小议水下隧道岩土工程勘察
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作者: 孙宪明
摘要：沉管隧道海域已经引起了世界上的许多国家的注意，并逐步被视为第一选择大型隧道施工水域。岩土工程的调查是其建设中至关重要的基础性工作，积累土壤调查经验对水下沉管隧道岩土工程勘察起着极其重要意义。本文探讨了水下沉管隧道岩土工程要点，并通过工程实例，总结了一些有益的经验。
关键词：沉管隧道；岩土工程；勘察
1.引言
沉管隧道是将一些预制的管段运到设定的水下沟槽内，组合并且安装成连接水体两端的陆上交通的隧道型运输工具。沉管隧道的基本结构主要分为混凝土管段和钢壳管段，它对地基承载力度要求相对比较低，适用于水底较浅、水下软基和容易疏浚挖掘的场地。由于深埋沉管隧道小，所以长度比隧道盾构法和矿山法隧道明显缩短。从美国波士顿在1894年修建第1座沉管隧道以来，在世界各地已经建起100多座沉管隧道，同时我国的大陆、香港和台湾也建起了10多座。沉管隧道的建筑设计与施工中的关键技能问题逐步得到解决，并且已受到许多国家的重视，并逐步视为第一选择大型隧道施工水域，水下沉管隧道的岩土勘察是建设中极其重要的基础性工作。现今，我国对沉管隧道的岩土勘察技术有待提高，规范的条文也没有多少制定，所以积累土壤调查经验对水下沉管隧道岩土工程勘察起着极其重要意义。
2.沉管隧道的沉降的特性
沉管隧道是对沉降非常敏感的一种地下结构，局限于沉管隧道的结构特征，其能承受的沉降变形范围是极其有限的，如果沉降超出限度，则会出现管段开裂的情况，引发出渗漏等一系列严重问题，会影响到隧道的安全性和正常使用。沉管隧道的沉降会受到许多因素的作用，水底的淤积车辆动载、地震荷载等作用会对地基土产生沉降。施工时期的沉降主要是隧道基础层的调整和刚开始压缩发生的，有份资料显示其沉降量大约占总沉降量的50-60%因此沉管隧道的地基和基础是肯定要进行适当的处理，确保减少沉降或者消除液化的可能性。然而营运期间发生的沉降主要是由下层地基土再压缩变形而造成。沉管隧道的特点：重量轻，容易适应各种各样的地质条件，其基础的处理在于如何填实沉管隧道底和地基之间的空隙。沉管隧道基础解决的方法有后填法、先铺法和桩基法。沉管隧道通常埋在水底以下特定的深度，经常要挖掘基槽，安放管段，重新覆土。所以沉管隧道基底以下的土地基层的变形是一个回弹、与再压缩的过程。潮汐作用对感潮河段与港湾地区的沉管隧道的工后沉降变形影响比较大，资料显示潮汐作用会引发隧道管段波动，其产生的积累出来的沉降值并不大。
3.沉管隧道岩土工程勘察要点
沉管隧道的勘察经常要在水域等困难条件下进行，沉管隧道的结构建筑设计是以变形为主要要素。根据这些特点提出沉管隧道岩土工程勘察规定和要点。
3.1勘察原则内容包括
（1）求真务实，真实可靠：在野外进行勘察工作时要面对艰苦的工作环境以及复杂的工况条件，这就要求勘察人员必须做到真实可靠和实是求是地获取第一手资料。
（2）因地制宜，循序渐进：在不同的项目以及在同一项目的不同场地或者不同设计阶段，对勘察的要求都会有所不同，勘察工作要根据当地的水文条件、场地条件以及工程的结构特点，严格按照各勘察阶段的要求完成勘察任力。
（3）以点代面，兼顾其他：在选择勘察方法以及勘察范围是要做到以点代面，并具有代表性。
（4）综合分析，力求全面：岩土工程勘察所面对的岩土工程问题是非常复杂的，应尽可能采用多种勘察方法去获取大量具有比对性的数据，然后进行综合分析，旨在全面的认识岩土的真实特性。
3.2勘察大纲制定的三个基本要素
勘察大纲的制定是勘察工作要点的主要任务，勘察大纲制定得好与坏直接关系到项目的勘察的全部质量。勘察大纲的内容含有勘察的目的、任务、内容、技术方案、勘察机具设施和整理资料等，勘察大纲的制定关系到工程特征、工作条件、地质岩土特性三个基本要素。大纲应该因时间、地点、工程而定，实事求是，不能以偏概全，内容要有目的性和可操作性。要充分熟悉工程的典型断面尺寸和平面布置、结构的变形要求、开挖岩土和主要工程安排、结构设计计算和所需岩土的参数，这也是沉管隧道沉降计算的最主要的数据。加强综合分析的能力多种勘察方法对比与多指标的综合分析是沉管隧道勘察不能缺少的一部分。
