桥梁在规划的进程中，尤其是大跨径桥梁，常常需求考虑交游船舶的吨位，来决议桥梁的规划高度，往往因而添加了桥梁的建筑难度以及施工工期，可是海底地道的存在就很好的处理了这个问题，那么海底地道首要的施工工艺又有哪些，哪些地方是咱们相同能够运用到其他工程中去呢？

　　从国外海底地道施工现状和发展趋势看，在海底地道施工方面都积累了必定的经历，但在富水、脆弱地层中建筑大断面地道并无先例，因而，本课题结合xx海底地道的地质条件杂乱、开挖断面大、无老练的经历可学习等特色，对脆弱地层施工办法、沉降操控、辅助工法等进行深入研讨，总结出一套合适脆弱地层、大断面、海底地道施工的技能和办法，使用研讨效果辅导施工，优化规划，十分具有实践含义。

　　本课题紧密结合xx海底地道施工，经过现场监测、数值核算和理论剖析进行研讨。

　　（1）使用数值办法，模仿现场土层和施工条件，对CD和CRD工法别离建模核算、进行数值模仿剖析和比较，归纳考虑，确认合理的施工办法；

　　（2）规划六种不同的工况和两种不同工序，对各种工况开挖进程中的地层三维变形情况进行数值模仿，剖析和总结变形、失稳规则，在此基础上优化CRD工法各部之间的步距和工序；

　　（3） 将变形分配操控原理应用于地道施工，确认操控方针值，经过监测反应，分步操控，将变形操控在安全规模之内；

　　（4）研讨锁脚锚杆的效果机理，对锁脚锚杆的施工效果进行数值模仿，体系地研讨其受力和变形规则，优化锁脚锚杆的规划和施工办法；

　　（5）树立初支和围岩彼此效果的骤变模型，使用初支刚度和围岩的弱化刚度研讨围岩的骤变失稳。从理论上解说了壁后注浆加固机理，结合现场监测，验证充填注浆对操控沉降的效果。

　　近年来国内外的工程实例标明，在各种地质条件下地道施工的办法许多，但合适大断面地道的根本施工办法有六种：台阶法、上半断面暂时闭合台阶法、CD工法、CRD工法、侧壁导坑法、眼镜工法（双侧壁导坑法）。

　　在操控沉降方面施工办法择优次序为：双侧壁导坑法、 CRD工法、CD工法、预留核心土台阶法、台阶法；

　　在操控水平位移方面施工办法择优次序为：CRD工法、双侧壁导坑法、CD工法、上半断面暂时闭合台阶法、台阶法；

　　从施工进展和经济视点方面择优次序为：台阶法、预留核心土台阶法、CD工法、CRD工法、双侧壁导坑法。

　　xx海底地道断面大、围岩脆弱、地质条件杂乱，台阶法难以适用，双侧壁导坑法是在对地表沉降要求特别严的情况下选用的施工办法，所以依据海底地道的实践，只考虑选用CD工法或CRD工法。

　　xx地道海底段长4200m，浅滩段上部覆土厚度平均为7.35m，经过的地层首要为填筑土、粘土、砂质亚粘土、黑云母花岗岩，为V类围岩，开挖跨度为16.74m，开挖高度为12.261m。

　　选用FLAC3D进行核算剖析，模型规模向下取50m、向上取到地表、地道左右两边各取50m、纵向从洞口取50m。

　　地道左右两边给定X方向位移束缚；底面给定Z方向位移束缚；纵向边界面（不包括洞口边界面）给定Y方向位移束缚。

　　模型中选用8节点六面体单元进行网格区分，地层及管棚加固区选用摩尔－库仑模型，地道结构选用线个单元节点。

　　CD法施工 导洞1、2、3、4别离向前开挖45、30、25、10m时拱顶最大沉降98mm

　　CRD法施工 导洞1、2、3、4别离向前开挖45、30、25、10m时拱顶最大沉降68mm

　　（1）选用CD法施工，台阶长度别离为5m、10m、15m米时地道拱顶最大沉降别离为91、94、98mm，由于台阶越长，全体关闭成环时刻越长，所以产生的沉降越大；

　　（2）尽管台阶短，关闭成环时刻短，拱顶产生的沉降小，但台阶长度一般不宜小于5m，如台阶过短，上台阶开挖施工机械难以摆放，且下台阶掌子面过早露出，上下台阶开挖彼此扰动影响过大，反而增大围岩变形；

