第二届水下隧道学术交流公路水下隧道地质勘察、结构计算与风险分析郭小红中交第二公路勘察设计研究院有限公司2015年12月珠海市主要内容1、概述2、水下隧道的地质勘察3、结构计算的分项系数法4、设计过程中的风险分析5、结语钻爆隧道：采用人工或机械、在隧道开挖断面范围内钻孔、装填炸药、爆破及出渣，形成隧道断面，然后施作由钢支撑、锚杆、喷射混凝土及现浇混凝土（或钢筋混凝土）等组成的支护体系。

钻爆法是目前国内外采用最多的水下隧道施工方法，尤其在岩质地层中应用最为广泛。

典型工程：厦门翔安海底隧道、青岛青黄海底隧道、厦门海昌海底隧道等。

盾构（TBM)隧道：利用盾构（TBM)机械在地层中开挖，在盾构机壳体内进行衬砌拼装，再由千斤顶顶进，如此循环，向前延伸。

具有施工安全、不妨碍通航、不受气候影响等优点，故180多年来，这种施工法很受欢迎。

典型工程：上海崇明长江隧道、南京纬七路长江隧道、南京纬三路长江隧道等。

沉管隧道：在水下预先挖掘好沟槽，把在干坞内预制的沉管从制作场地浮运到施工现场，依次沉放在沟槽内并加以连接，然后进行回填覆盖，从而建成隧道的施工方法。

典型工程：上海外环沉管隧道、天津海河沉管隧道、港珠澳沉管隧道等。

1.1水下沉管隧道堰筑隧道：先在需要修建隧道的水域设置临时或永久挡水围堰，再在围堰内开挖基坑，浇筑隧道结构与回填，最后拆除围堰，回复原有水域环境的隧道修建方法。

典型工程：南京玄武湖隧道、厦门机场隧道、武汉东湖隧道等。

1.1水下堰筑隧道1.2《公路水下隧道设计规范》概况为了对我国近年来公路水下隧道建设经验进行全面总结，交通运输部于2011年开始组织编写《公路水下隧道设计规范》，2014年底完成报批稿，目前正在待批过程中。

规范共分为15章，分别为：总则、术语与符号、勘察与测量、建筑材料、总体设计、结构设计、钻爆隧道、盾构隧道、沉管隧道、堰筑隧道、附属工程、排水系统、交通工程设施与防灾救援、风险分析、结构安全监测以及相关附录等。

本规范是世界上首部囊括了钻爆、盾构、沉管及堰筑等四种工法的公路水下隧道设计规范，在世界隧道建设史上具有里程碑意义。

施工工法比选线位比选技术标准的合理性平纵横方案比选地质勘察的有效性结构方案结构设计与计算结构耐久性方案与措施防排水方案 1.3 公路水下隧道设计要点施工方法 辅助施工措施 施工组织 通风与照明 防灾救援 风险分析与处置措施 监控量测与超前地质预报 结构安全监测 运营安全监测如何搞好水下隧道勘察设计，当前仍存在较多挑战。

水下隧道质量安全与其所采用的工法、地质条件及环境条件相关，也与勘察设计施工技术水平相关，更离不开严格的施工管理。

在勘察设计层面，需把握好如下几方面工作：主要内容1、概述2、水下隧道的地质勘察3、结构计算的分项系数法4、设计过程中的风险分析5、结语2.1 当前公路隧道面临的挑战当前在高速公路隧道建设过程中，隧道围岩等级的划分越来越低，隧道支护参数越来越强，而隧道产生问题却越来越多。

每一个隧道人（设计、施工、管理人员）都在问的以下几个问题：当前的隧道怎么了？为什么会出现这样的问题？有没有办法解决？如果不能有效的解决这些问题，公路隧道的未来堪忧，水下隧道将失去未来！2.2 做好水下隧道隧道地质的重要意义勘察设计的原因1、不合理的勘察设计周期，地质勘察广度与深度不够，未能充分认识地质条件2、勘察设计单位良莠不齐，对地质选线不重视，未能避免重大地质病害3、设计人员对隧道地质条件及环境条件理解不充分，未能根据地质条件制定合理的施工工法与工艺施工的原因1、施工队伍未充分理解设计意图，未能实现按图施工2、施工队伍未能充分认识地质及其变化，没有实现动态施工与动态管理3、施工过程中存在偷工减料，降低了支护结构的强度4、施工过程中技术管理不到位，监控量测走过场、工序与工艺自由发挥5、施工管理制度不合理，施工事故成了施工各方攫取利益的机会原因：地质不清、技术素质与施工管理,其中关键是地质。