3.3勘察关键点
沉管隧道岩土工程勘察要点与内、外行业工作有联系，具有质量、技术、安全、环保和职业健康等许多方面的要求。沉管隧道地质基土的变形指标会直接影响沉管结构设计和隧道运营的安全性，需要全方位地重点把握好。沉管隧道地基土的变形就是卸荷反弹、再继续压缩一个的过程。根据研究沉管隧道施工过程地基土相关路径，进行了相应的室内试验，其测试结果才可以用于隧道地基的沉降累计。
4.工况条件
气象方面工程场地位于珠江属南亚热带海洋性季风气候区，气候温暖潮湿，受到欧亚大陆和热带海洋的气流交替影响，该地区天气候变化无常。热带气旋、龙卷风、短时雷雨大风是本区域的主要灾害性天气，尤其是热带气旋具有高强度、频率高、灾害严重的特点。年均气温在22.3-23℃之间最高和最低气温分别为38.9℃和-1.8℃。年均降水量在1800-2300mm之间。年盛行东南偏东和东风，季节变化比较明显。水文方面潮汐是不规则的半日潮混合潮型，沿海地区会产生明显的水位升降，就是台风暴潮。涨、落潮流的不对称性和涨、落潮时间不一致较明显。地形地貌位于珠江口中部伶仃洋水域，水面地形比较复杂，可以分成两槽三滩。而管节回填防护是由一般回填、锁定回填、和防锚片石三个部分组成。隧道管节两边相应对称回填压脚锁定回填料，让管顶覆盖保护层的厚度为2.0m。主要的工序有：基槽挖掘，基础解决，管段安放，管段安装，回填防护。
5.关键性指标
关键性指标用来分析勘察现场采用钻孔提取岩土，土样性质的鉴别，进行标准的试验，静力触探试验等原位试验，从多种方法确定、对各岩土层评价的物理力学性质指标的方法互相验证。勘察主要分为：勘察工作量、勘察历时、勘察设备。确保了钻探工作可以在可控制安全、有质量保证的条件下顺利完成，呈断续分布和局部分缺失。为满足工程检测离岸较远的测量定位需求，一些项目投入了先进的设备如trimble5700RTKGPS测量定位系统。静力触探试验选用海底静力触探设备和勘探技术。此外配备其它原位测试设备（如标准贯入器和电测十字板等）、测量仪器（有全站仪、测深仪和水准仪等）以及室内的岩土试验仪器设备。
6.结束语
（1）通常按照基槽开挖的深度来换算的级别，获得土样的再压缩的模量，以此来计算地基土的再压缩变形。沉管隧道的勘察在困难、复杂的条件下进行，必须精密细心地组织，科学地知道，确保资源配置，和各方合作，才能取得满意的结果。
（2）水下静力接触到探测试成果为地基层的精细分层和鉴定地层的物理学性质提供宝贵的资料，为沉管隧道的结构设计和沉降计算打下了结实的根基。
（3）土工、静力触探试验等勘察的方法互相验证，对彼此的成果资料的分析、协调取值是非常必要的
（4）水下沉管隧道岩土勘察的大纲其制定必须涉及到工程特征、工况的条件、场地岩土的特性三大基本的要素。
（5）岩土工程勘察组织的关键点是加强与设计方的交流，优化勘察的方案以及强化综合分析的能力。
（6）变形指标是最关键的指标系数，会直接影响到沉管隧道结构设计和隧道使用的安全，需要全方位重点掌握好。沉管隧道地基土的变形过程就是卸荷反弹、再压缩。综上所述沉管隧道岩土工程勘察要点展开的探讨供业界人士作参考。
参考文献
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[4]陈邵章.沉管隧道设计与施工[M].科学出版社，2010.
收稿日期：2013-4-17
作者简介：孙宪明（1973-），男，工程师，学士学位，毕业于中国地质大学（武汉），从事岩土工程勘察与设计工作。
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