隧道和海底隧道不同的边界条件，对各向同性渗透系数下平面半无限含水空间圆形隧道稳定渗流的涌水量和水压力分布的解析解进行分析；以青岛胶州湾海底隧道为工程背景，采用数值方法比较应力场对渗流场的影响，以及围岩渗透系数、水深、注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的改变对围岩孔隙水压力和洞内涌水量的影响。

分析结果表明：隧道开挖的成拱效应对围岩孔隙水压力的分布和洞内涌水量的大小影响不大；在不考虑渗流场和应力场耦合作用、水深一定条件下，渗透系数的改变不会影响毛洞孔隙水压力的分布；隧道洞内涌水量随着围岩渗透系数或围岩上覆海水深度的增大呈线性增大；注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大都可以达到减小隧道洞内涌水量的目的，在实际施工中应该在注浆的经济性和其堵水效果两方面进行综合分析，确定最优化的注浆参数。

关键词：隧道工程；海底隧道；渗流；水压力；涌水；注浆圈参数中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)增2–3776–09ANALYSIS OF SEEPAGE PROBLEM INDUCED BY SUBSEA TUNNEL EXCAVATION BASED ON CONTINUUM MEDIUM MODELFANG Qian1，ZHANG Dingli1，HUANG Mingqi2(1. Tunneling and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing100044，China；2. College of Civil Engineering and Architecture，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong266510，China)Abstract：One of the most prominent characters of subsea tunnel is that there is enriched water body because of the infinitude of the ocean above. There are mainly about two seepage problems induced by subsea tunnel excavation：one is determination of seepage pressure，another is the water inflow. Isotropic continuum medium model is adopted to analyze these two problems mentioned above. The essential of water pressure is studied；and conclusions are drawn. According to the latest research，some analytical models which are based on steady-state groundwater inflow into a drained circular tunnel in a semi-infinite aquifer connected with water pressure and water inflow are compared. The subsea tunnel in Kiaochow Bay is taken as background of the study. The influence of stress filed on seepage field is studied；and the effects of changes of surrounding rock permeability coefficient，water depth，permeability coefficient and thickness of grouting ring are analyzed which can be adopted for this particular project. According to the research，the pore water pressure and water inflow induced by tunnel excavation can be hardly affected by arching effect. Without consideration of fluid-solid coupling effect，if收稿日期：2007–06–18；修回日期：2007–07–23基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA11Z119)第26卷增2 房倩，等. 基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析 • 3777 •keeping the water level above horizontal plane fixed，the distribution of pore water pressure will not change with permeability coefficient of surrounding rock. The water inflow increases with the change of permeability coefficient of surrounding rock or water depth above surrounding rock. Both the decrease of permeability coefficient and the increase of thickness of grouting ring can reduce ground water inflow，but there exists an optimal value in grouting parameters. In practice，the decision should be made carefully between economy and bulkhead effect to confirm the optimal grouting parameters.Key words：tunneling engineering；subsea tunnel；seepage；water pressure；water inflow；grouting ring parameters1 引言海底隧道区别与普通山岭隧道的一个显著的特点就是：隧道上方为无尽的海洋，有着无限的水源对隧道进行补给。