　　（3）选用CRD法比CD法施工拱顶沉降将显着减小，台阶长15米拱顶最大沉降仅68mm，比CD法减小30mm，这是由于CRD法的腰撑能及时闭合掌子面，腰撑成为暂时仰拱，在阻挠结构初期下沉方面起了要害效果，因而拱顶沉降显着减小。

　　大断面脆弱地层建筑地道，CRD工法是一种比较有用的办法，本章结合实践施工情况优化CRD工法步距和步序，将拱顶沉降操控在最小规模内。

　　依据xx海底地道出口端地层脆弱、易胀大、安稳性差等特色，规划六种开挖与支护工况，使用数值办法模仿开挖进程中的地层三维变形情况，总结变形、失稳规则，优化开挖支护计划，处理施工技能难题。

　　地道陆域段为全风化花岗岩，这种围岩未扰动之前坚固、枯燥、安稳，而开挖露出、遇水后则敏捷胀大、软化，自稳才能急剧下降。假如工序联接不紧、掌子面关闭不及时、CRD步距过大、拱脚积水等会导致围岩变形反常。

　　这些反常变形表现为喷发混凝土呈现开裂、暂时支护变形严峻、初支遭到损坏等。以下对产生大变形的原因进行剖析，以详细了解CRD工法施工各导洞变形份额分配、各导洞步距和施工次序对沉降的影响，提出CRD施工变形操控措施，辅导施工。

　　为把握CRD步距对拱顶沉降的影响，选取地质条件根本相同，但步距不同的两段进行监测， 步距和监测情况见下表

　　依据第二章模仿效果，相同工况下CRD1、2部步距别离为15、10、5m时拱顶最大沉降量别离为99、95、91mm，可见步距会对拱顶沉降构成必定的影响，步距越大，沉降越大。

　　（1）两种工序，导洞1开挖产生的拱顶沉降所占全体沉降的份额都最大，从32％－37%，因而操控导洞1的沉降量对减小终究拱顶沉降有决议含义；

　　（2）平等条件下，1234工序操控拱顶沉降的效果优于1324工序，1234工序沉降232.2mm，而1324工序沉降263.5mm，可见，从数值理论上剖析，1234工序更有利于操控拱顶沉降。由于地道开挖洞跨比决议天然成拱才能，土体大部分应力要由结构承当，洞跨比越大，变形就越大；CRD工法中，先开挖12导洞后开挖34导洞，其受力机理相当于CD法；先开挖13导洞后开挖24导洞，相当于台阶法，显着，CD法操控沉降优于台阶法。

　　（3）从现场监测和数值剖析效果看，仰拱闭合对拱顶沉降起着决议性效果，单个导洞未闭合之前沉降占总沉降75％以上，因而，应加速仰拱闭合；

　　（4）从六种工况、两种工序数值剖析得到的拱顶最大沉降值看，按规划要求正常施工，拱顶沉降能够操控在规划答应规模内；

　　脆弱地层大断面海底地道施工是一个杂乱的体系工程，涉及到多种工艺、多道工序，从头到尾是动态的、不断改动的进程，因而它对拱顶下沉、水平收敛和地表沉降的影响是一个累积的效果，所以能够把对拱顶沉降和地表下沉的操控规范分化到每个施工步序中，构成施工各详细步序的操控规范或操控方针，只需单个步序的沉降量得到操控，则终究变形量就能得到操控，这便是所谓变形分配操控原理。

