不同支護條件下干塢使用期塢壁變形監測

王春利 ，劉成洲 ，張國梁 ，于健 ，劉釗

（1.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；3.港口巖土工程技術交通行業重點實驗室，天津 300222；4.天津市水下隧道建設與運維技術企業重點實驗室，天津300461）

0 引言

大連灣海底隧道為北方第一條沉管隧道，沉管預制采用干塢法預制工藝[1]。沉管在干塢內分批預制，分批出塢，分批儲存，極大地提高了沉管預制廠的效率，但同時干塢反復灌排水對干塢基坑安全性評價提出了新的要求[2-4]。

干塢灌排水環節中極易發生塢壁邊坡失穩情況[5-6]，通過監測分析邊坡變形規律，能為后續灌排水提供安全指導，極大地提高了灌排水效率，縮短了工期，為沉管順利及時安裝提供有利保障。由于干塢采用了多種支護體系，為監測帶來難度，如何合理地布置測點，達到準確監測塢壁的變形是需要解決的關鍵問題。因此，本文對干塢灌排水期監測點布置、監測數據進行分析，了解變化規律，以準確評價干塢在灌排水使用期的安全性。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

大連灣海底隧道的干塢工程是為該隧道建設工程而配套建設的沉管預制場地，主要滿足海底隧道沉管管節的預制、舾裝和儲存[7]，使用年限約為5 a，設計使用年限按照10 a 考慮，工程位于大連灣北側的大連市甘井子區中部海岸，東臨煤碼頭約500 m，北臨工興路，西側為熱電廠。管節預制干塢對稱分為2 個獨立的塢室，單個塢室的底面積為5.53 萬m2，兩個塢室之間采用中隔岸壁分隔，中隔岸壁長度為520 m。每個塢室南側設置塢口，塢口寬度為43.15 m，每個塢室主尺寸為 480 m×135 m（寬處）/74.7 m（窄處），干塢占地面積約為16.10 萬m2。干塢平面布置及斷面說明見圖1。

圖1 干塢平面圖Fig.1 Layout of dry dock

如圖1 所示，根據可占用后方場地面積不同以及工程地質條件等因素干塢塢壁主要采用斜坡式、直立支護兩種結構形式，中隔岸壁采用重力式沉箱。其中，西塢北側與6-6 斷面，2-2 及4-4斷面以多級放坡斜坡式支護結構為主，上部回填土層按照1∶1.5 的坡率放坡，下部中風化巖層按照1∶0.75 放坡，并掛網噴射混凝土護面；熱電廠北側及東側采用斜坡+雙排灌注樁直立支護結構，支護樁嵌入中風化巖層6 m，雙排樁前方回填土層采用高壓旋噴樁加固處理，下部中風化巖按照1∶0.3 的坡率放坡，并設置錨桿，掛網噴射混凝土護面；中隔岸壁7-7—9-9 斷面采用重力式沉箱結構，基礎為中風化巖。

1.2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，擬建場地地貌屬于海漫灘，干塢部分目前已回填為陸地，陸地標高變化在2.68～-11.25 m，地貌形態單一。根據區域地質資料，區域內廣泛出露第四系全新統人工填土。根據現場鉆探揭露，該地層自上而下為由碎石、黏性土及建筑垃圾組成②1雜填土，由粉煤灰、礦渣、碎石組成的雜填土②2及中風化白云巖⑤3。其中上部②1雜填土約4.6 m，②2雜填土約7.44 m，下部均為⑤3中風化白云巖。其主要土層物理力學指標見表1。

表1 土的物理力學指標Table 1 Physical and mechanical indexes of soil

1.3 使用期監測設計要求

干塢塢壁后方地質情況比較復雜，塢壁結構形式較多，塢內水位在灌排水期間的急漲急落對塢壁的安全穩定影響較大，因此干塢灌排水期間塢壁的位移情況需要時刻關注。干塢塢壁灌排水主要對斜坡式塢壁坡頂沉降位移及樁身水平位移、中隔岸壁混凝土結構頂部位移及傾斜進行監測，其測試精度及報警值見表2。

表2 監測精度及報警值Table 2 Monitoring accuracy and alarm value

2 變形監測點位布設

沿基坑周邊布設7 個位移工作基點及遠離3倍基坑深度范圍的位移沉降基準點。東西塢不同時使用的情況下，工作基點間可以相互校核使用。直立支護結構的樁身內埋設測斜管，測點間距40 m；放坡結構的坡頂布設有沉降位移測點，測點間距40 m；中隔岸壁每個典型斷面布設1 組傾斜測點，共3 組。