文章编号:167320291(2009)0420001206基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究孙　锋1,陈铁林1,张顶立1,张中检2,李鹏飞1(1.北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京100044;2.中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点研究实验室.北京100029)摘　要:基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC (High Strength Concrete )水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.关键词:海底隧道;劈裂注浆;宾汉体;扩散半径;流变参数中图分类号:TU435 文献标志码:AStudy on Fracture G routing Mechanism in Subsea TunnelB ased on Bingham FluidsS U N Feng 1,CH EN Tieli n 1,ZHA N G Di ngli 1,ZHA N G Zhongjian 2,L I Pengf ei 1(1.Tunnel Engineering Research Center of Ministry Education ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China ;2.K ey Laboratory of Engineering G eomechanics ,Institute of G eology and G eophysics ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100029,China )Abstract :Based on the assumption of bingham fluid and narrow plate model ,formula for calculating the diffusion radius in low permeability soil is deduced ,and solution method is pointed out.Grouting pressure difference varies with the rheological parameters linearly.With the decrease of gap width ,grouting pressure difference increases rapidly and diffusion radius decreases notably.The rheological parameters of grouting have a remarkable influence on the test bing with the study on the HSC (High Strength Concrete )grouting test adopted in strong -weathered granite in Xiamen Xiangan subsea tunnel ,this formula has proved to be successful in practice.K ey w ords :subsea tunnel ;fracture grouting ;Bingham fluid ;diffusion radius ;rheological parameters 收稿日期:2009-05-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(50778011)作者简介:孙锋(1978—),男,山东肥城人,博士生.em ail :sunmartin @.张顶立(1963—),男,江苏徐州人,教授,博士,博士生导师. 劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法[1],特别适用于致密低渗的黏土、粉细砂和强风化花岗岩等地层的加固.它的原理是当在弱透水性地基中施加持续增大的注浆压力使土体产生水力劈裂后,浆液在劈裂面上所施加的压力就会推动裂缝迅速张开而形成注浆裂缝,通过所形成的浆脉挤压土体及浆脉的骨架作用来加固土体.随着注浆材料日新月异的发展,非牛顿体浆液大量出现,这些浆液性能在某些方面要大大优于牛顿流体.