世界著名海底隧道的建造经验和学者们的理论研究无不表明:不良地质段的安全施工是海底隧道建造的核必问题,而海底隧道不良地质段安全施工面临的主要困难是在海水作用下围岩的稳定性控制。多年来,国内外众多学者就海底隧道不良地质段的围岩开挖稳定性分析与控制做了一系列研究工作,取得了丰富的研究成果,但该问题始终没得到系统的解决,具体表现在以下几个方面:
一、水土親合作用下围岩稳定性分析
海底隧道周围海水的存在及活动是影响围岩稳定的重要因素,它在隧洞周围产生的物理和化学作用几乎全是影咱洞室稳定的不利因素。在海水渗流条件下,海底隧道开挖面产生的渗透力増加了周围岩体向洞内运动的推动力,同时降低了围岩的抗剪强度和围岩失稳的抗力,加大了围岩变形和塑性区的扩展,而围岩的变形又会降低围岩的变形模量和强度,同时増加围岩的透水性,从而产生一个恶性循环,随着塑性区的不断扩大,最终导致围若失稳经典的围岩稳定性分析通常只是将水压力当作外荷载考虑,而没有考虑水土的稱合作用,从而过离地估计围岩稳定性的安全系数,造成了设计上的安全隐患,因此,为合理预测围岩在海水作用下的稳定性,应进一步完善围岩稳定性分析水土稱合模型,从而为安全施工提供理论指导。
二、海底隧道不良地质的堵水及加固综含技术
海底隧道不良地质段通常具有岩体M化严重,软弱破碎、节理和裂隙发巧,强度低,含水量大,无自稳能力或自稳能力差等特点,巧挖时容易发化涌水、巧泥和坍塌。巧挖前的预加固和堵水是保证施王安全和质量的重要手段。预注浆是目前海底隧道最常用的预加固和堵水技术。海底隧道的预注浆包括:注浆方式的选择、注浆材料的选择和相应的材料配合比参数的确定、注浆装貴的选用和研发、注浆效果评价标准的确定等一套综合技术。影响注浆综合技术选用的因素主要有地质条件、隧道埋深、设计要求、施工方法和工艺等。我国海底隧道处于起巧阶段,没有成套的注浆综合技术可借鉴,因此以我国第一条海底隧道的修建为契机,巧发从注浆方式、注浆材料、注浆装貴、到注浆效果评价的综合技术不仅是解决不良地质段隧道施工的关键,也是提商我国海底隧道修建技术整体水平的关键。
三、海底隧道不良地质段的安全施工技术
海底隧道修建过程中最核也的问题是保证施工的安全进行。海底隧道不良地质段围岩破碎,经过注浆加固后虽能减小围岩的透水性,提高围岩强度,保证围岩在开挖过程中具有一定的自稳时间,但仍会造成上覆地层的变形,当地层变形超出极限值时,极易诱发巧水事故,因此,在施工中需要对围岩的稳定性进行精细化过程控制,以保证施工过程的安全。围岩的稳定性进行精细化过程控制包括详细和有效的超前地质预报,施工工法的优化,相应的支护和加固辅助措施的选用,有效的过程监测、信息反馈与控制的实施,以及有效的预警和紧急救援方案等。我国目前对海底隧道围岩的稳定性进行精细化过程控制研究还基本空白,这方面的研究有待加强。
四、隧道支护结构的安全设计和评价
与一般的山岭隧道不同,海底路道的支护结构在承受围岩压力的同时还需要承受很窩的水压力。隧道开挖过程中产生的围治成拱作用可以降低作用在支护结构上的困岩压力,但不能降低水压力,水压力可能在海底隧道衬巧结构中将产生较大的内力。在地下结构的工程实践中,如何确定合理的设计荷载,仍没有达成一致的结论。王程界和学术界对水压力是否应该折巧一直有着不同的看法,现场巧试的结果也不一致,有的有较大的折减,有的则没有明显折巧,而是否折减对地下结构断面形状的选择及结构的安全性有很大的影响。所以,针对不同的工程地质情况,确定合理的海底隧道防排水方案,确定合理的隧道支护结构上的荷载,是保证隧道运营安全的前提,化是目前研究需耍迫切解决的问题。