　　（3）及时把握监测值与规划值的违背动态，及时处理，避免危险的累积， 使变形操控处于活跃、自动的位置。

　　经过第三章CRD法施工1234工序进行数值模仿，得到各导洞开挖结束累计沉降量及分部沉降比率（方针值）如下表：

　　依据工程经历，水平位移操控方针为：相对收敛答应值是两测点距离的0.8％。

　　依据数值模仿效果，得出各部变形操控方针值，以各部方针操控值为规范，在施工中进行动态调整，使分步变形量低于分步操控方针，确保全体操控方针的完成。

　　脆弱地层建筑大断面地道，为减小基底弱化和初支悬空引起的下沉，尤其是在地层脆弱、含水量大、拱脚积水的情况下，增设锁脚锚杆对操控拱顶下沉的效果十分显着。

　　本章树立锁脚锚杆的力学剖析模型，经过数值模仿和现场监测，体系研讨锁脚锚杆受力和变形规则，并据此剖析了各影响要素与拱顶沉降的联系，最终优化锁脚锚杆的规划参数和施工办法。

　　锁脚锚杆效果原理是将锚杆打入钢拱架背面围岩并注浆，经过锚杆浆液分散、浸透到岩层中，以进步围岩的力学功能和自稳才能，操控围岩变形。

　　地道在施工中，部分断面拱顶下沉偏大，构成初支侵限，乃至产生大变形危及结构安全，为操控各部及全体下沉，施工中每榀工字钢增设四根Φ42mm，壁厚3mm，L=3m的无缝钢管注浆锁脚锚杆。

　　选用锁脚锚杆前后行车地道位移改动数值模仿情况见下表， 施作锁脚锚杆后，1、3部拱顶下沉别离减小20.8％和23.1％，水平收敛别离减小9.2％、11.5％，选用锁脚锚杆可有用减小拱顶下沉和水平收敛。

　　选用锁脚锚杆前、后支护结构安全性改动情况见下表，由表可知：选用锁脚锚杆后初期支护各部位的安全系数均比不选用时有所进步。

　　跟着荷载添加锚杆端头竖向位移呈线性添加，下图给出了锚杆不同视点荷载和锚杆露头部下沉值的联系。

　　由下图知，不管哪种工况，拱脚锚杆以25º施作时操控沉降效果最佳。锚杆注浆可添加锚杆的抗弯刚度，浆液分散构成的注浆体可进步锚杆的抗拔力，从核算效果看，注浆之后锚杆端部沉降减小20%。

　　由上表核算效果可知，锁脚锚杆注浆并加垫块比不加垫块沉降减小15-20％，与不注浆比较加垫块后沉降减小40%。首要由于其抗弯、抗剪、抗拉等功能都得到了很好的发挥，其内力核算效果见下表。

　　（1）选用锁脚锚杆可有用操控地道拱顶下沉和水平收敛；一起锁脚锚杆可进步初支结构的安全性；

　　（2）当视点必守时，跟着荷载的添加，锚杆竖向位移呈线性添加；在平等施工条件下，拱脚锁脚锚杆施作25度左右操控沉降的效果最佳；

　　（3）不同工况下沉降值相差比较大，不注浆沉降最大，其次是注浆，再次是加垫块。注浆后比不注浆沉降减小20%左右；注浆加垫块沉降值能减小40%；

　　脆弱地层海底地道施工危险杰出，一旦围岩变形较大，极易引发突水、塌方。为确保掌子面的安稳和地道施工安全，进行注浆加固和堵水是十分必要的。经过全强风化地层注浆前后地层力学特性的改动，结合现场实验，对注浆后围岩的安稳性进行点评。

　　壁后注浆的效果体现在两个方面：进步围岩的刚度（弹性模量）、强度（粘聚力和内摩擦角），增强围岩安稳性；在含水地层，壁后注浆还能够减小渗漏，避免围岩遇水弱化，其效果相同是添加围岩刚度。