目前,世界各国都已致力于研究超细水泥(如High Strength Con 2crete 即HSC 特种水泥),并将它广泛的应用于各种建筑物的地基处理和地下工程施工中.目前注浆中常用的水灰比(W /C )为018～110的水泥浆、水泥黏土浆液、水泥复合浆液都属于宾汉流体[2].第33卷第4期2009年8月 北　京　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.33No.4Aug.2009为了满足工程需要,必须针对不同的浆材制定合理的注浆参数.目前,已有的注浆研究理论主要集中在裂隙岩体的注浆加固及具有较好渗透性的砂土的渗透注浆.大多数研究都是针对牛顿流体或圆管层流,劈裂方式则假定以注浆孔为中心的平面径向辐射圆形裂缝面为主,研究对象也主要为注浆压力和浆液性能研究[3-7],而基于宾汉体浆液的海底隧道不良地层劈裂注浆理论研究并不多见.本文作者以宾汉体浆液在光滑平行板窄缝模型中的流动为假定,结合厦门翔安海底隧道全、强风化花岗岩地层HSC 水泥注浆试验,对垂直劈裂流动阶段浆液扩散和注浆压力的衰减规律进行了分析.1　宾汉体浆液扩散半径理论推导111　基本假定1)土体为各向同性体,建模中忽略了中间劈裂过程,而假设一次劈裂形成足够长的劈裂缝,考虑单一垂直劈裂浆脉的情况.2)浆液为宾汉流体,浆液在平板缝隙内的流速较小,流速恒定,为单向层流状态,符合水力平衡条件.如图1所示.图1　宾汉体浆液在平板中流动示意Fig.1　Schematic of law of grouting fluid movementin plates for Bingham fluid3)浆液在注浆扩散过程中流型不变,塑性黏度和静切力为常量,不考虑浆液流变参数的时变性.4)为了分析方便,忽略裂隙面上的粗糙面,简化成光滑平行板裂缝模型,并假设裂缝宽度均匀,即δ(r )=δ,δ(b )=δ.虽然假定忽略了劈裂注浆时浆液在土体中流动的紊乱性、裂缝扩展的不均匀性、裂缝中各种摩擦力和地应力分布的不均匀性,土体中浆液的扩散在实际状态中也不一定是平行板单一裂缝模型,但与劈裂注浆的实际状态比较接近.112　宾汉体浆液的流变方程宾汉体浆液是典型的塑性流体,其流变曲线是不通过原点的直线.流体具有这种性质是由于流体中含有一定的颗粒浓度,在静止状态下形成颗粒之间的内部结构.在外部施加的剪切力很小时,浆液只会产生类似于固体的弹性;当剪切力达到破坏结构后(超过黏聚力),浆体才会发生类似于牛顿流体的流动.宾汉体的流变方程可表示为[8]τ=τs +ηp γ(1)式中:τ为剪切应力,Pa ;τs 为静切力,Pa ;ηp 为塑性黏度,mPa ・s ;γ=d v/d y 为剪切速率.宾汉体浆液比牛顿流体具有较高的流动阻力,对于同样的扩散距离,宾汉体浆液需要较大的注浆压力.水泥浆由牛顿流体转变为宾汉流体的临界水灰比发生在W /C ≈1处,目前注浆中常用的W /C =018～110的水泥浆、水泥黏土浆液和水泥复合浆液都属于宾汉流体.113　宾汉体浆液的渗流公式首先考察平板窄缝中流体的层流运动,如图1所示.在板内取以板轴线为对称轴的流体柱.流体微元段上两端压力为p +d p 和p ,段上压差为d p.流体柱表面所受剪切应力为τ,其方向向左,与流速方向相反.在不考虑重力的情况下,由水力平衡条件,可得剪应力为τ=y d p/d r (2)由式(1)和式(2)可得γ=(1/ηp )[y (d p/d r )-τs ](3)式(3)表明,切应力的大小与平板缝隙厚度y 成正比,因而在平板缝隙中心附近流体切应力τ很小.对于宾汉体,当τ=y d p/d r ≤τs 时,流体不受剪切作用,即在平板缝隙中存在一个距离y p ,在0≤y ≤y p 处,流体相对于邻层流体是静止的,流体呈活塞式整体运动,速度v =v p ;而在y p ≤y ≤δ/2时,流体相对于临层处于运动状态,流体运动速度分布见图1.由式(2)有y p =τs /(d p/d r )(4)当平板缝隙中的流动为层流时,对式(3)利用分离变量求解,并考虑边界条件y =δ/2时,v=0,则v =1ηpd p 8d r (4y 2-δ2)+τsδ2-y (5) 当y p <y ≤δ/2时,直接用式(5)表示.当0≤y≤y p ,流体呈活塞式整体运动,即vp =1ηpd p 8d r (4y 2p -δ2)+τsδ2-y p (6) 所以圆管中的速度为截头抛物面形状,其流量为通过剪切区与活塞区的流量之和.