如果水下隧道也是如此，则前景较为悲观。

2.3 水下隧道隧道地质的基本原则水下隧道的质量安全与地质条件关系更为密切，一旦出现失误，造成的损失及社会影响极大。

因此，水下隧道的质量与安全必须从源头抓起：一定要高度重视地质勘察工作。

水下隧道地质勘察的基本原则：1、勘察成果不仅要满足设计阶段要求，而且还需满足施工工法的需要，因此勘察与设计施工应整体考虑，应紧密联系。

2、勘察方案与设计阶段相关，勘察内容与建设方案相关，勘察手段与场地条件相关。

3、勘察质量取决于勘察方案的合理性、勘察内容的全面性、勘察手段的针对性，综合勘察是关键。

4、制订切合实际的勘察方案，投入与各阶段设计深度相适应的地勘工作量，对保证地勘工作的深度和质量至关重要。

2.4 水下隧道地质勘察的主要内容地质勘察的主要内容：地质构造、地层岩性、区域稳定性、物理力学性质、水文地质状况、特殊地质状况、有害矿物、有害气体、放射性、围岩分级等勘察内容的针对性：1、不同的施工工法、不同的施工工艺对地质勘察的要求不同2、不同的地层调查的主要内容不相同（根据结构设计需要确定）3、浅埋、软弱围岩、断层破碎带、富水带、软土等是重点4、控制结构安全与控制地层变形量（地物附近）的勘察内容有较大差别5、准确把握围岩分类的基本因素：岩石强度、破碎程度、地下水的影响、节理裂隙面的强度，地下水渗流是关键6、特殊地质应特别关注：软土液化、断层破碎带、软硬交错、溶洞、透水层、承压水、煤系地层等注意综合运用多种勘察方法：钻探、物探、调绘、挖探、现场测试、孔内摄像及物探等1、根据水下隧道施工工法及隧道与地层关系进行场地条件分级2、根据场地条件的复杂程度及勘察阶段确定勘察内容、方法与工作量3、明确地质勘察必须要达到的勘探工作量2.5 水下隧道地质勘察—场地条件分级3.1.3 隧道勘察应根据隧道所处地质条件、地形条件、临近建筑物及地下管线分布状况与隧道位置关系对场地条件分区段进行，并应符合以下规定：1 场地条件应按附录A 表A-1分为简单、中等及复杂三级。