　　在注浆实验段选取两个沉降较大的点，制作注浆前后沉降曲线 ，从监测数据剖析，注浆有用的操控了围岩的变形。

　　初期支护背面浸透挤密注浆，水泥浆液充填初支围岩间的空地，以及土体间的空地，增强密贴程度，进步围岩和初支的承载力，操控变形，首要体现为两种效果：

　　（1）浸透效果：指在压力效果下浆液充填土中的孔隙，挤排出孔隙自在水，而根本上不改动原状土的结构和体积，所用注浆压力相对较小。

　　（2）浸透和挤密效果：浆脉周围土体被浸透和挤密，然后添加周围土体的密实度和强度，减小浸透系数，这是一种归纳效果。

　　经过充填注浆，使颗粒间的空地充溢浆液并使其固化，这种注浆不改动原土结构，可是充填其原有空间为密实接连体，有用的操控了地层水的进入，改进原有围岩受力条件，有用的操控了沉降。

　　1.xx海底地道断面大、围岩脆弱、地质杂乱，台阶法难以适用，双侧壁导坑法工序多，进展慢，一般是在地表沉降要求特别严的情况下才选用的施工办法，因而，要点只需考虑选用CD或CRD工法；为此，对CD和CRD工法别离建模核算，对这两种工法进行数值模仿剖析和比较，经归纳比选，最终确认选用更合理的施工办法—CRD工法，它既确保了xx海底地道的施工安全，又节省了本钱，加速了施工进展，发明了月掘进73米的高速度；

　　2.使用数值办法模仿6种工况、2种工序开挖进程中的地层三维变形情况，并结合实践施工中的变形监测情况，不断调整优化CRD工法各部步距、开挖次序和施工工艺。这项立异性效果，为脆弱地层大跨地道选用CRD法供给新经历，使反常变形得到有用操控，将地道变形操控在方针值之内；

　　富水砂层与海水连通，砂层侵入地道内长度达259m，其他191m在拱顶以上缺乏1米，极易产生崩塌和突涌水。

　　地道穿越5条风化深槽，F1累计宽278m、 F2累计宽220m、 F3累计宽255m、 F4累计宽212.5m、 F5累计宽153m、累计长约风化槽总长度为1118.5m，风化槽内岩体强度低，自稳才能差，遭到较大的动水压力，存在浸透损坏的或许，是最大的施工危险。

　　海底地道穿越风化深槽施工，前所未有，无成功经历能够学习；风化槽内，地质杂乱，穿越第一个风化槽施工，选用最保存的全断面帷幕注浆技能施工，效果较好，但工期过长，为8个月。在总结第一个风化槽施工成功经历的基础上，针对不同地质条件的风化槽，研讨应用了复合注浆技能，测验选用上半断面帷幕注浆、上半断面周边注浆并获得成功。在确保安全施工的前提下，选用非全断面注浆降低了工程造价，每个风化槽施工工期由8个月缩短到2个月。

　　使用开裂力学和爆炸力学理论深入研讨含水裂隙岩体的开裂损坏机理及钻爆开挖时围岩中的应力场和振荡规则，在此基础上确认了爆炸效果下导致的松动圈巨细核算公式， 并剖析了爆炸效果和应力重散布对地道总松动圈巨细的影响份额，便于推广应用。该效果具有理论立异性。

　　1、服务洞Ⅱ级围岩钻爆开挖构成的松动圈巨细都操控在1米以内。曲墙测验孔爆炸松动规模约为0.4～0.6m；底板处测验孔松动圈规模约为0.5～0.7m；拱顶处测验孔松动圈规模约为0.4～0.7m；

　　2、主洞Ⅱ级围岩开挖在拱顶构成的松动圈巨细为1.1m，左右曲墙别离为1.0m和0.9m，左面底板处松动圈巨细为1.1m。以为小断面Ⅱ级围岩松动圈巨细首要是爆炸效果的影响，并总结了爆炸效果和应力重散布效果在大断面Ⅱ级围岩松动圈巨细中各自的影响份额；

　　3、Ⅴ级围岩中钻爆开挖构成的松动圈巨细在2.0m 左右，超过了1.5m，依照松动圈支护理论，地道周边岩体归于软岩，不利于海底地道围岩特别是掩盖岩层的安稳，要加强支护并勤监测，避免塌方、大变形等地质灾害的产生。