通过平板宽度b 和平板缝隙厚度δ的单位时间流量为2北　京　交　通　大　学　学　报 第33卷q =2∫δ/2y pvb d y +2bv p y p (7)将式(5)和式(6)代入式(7),得q =2b ηp d p 8d r 8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p 8(8) 平板缝隙截面上平均流速为v =2ηp δd p 8d r 8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p 8(9) 如果平板缝隙中流量q =0,则有d p d r =3τs (δ2+4y 2p )(8y 3p -δ3)(10)即为平板缝隙中宾汉体浆液流动的启动压力梯度.114　宾汉体扩散半径计算公式在注浆过程中,经过时间t 后的注浆量为Q =δbL = v A t(11)式中:A =δb 为裂纹断面面积;L = v t 为裂纹扩散半径.根据式(9)得Q A t =2ηp δd p 8d r8y 3p -δ33-τsδ2+4y 2p8(12) 对式(12)分离变量,并利用边界条件:当注浆压力p 达到土体起裂压力时,浆液在地层中产生劈裂流动.若p 0为土体劈裂注浆时的起裂压力,对应的浆液扩散半径为r 0;经过注浆时间t 后,扩散半径达到r 0+L 时,对应的注浆压力为p 1,则有Δp =p 1-p 0= 12L ηp δ v +3τs L (δ2+4y 2p )8y 3p -δ3(13)L =Δp (8y 3p-δ3)12ηp δ v +3τs (δ2+4y 2p )(14)ΔpL=12ηp δ v +3τs (δ2+4y 2p )8y 3p -δ3(15) 式(14)即为宾汉体浆液在致密土体中劈裂注浆时有效扩散半径计算公式.根据式(14)可知,扩散半径由注浆压力Δp ,裂隙宽度δ,浆液的流速 v ,流变参数τs ,ηp ,y p 等因素共同决定.当浆液为牛顿体时,即τs =0,y p =0时,由式(9)得平板单位宽度(b =1)流量为q =δv =-δ312ηp d pd r(16)这就是著名的岩体单一裂隙渗流立方定理,也就是说立方定理是本文的一个特例.115　公式的适用范围式(14)是假定流体为层流的基础上推导出来的,对于紊流不适用.根据文献[8],宾汉体由雷诺数Re 来区分层流或紊流,Re 小于2000时为层流,大于2000为紊流.2　计算分析1)不同流变参数对注浆压力差Δp 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在 v=0101m/s ,δ=0101m ,y p =δ/3,L =4m 情况下,根据式(13)计算出不同塑性粘度ηp 和不同静切力τs 下注浆压力差Δp 的值如图2所示.图2　注浆压力差与流变参数的关系Fig.2　Relationship between grouting pressuredifference and rheological parameters从图2可以看出,随着浆体流变参数塑性黏度ηp 和静切力τs 的增大,达到同样注浆扩散半径注浆所需压力差Δp 也逐渐增大,其中塑性黏度ηp 与注浆压力差Δp 成正比关系;同样塑性黏度ηp 随着τs 的增大,所需注浆压力差Δp 变大.由于静切力τs 和黏度ηp 的大小取决于浆液的性质,而对于水泥浆液则取决于水灰比(浆液的静切力τs 和塑性黏度ηp 值随着水灰比的增大而减小),说明同等注浆条件下,浆液水灰比越小需要的注浆压力越大.这与实际注浆情况相符.2)裂隙宽度δ对注浆压力差Δp 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在v =0101m/s ,L =4m 的情况下,取宾汉体浆液参数y p =δ/3,ηp =2mPa ・s ,根据式(13)计算出不同裂隙宽度δ和不同静切力τs 下注浆压力差Δp 的值见图3.图3　注浆压力差与裂隙宽度的关系Fig.3　Relationship between grouting pressuredifference and gap width从图3可以看出,注浆压力的衰减规律与裂缝3第4期 孙　锋等:基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究宽度δ和静切力τs 有关.随着裂隙宽度δ的增大,达到同样的扩散半径所需注浆压力差Δp 迅速减小.裂隙宽度δ对注浆压力的影响显著,增大裂隙宽度δ能极大的减小注浆压力.随着浆液静切力τs 的减小,即浆液水灰比的增大,裂隙宽度δ对注浆压力的影响逐渐变小,这与试验中注浆压力实测曲线相符.3)裂隙宽度δ对扩散半径L 的影响1由式(14)可知,扩散半径L 由注浆压力差Δp 、裂隙宽度δ和浆液的流速 v ,以及流变参数τs 、ηp 及y p 等因素共同决定.对于平板裂缝传浆模型,在Δp =011MPa , v =0101m/s ,ηp =6mPa ・s ,τs =2Pa ,y p =δ/3的情况下,根据式(14)求出不同静切力τs 和不同裂缝宽度δ下扩散半径L 的值,见图4.