1、大型跨海隧道修建關鍵技術張頂立北京交通大學隧道及地下工程試驗研究中心 2019年6月1 海底隧道工程特點持續穩定的水壓力，水源補給無限；水荷載不能因任何成拱作用而降低，襯砌結構長期承受高水壓；準確勘測更困難，遇到事先未預測到的不良地質情況使風險性更大；不良地質體在水的作用下自穩能力弱，可能引起大變形、坍塌，甚至突水；隧道滲水不能自然流出，必須人工排水，這在放水設計中應予以考慮。海水具有腐蝕性，結構耐久性降低，設計中必須考慮。2 海底隧道修建的難點和重點 海底隧道的主要技術難點就是水的問題，包括施工期間如何防止突涌水和運營期間盡量減少水的排放量。這在設計和施工中應予以高度重視。 可靠的超前地質預

2、報和地質保障系統。 確定合理的隧道埋置深度。 可靠的注漿加固和圍巖穩定性控制技術。 隧道在施工和運營階段可靠的防排水。 隧道結構(正常條件)設計和抗震(非正常條件)設計 。 施工質量控制和安全風險管理。3 海底隧道設計困惑初期支護荷載確定，變形量控制及設計原則；初期支護水荷載的處理方式，是否要承受全部水荷載？如何折減？二次襯砌水荷載的確定方法，折減計算方法以及防排水原則；“限量排放”及其實現方式,全封堵條件下如何考慮排水?初期支護與二次襯砌的荷載分配方式及其轉化規律；隧道圍巖變形(拱沉及收斂)、結構受力與地層變形的關系，如何控制隧道上覆巖層及海床的變形和破壞；水荷載作用下合理斷面形式的確定。4

3、 海底隧道結構設計原則1）對于、V級圍巖地段而言，初期支護能夠單獨承擔施工期間全部的圍巖荷載和全部的滲流場力；二次襯砌也可以單獨承擔全部的圍巖荷載和全部的靜水壓力。（全包防水）2）對于、級圍巖地段而言，初期支護能夠單獨承擔施工期間全部的圍巖荷載和全部的滲流場力；二次襯砌可以單獨承擔全部的圍巖荷載和部分的靜水壓力。 （半包防水） 海底隧道原則上應考慮采用堵水方案，預留排放的條件，因為長期大量的排水不僅費用昂貴，而且水土流失會惡化“支護圍巖”關系，影響耐久性。荷載設計說明初期支護承擔全部的圍巖荷載和全部的滲流場力的概念是從新奧法的設計思想出發的，其實質是在施工階段初期支護和圍巖共同承擔全部荷載（包

4、括圍巖荷載和滲流體積力），因此，初期支護參數的確定需要結合圍巖級別和地下水情況綜合考慮。二次襯砌承擔全部荷載的概念主要是針對于運營期間提出的，復合式襯砌結構的受力轉換是逐漸進行的，二次襯砌一般是在初期支護受力、變形穩定后施作的。二襯施作后，由于巖土材料的流變特性，初期支護繼續變形，二次襯砌逐漸參與結構受力，且其分擔的荷載隨時間增加。而隨著地下水對初期支護的侵蝕，荷載將全部轉移到二次襯砌結構上來。此時，二次襯砌將分擔全部的荷載。5 水荷載形成機理及作用特點 對海底隧道而言,支護結構除了承受圍巖壓力外，還會承受很高的水壓力。作用于支護結構上的圍巖壓力可以被地層拱作用降低,而靜水壓力荷載并不受此影響

5、,不能用任何成拱作用來降低 。 可以說 ，海底隧道水壓力設計值的大小是決定襯砌結構強度的關鍵 ，水壓力設計值大小不僅與水頭有關 ，還與防排水方式方式、注漿效果、圍巖、襯砌的滲透系數等有關。 6 水荷載的實質是滲流體積力嚴格地說，僅當襯砌不透水時，水對襯砌的作用力才是表面力,才可以使用折減系數進行求解。由于圍巖和襯砌都是透水介質，當隧洞襯砌和圍巖緊密結合時，可以認為地下水的滲流運動是連續的，不僅存在于巖體中，同時也存在于襯砌中，其力學作用可以理解為一種體積力。 滲流計算分析（1）對襯砌透水情況而言，圍巖滲透系數越高，圍巖透水性越好，這樣作用在襯砌結構上的孔隙水壓力也越大，涌水量也就越大；（2）對

6、襯砌結構本身而言，其滲透系數越小，作用在襯砌結構上的孔隙水壓力也越大，涌水量則相對減小；（3）注漿可以在一定程度上起到減小圍巖滲透系數的目的，增大注漿圈半徑和改善注漿工藝均可以達到降低作用在二襯結構上的孔隙水壓力以及減小涌水量的目的。7 不良地質段圍巖加固圈的作用承載作用. 提高圍巖的穩定性，降低襯砌結構荷載。防滲作用. 有效地減小滲透系數，滲水量大幅減小，使“限量排放”成為可能；同時可減小結構的水荷載。 這里要說明加固圈可減少滲透系數和滲流量，其中滲流量是更重要的指標，即使不能形成閉合的結構，仍可使減小滲流速度，只要實行排放就可使壓力大幅度降低。提高耐久性. 使隧道整體支護結構加強，結構受力

7、狀況改善；襯砌背后圍巖的密實性提高，有利于長期穩定。 因此，應根據不同的圍巖條件分別確定加固圈的參數以及形成方式。8 海底隧道的“圍巖支護”作用體系“圍巖-支護”系統圖9 海底隧道的“圍巖-支護”特點分析“圍巖-支護”特性曲線 海底隧道設計宜遵循強支護的原則：施作較強的初期支護，可以有效地控制地層變形，維持上覆地層的穩定；從長遠的角度來說，二次襯砌應能夠承受全部的荷載，包括地層荷載和相應部分的水荷載，而不是全部的水荷載。10 初期支護特性分析結論1、支護阻力時隨支護剛度增大而增大，剛度越大對控制圍巖變形越有利；2、同樣的支護剛度，支護結構架設的越早，它所承受的圍巖壓力就越大，對控制圍巖變形越有利；3、支護結構受力隨支護剛度增大而增大是有限度的，即并不隨支