2 工可勘察的分区沿纵向长度不宜小于1km ，初步勘察不宜小于500m ，详细勘察不宜小于100m 。

表A-1 隧道场地条件分级序号隧道工法简单中等复杂1钻爆隧道洞身在硬质岩层中，上部岩层厚度大于1倍开挖跨度；洞身在中硬岩层中，上部岩层厚度大于2倍开挖跨度洞身在硬质岩层中，上部岩层厚度小于1倍隧道开挖宽度；洞身在中硬岩层中，上部岩层厚度小于2倍开挖跨度；洞身位于强风化岩层中或破碎岩层中洞身位于断层破碎带中； 洞身位于岩土交界面附近； 洞身位于土层中； 洞身位于岩溶发育地层中2盾构隧道洞身全部位于较为均匀的土层中； 洞身在岩层中，上部岩层厚度大于0.5倍洞径洞身附近土层物理力学参数差异较大； 洞身位于岩层中但是上部岩层厚度小于0.5倍洞径洞身位于岩土交界面附近； 隧道埋置深度小于1倍洞径； 隧道受河床冲刷影响较大 3沉管隧道基槽全部位于较为均匀的土层中； 基槽开挖深度小于15m ； 水深小于15m介于简单及复杂之间的其他情况； 水深小于15~25m基槽位于岩土交界面附近； 基槽开挖深度大于20m ； 淤泥层厚度大于10m ； 水深大于25m4堰筑隧道基坑全部位于较为均匀的土层中；基坑深度小于10m ； 水深小于5m介于简单及复杂之间的其他情况； 水深小于5~10m洞身或基础位于岩土交界面附近；基坑深度大于15m ； 水深大于10m勘察阶段场地条件分级简单中等复杂工可勘察物探纵断面每轴线不少于1条物探纵断面每轴线不少于1条地质疑问处宜布置物探横断面物探纵断面每轴线不少于1条物探横断面间距不大于500m初步勘察物探纵断面每轴线不少于1条物探横断面间距不大于500m物探纵断面每洞室不少于1条物探横断面间距不大于200m物探纵断面每洞室不少于2条物探横断面间距不大于150m详细勘察物探纵断面每洞室不少于1条物探横断面间距不大于150m物探纵断面每洞室不少于2条物探横断面间距不大于100m物探纵断面每洞室不少于3条物探横断面间距不大于50m物探工作应根据地质条件、水文条件及水下地形等因素确定：1、工可勘察应以轴线探测为主，重要地段可辅以必要的横断面探测。

2、物探应与调绘、钻探工作相结合，以提高解译的准确性。

3、物探宽度可根据路线比选范围及结构特点确定，水域地段不应小于结构边线外侧150m；陆域地段不应小于结构边线外侧100m。

4、初步勘察及详细勘察应以网格状探测为主，重要地段可加密网格密度。

2.6 水下隧道地质勘察—物探钻爆隧道的物探工作应符合表的规定表3.4.9-1 钻爆隧道的钻探孔间距要求勘察阶段场地条件分级简单中等复杂工可勘察800 ~ 1000m 600 ~ 800m 400 ~ 600m 初步勘察200 ~ 300m 150 ~ 200m 100 ~ 150m 详细勘察100 ~ 150m 75 ~ 100m 50 ~ 75m表3.4.9-2 盾构隧道的钻探孔间距要求勘察阶段场地条件分级简单中等复杂工可勘察600~ 800m 400~ 600m 300~ 400m 初步勘察150 ~ 200m 100 ~ 150m 50 ~ 100m 详细勘察75 ~ 100m 50 ~ 75m 30 ~ 50m2.7 水下隧道地质勘察—钻孔密度（1）2.8 水下隧道地质勘察方法—钻孔密度（2）表3.4.9-3 沉管隧道的钻探孔间距要求场地条件分级简单中等复杂工可勘察400 ~ 600m 300 ~ 500m 200 ~ 300m 初步勘察150 ~ 200m 100 ~ 150m 75 ~ 100m 详细勘察50 ~ 75m 35 ~ 50m 25 ~ 35m表3.4.9-4 堰筑隧道的钻探孔间距要求场地条件分级简单中等复杂工可勘察300 ~ 500m 200 ~300m 150 ~ 200m 初步勘察100 ~ 150m 75 ~ 100m 50 ~ 75m 详细勘察30~50m 25 ~ 30m 20 ~ 25m2.9 水下隧道地质勘察方法—钻孔位置钻爆及盾构隧道的钻孔布设规定：1 钻孔应布设在隧道外侧5 ~ 8m处。

2 单洞时宜在两侧交错布置，多洞并行时宜多排交错布置。

3 双洞并行时钻孔数量应在表3.4.9-1、表3.4.9-2基础上增加30 ~ 50%，多洞并行时应增加60 ~ 100%。

4盾构隧道工作井的钻探孔间距宜为20 ~ 35m，且不应少于3个。

沉管及堰筑隧道的钻孔布设规定：1 钻孔应沿基坑两侧布设。

2 基坑宽度大于30m时，基坑中部宜布设钻孔。

3 采用桩基础时，孔距应同时满足基桩设计要求。

2.10 水下隧道地质勘察—钻孔深度1 钻爆隧道的钻孔深度应符合下列规定：1）洞身处于极破碎岩层或土层时，孔深应达到隧道底板以下10m ~ 20m。