图4　扩散半径与裂缝宽度的关系Fig.4　Relationship between diffusion radius andgrouting pressure difference从图4可以看出,同样注浆压力差Δp 下,随着裂隙宽度δ增大,扩散半径L 逐渐变大,因此较大的裂隙宽度δ有利于浆液的扩散,且扩散半径L 受静切力τs 的影响比较明显.随着浆液水灰比的增大,扩散半径L 逐渐变大,同时裂隙宽度δ对扩散半径L 的影响也逐渐减小.4)注浆压力差Δp 对扩散半径L 的影响1对于平板裂缝传浆模型,在 v =0101m/s ,δ=0101m ,ηp =6mPa ・s ,y p =δ/3的情况下,根据式(14)计算出宾汉体浆液在不同静切力τs 和不同注浆压力差Δp 下浆液的扩散半径,当浆液为牛顿体时,τs =0,y p =0.浆液扩散半径L 的计算值见图5.从图5可以看出,在同样注浆压力差Δp 作用下,式(14)与立方定理式(16)计算的扩散半径L 有一定的差异,且差异值随着注浆压力差Δp 的增加而增加.在一定注浆压力作用下,静切力τs 越小,扩散半径L 越大,说明在其他条件一定的情况下,水灰比越大,同样注浆压力作用下的土体越容易劈裂.计算表明,对于静切力τs 作用下的宾汉体浆液,当τs <015Pa 时,宾汉体公式(14)与立方定理式(16)计算的扩散半径值基本一致.因此,当宾汉体浆液静切力较小时,可近似用牛顿流体公式计算.但当τs ≥015Pa 时,两式计算差异较大,且差异值随着注浆压力差的增大而增大.所以,当τs 较大时,式(14)计算值更接近实际情况.图5　扩散半径与注浆压力差的关系Fig.5　Relationship between diffusion radius andgrouting pressure difference3　工程应用311　工程概况厦门翔安隧道是国内第一条海底隧道,隧道全长51948km ,海域段长4120km ,隧道最深处在海平面以下约70m ,设计为两孔三车道隧道,采用钻爆法修建.海域隧道穿越4个风化槽(囊)将面临较大的安全风险,也是工程最大的难点.风化槽岩体主要为全、强风化花岗岩,每处长50～100m.该地层强度低,对水的浸透作用敏感,遇水膨胀,孔隙率低,可注型差,是隧道暗挖施工面临的主要技术难题[9].注浆加固在某些条件下甚至决定了隧道工程建设的成败[10].312　H SC 特种水泥劈裂注浆试验研究海底隧道注浆材料的选择应从工程需要和环保的角度予以考虑.HSC 型注浆材料是以特种水泥为基材,添加其他无机材料及调凝剂、减水剂、膨胀剂等外加剂组成两组干粉,加水搅拌后形成的一种用于堵水、加固地基工程的浆液材料.它具有早强(一天抗压强度大于8MPa )、抗分散(100m/s 流速水中留存率大于80%)、操作时间可调控(在几分钟至几小时之间可调)、低黏度、无收缩、耐久,以及结石率高(大于98%)等特点,除了压密还可以渗透、劈裂同时进行.通过分析,确定试验材料以HSC 特种水泥为主,设计水灰比为018～110.HSC 注浆浆液为宾汉体流型,τs 和ηp 值的大小主要取决于浆液的种类及配比,一般τs =2～16Pa ,ηp =2～20mPa ・s.现场试验在海底隧道隧址附近,根据地质资料,在-10m 以下的地层条件与海底隧道需要注浆处4北　京　交　通　大　学　学　报 第33卷理区段的地层比较接近,岩石类型以花岗岩为主,全、强、弱和微风化带发育齐全,土体致密.现场开挖了一个深10m 的大型试验坑,设计布孔17个,间距为215m ,孔深为5～10m.采用袖阀管分段注浆工艺,有利于浆液在一定劈裂压力作用下较均匀的进入地层.注浆压力是劈裂注浆的一个重要控制目标,如果控制的好,对于土体的压密和回弹,浆体的固结和地层中小主应力的补足等都能起到好的效果.土体劈裂注浆过程中,当地表发生冒浆时即结束该段注浆.313　注浆效果分析2#孔首先注入的是水灰比为110的较稀HSC浆液,持续1min 后,注入水灰比为018的浆液.因浆液较稀,初始阶段的注浆压力仅为0105MPa ,浆液在地层中产生劈裂流动,随着后续浆液的注入,正常注浆压力达到011～012MPa ,直至达到0135MPa 时,地表裂缝冒浆.注浆压力实测过程见图6.注浆过程中偶尔使用双液浆封堵,2#孔注浆量为214t.注浆后开挖土体观察到,留存在预定注浆范围的浆液较多,劈裂脉明显较厚,说明在全、强风化花岗岩地层HSC浆液可注性较好.图6　2#孔注浆压力过程线(h =7m)Fig.6　Curve of grouting pressure vs.grouting process of No.2从图6可以看出,在均匀土体中注浆时,土体劈裂后注浆压力波动上升,随着地层浆液的不断注入,压力逐渐变大.