干塢使用期監測中沉降和位移是干塢塢壁變形的兩個重要參數，沉降監測采用二等水準方法進行數據采集；中隔岸壁傾斜監測是以沉箱頂部沉降測點的差異沉降計算得到；位移檢測采用極坐標測量方法進行數據獲取，深層水平位移采用滑動式測斜儀人工量測方式進行數據采集。各測項監測精度滿足GB/T 15314—1994《精密工程測量規范》[8]監測二等的精度要求。

3 變形監測分析

3.1 灌排水情況

2020 年10 月18 日9 時西塢開泵灌水，歷時43 h 全部灌滿；2020 年 11 月 13 日 0 時開始排水，歷時112 h 塢內水全部排盡。東塢于2020 年12 月18 日開泵灌水，歷時100 h 灌滿；2021 年1月24 日開始排水，歷時104 h 塢內水全部排盡。圖2 為東塢灌排水階段變化圖，西塢與之相似。

圖2 東塢灌排水階段變化圖Fig.2 Stage change of irrigation and drainage of the east dock

3.2 塢壁監測數據分析

以東塢為例，東塢塢壁主要有兩種直立支護結構和兩種多級放坡支護結構組成，其代表性斷面為1-1—4-4 斷面，4 種塢壁監測點最大變化值統計見表3。

表3 東塢塢壁最值統計表Table 3 Statistics of the maximum value of the east dock wall

東塢塢壁代表性斷面為1-1—4-4，其各斷面對應代表性點號為測斜點S1、沉降位移點J3、測斜點S4、沉降位移點J8。其中沉降位移點隨灌排水變化的時程曲線見圖3 和圖4。S1 與S4 測斜點變化量見圖5。

圖3 東塢放坡支護位移時程變化曲線Fig.3 Displacement time history curve of the east dock slope support

圖4 東塢放坡支護沉降時程變化曲線Fig.4 Settlement time history curve of the east dock slope support

圖5 東塢直立支護典型斷面測斜時程變化曲線圖Fig.5 Time history curve of typical section inclinometer data of east dock vertical support

東塢塢壁整個灌排水期間變化量不大，坡頂水平位移累計變化量不超過4.2 mm，坡頂累計沉降不超過-14.8 mm，深層水平位移不超過1.64 mm；灌水初期，4-4 代表性斷面多級支護邊坡變化比較明顯，該處最大沉降點J10 速率最大可達-2.1 mm/d；排水后期，2-2、4-4 代表性斷面坡頂位移變化比較明顯，最大位移變化點J3、J9-1變化速率分別為2.3 mm/d、2.9 mm/d，3-3 代表性斷面深層水平位移變化比較明顯，最大深層位移點號S5 在0.13 m 標高處變化速率2.05 mm/d。由圖3～圖5 可知，4-4 代表性斷面灌水至排水前呈現持續沉降趨勢，排水過程中沉降變化較為明顯，但其位移變化較小；其他塢壁沉降、水平位移及深層水平位移變化較小，東塢整體仍處于安全穩定狀態。

3.3 中隔岸壁監測數據分析

中隔岸壁典型支護斷面有3 個，分別為7-7—9-9 斷面，其對應的傾斜點號為QX01—QX03。3 種塢壁的最大傾斜量及傾斜速率統計值如表4所示。

表4 中隔岸壁最值統計表Table 4 Statistics of the maximum value of the middle wall

中隔岸壁東西塢灌排水期各代表性斷面傾斜變化量受灌排水速率影響較大。西塢灌排水周期較長，傾斜變化量較小，最大傾斜量-0.005%；東塢由于灌排水效率較高，中隔岸壁傾斜量較大，最大傾斜量0.012%。西塢中隔岸壁傾斜受灌排水影響較小。

4 結語

本文對干塢不同支護塢壁在灌排水期監測的變化情況進行了分析，可得到以下結論：

1）東塢灌排水期整體變化量較小，4-4 代表性斷面多級放坡塢壁在灌水初期沉降變化較為明顯，該處最大累計沉降為-14.8 mm，其他類型塢壁沉降及位移變化較小。排水后期，2-2、4-4 代表性斷面塢壁頂部出現少量位移現象，3-3 代表性斷面直立支護深層水平位移也出現少量變化。

2）灌排水效率對中隔岸壁傾斜變化影響較為明顯，西塢排水初期傾斜變化略有變化，東塢灌水后期及排水初期傾斜變化較為明顯。中隔岸壁在整個東西塢灌排水后總體傾斜量較小，處于安全穩定狀態。

3）大連灣海底隧道干塢塢壁在整個灌排水使用期間變形量較小，塢壁支護結構較為合理，確保了多次灌排水等復雜工況下塢壁的安全穩定。