劈裂注浆是劈裂、充填、再劈裂、再充填的动态过程,压力值与劈裂缝隙的宽度有关.较窄的裂缝对应较大的注浆压力,而较大的注浆压力有利于浆液在土体中的劈裂流动.随着裂隙宽度增大,所需注浆压力又逐渐减小,后续浆液注入后,浆液在劈裂面上所施加的压力就会推动裂缝迅速张开形成新的劈裂浆脉,此过程反复进行.一般注浆过程中地表开裂冒浆位置可以表明该位置为注浆的有效运移范围(扩散半径).对试验中各孔地表冒浆位置统计如图7所示.从图7可以看出,大部分的地表冒浆都出现在距注浆孔115～215m 的区域内,因此215m 的布孔间距是合理的,能够在地层中形成完整的防渗帷幕.图7　串浆点距注浆孔距离与注浆深度关系Fig.7　Relationship of distance to grouting hole vs.depth 由式(14)可知,在一定条件下注浆压力差Δp越大,扩散半径L 越大.因此,要在地层不同深度注浆段形成均匀的扩散半径,必须通过计算合理设计该段的注浆压力值.运用厦门海底隧道注浆试验数据,考虑单裂隙注浆Δp =0115MPa , v =0101m/s ,δ=0101m ,τs =4Pa ,ηp =6mPa ・s ,y p =δ/3情况下,由式(14)算得浆液在土体中的最大扩散半径为212m ,而式(16)算得的最大扩散半径为315m.劈裂注浆扩散半径计算公式(14)虽然与试验实测值有差异,但基本能满足要求.从图8可以看出,在全、强风化花岗岩地层中注浆,土体劈裂之后浆液在地层中流动,随着后续浆液的注入,注浆压力发生波动且逐渐增大.若浆液出管后遇到裂隙,浆液无压力或很小,待裂隙充填后再劈裂进人其他风化部位,注浆压力会升高.浆液以劈裂的方式呈水平或斜向穿入风化土体中,有的延伸很远,形成纵横交错的浆脉骨架,通过形成的浆脉挤压土体,并以浆脉的骨架作用加固土体,同时具有渗透、充填和压密作用.但是,土体劈裂脉的宽度是不规则的,主要集中在015～115cm 范围内,故取浆脉宽度δ=1cm.图8　土体劈裂注浆后浆脉分布Fig.8　Cement slurry distribution after split grouting in soil试验结果表明:注浆对风化花岗岩地层加固效果较好,土体的密实度和稳定性都有一定程度的提高,风化岩的物理力学参数提高很大,能够达到加固要求.但注浆后土体强度并不很高,因此海底隧道注浆加固措施必须结合其他工程手段,控制围岩变形.5第4期 孙　锋等:基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究4　结论1)在宾汉体浆液平板裂缝流动模型的基础上,推导出致密土体劈裂注浆扩散半径计算公式[式(14)].计算方法简单明确,容易在注浆设计中应用.当浆液为牛顿体时,流体流动规律符合立方定理.2)劈裂注浆扩散半径由注浆压力Δp,裂隙宽度δ,流速 v和浆液的流变参数等因素共同决定.扩散半径计算值必须考虑浆液流变参数的影响,否则会给注浆工程设计带来严重隐患.3)海底隧道全、强风化花岗岩地层可通过注浆方法进行加固,加固机理以劈裂、挤压土体为主, HSC水泥浆液对地层劈裂注浆加固效果良好.但海底隧道复杂地质条件和特殊的水边界使单一的注浆加固难以达到理想效果,必须与其他支护措施相结合.4)劈裂注浆过程的力学机理非常复杂,文中的计算模型是假定劈裂缝均匀等宽,实际上土体劈裂注浆过程中存在压力扩缝效应,且浆液流变参数存在时变性,有必要在今后的研究中深入探讨.参考文献:[1]岩土注浆理论与工程实例协作组.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版社,2001:115-118.The Research Group of the Grouting Theories and Case Histories.The Grouting Theories and Case Histories[M].Beijing:Science Press,2001:115—118.(in Chinese) [2]阮文军.注浆扩散与浆液若干基本性能研究[J].岩土工程学报,2005,27(1):69-73.RUAN Wenjun.Research on Diffusion of Grouting and Basic Properties of Grouts[J].Chinese Journal of G eotech2 nical Engineering,2005,27(1):69-73.(in Chinese) 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海底隧道施工中的土建工程问题与解决策略海底隧道作为重要的基础设施，必然承载着交通运输的重任。

施工过程中，由于海底环境复杂多变，土建工程面临的挑战不可小觑。

为了保障工程的安全以及施工的顺利进行，识别并解决这些问题至关重要。

地质条件的复杂性在海底隧道施工中，地质条件的复杂性往往成为首要的挑战。

各类土层、岩石构造以及海流、地下水的活动，使得工程难度大幅增加。

对于不同的地质情况，采取相应的施工方案显得尤为关键。

进行充分的地质勘探是必不可少的。

通过钻探、物探等技术手段，详细了解地层结构、土壤性质及水文地质条件。

这为后续的施工方法选择提供了科学依据。

为避免误判地质条件，建立多层次、多维度的勘探方案尤为重要，在时间上也要确保充足。

根据勘探结果，设计合理的支护结构和施工工序。

比如，如果前期数据表明某段地质松软，则可以采用盾构法进行施工；而若地层较硬，可以考虑顶管法。

适时调整施工策略，能够有效降低因地质条件引发的安全风险。

水下压力的影响海底环境的另一个重要因素是水下压力。

随着深度增加，水压力显著增大，这对结构的稳定性和材料的耐久性提出了更高要求。

在施工阶段，水压力的控制和应对显得尤为重要。

在设计阶段，合理选择材料和结构形式至关重要。

例如，可以选用高强度混凝土以及特种防水材料，以应对水下的巨大压力和腐蚀。

增加冗余设计也能够提升结构的可靠性。

施工过程中，密闭舱体的应用可以有效隔绝环境因素的影响。

在盾构机施工时，操纵内部气压，确保工作环境稳定。

定期监测水压、流速以及其他环境状况，以便及时调整施工方案。

地震与海洋环境的影响海底隧道还必须面对地震等自然灾害的潜在威胁。

不同于陆地施工，海底的震动波传播及波形变化更加复杂，因此必须进行专门的抗震设计。

在设计时，需考虑增加隧道的柔性，以便有效吸收地震能量。

可以通过设置减震器、使用柔性连接等手段来达成。

对隧道的形状进行优化，使其具备更好的抗震性也是一种有效策略。

施工的过程中，应加强对周围环境波动的监测。

工程施工的重点与难点分析-海底隧道引言海底隧道作为一种特殊的工程结构，具有独特的建设特点和挑战。

本文旨在分析海底隧道施工的重点与难点，为相关工程人员提供参考和指导。

施工重点分析1. 水下地质勘探：海底隧道施工的首要任务是进行水下地质勘探工作，包括获取地质数据、确定地层结构和地质条件等。

水下勘探的准确性直接影响后续施工计划和方法的选择。

2. 结构设计：海底隧道的结构设计需要考虑各种因素，如水深、地质条件、水动力作用等。

合理的结构设计能够提高隧道的稳定性和安全性，减少施工风险。

3. 施工方法选择：海底隧道的施工方法与传统地上隧道有所不同。

常见的施工方法包括盾构法、开挖法和浇筑法等。

根据具体情况选择适合的施工方法是关键。

4. 材料选择和质量控制：海底隧道的材料选择需要考虑抗水压、防腐蚀等特殊要求。

同时，施工过程中的质量控制也十分重要，确保施工质量达到设计要求。

施工难点分析1. 水下施工环境：海底隧道施工面临水下的特殊环境，如高水压、泥沙淤积、潮汐等。

这些因素增加了施工的复杂性和风险，需要采取相应的措施进行应对。

2. 地质灾害风险：海底隧道通常建设于地震活跃地区或含有活跃断裂带的海底地质区域。

地震、海啸等地质灾害风险给施工带来了额外的挑战，需要进行综合风险评估和防护措施的设计。

3. 海洋生态保护：海底区域通常是丰富的生态系统的栖息地，施工过程对海洋生态环境的影响需要引起重视。

合理规划施工过程、采取环保措施是保护海洋生态的关键。

4. 施工时间限制：海底隧道的施工受到天气、季节等因素的限制，一些施工工序只能在特定的时间窗口内进行。

对施工时间的合理安排和管理是保证施工进度的关键。

结论海底隧道施工是一项复杂而具有挑战性的工程，需要综合考虑地质、结构、环境等多个因素。

合理选择施工方法、加强质量控制、保护海洋生态等都是提高施工效率和保证工程质量的关键。

应密切关注技术创新和行业经验，不断总结和优化施工实践，为海底隧道的顺利建设提供支持和保障。

海底隧道工程：建造困难中的卓越成就近年来，随着科技的不断进步，人类对于现代交通基础设施的要求也不断提高。

在地球上的各个角落，从广阔的陆地到广袤的海洋，人们在不断寻求创新的方式来满足交通运输的需求。

而其中最令人瞩目的工程之一，就是海底隧道工程。

海底隧道工程的建造可谓是一项举世无双的挑战。

作为海洋工程的一种，它需要克服诸多困难和限制，包括地质条件、水文条件、技术要求等等。

然而，正是在这些困难中，人类展示了卓越的工程能力和创新精神。

首先，海底隧道工程所面临的首要困难之一是地质条件。

海底地质复杂多变，常常出现基岩质地坚硬、存在断层等情况。

更甚者，部分海底地区拥有深层软土和泥沙，对于隧道的穿越和固定带来了不小的挑战。

为了解决这一问题，工程师们必须设计出有效地施工方法，选择合适的钻探和爆破技术，确保隧道稳固可靠。

其次，海洋环境的影响也是海底隧道工程所需面对的困难之一。

海洋环境十分恶劣，随时可能发生海浪、洪水等灾害性事件，这给施工工作带来了极大的不确定性。

工程师们需要充分考虑海洋气候条件，采取相应措施来确保建设进度和施工安全。

此外，远离陆地的海底隧道施工也带来了供给和物资保障的巨大困难。

海底隧道工程通常需要大量施工材料和设备，然而这些物资往往无法直接运输到施工地点。

这就需要工程师们设计合理的物资供应链条，以确保施工进度不受物资短缺的影响。

然而，尽管面临了重重困难，在人们的不懈努力下，海底隧道工程依然取得了卓越的成就。

世界上最著名的海底隧道之一，跨越英吉利海峡的英吉利海峡隧道就是最好的例子之一。

英吉利海峡的规模巨大，海流湍急，并且位于火山地质区。

然而，在十年的艰苦施工中，英国和法国的工程师们克服了各种困难，以创新的方式设计建造了这座伟大的隧道。

如今，英吉利海峡隧道已经成为英法之间最重要的陆上交通通道之一，为两国人民和商品的往来提供了便利。

海底隧道工程的成功得益于工程师们的勇气、技术创新和团队合作的精神。

他们学习和借鉴先进的建设技术，不断尝试新的方法和工具，逐步改善施工效率和质量。