不同支护条件下干坞使用期坞壁变形监测

王春利 ，刘成洲 ，张国梁 ，于健 ，刘钊

（1.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；3.港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津 300222；4.天津市水下隧道建设与运维技术企业重点实验室，天津300461）

0 引言

大连湾海底隧道为北方第一条沉管隧道，沉管预制采用干坞法预制工艺[1]。沉管在干坞内分批预制，分批出坞，分批储存，极大地提高了沉管预制厂的效率，但同时干坞反复灌排水对干坞基坑安全性评价提出了新的要求[2-4]。

干坞灌排水环节中极易发生坞壁边坡失稳情况[5-6]，通过监测分析边坡变形规律，能为后续灌排水提供安全指导，极大地提高了灌排水效率，缩短了工期，为沉管顺利及时安装提供有利保障。由于干坞采用了多种支护体系，为监测带来难度，如何合理地布置测点，达到准确监测坞壁的变形是需要解决的关键问题。因此，本文对干坞灌排水期监测点布置、监测数据进行分析，了解变化规律，以准确评价干坞在灌排水使用期的安全性。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

大连湾海底隧道的干坞工程是为该隧道建设工程而配套建设的沉管预制场地，主要满足海底隧道沉管管节的预制、舾装和储存[7]，使用年限约为5 a，设计使用年限按照10 a 考虑，工程位于大连湾北侧的大连市甘井子区中部海岸，东临煤码头约500 m，北临工兴路，西侧为热电厂。管节预制干坞对称分为2 个独立的坞室，单个坞室的底面积为5.53 万m2，两个坞室之间采用中隔岸壁分隔，中隔岸壁长度为520 m。每个坞室南侧设置坞口，坞口宽度为43.15 m，每个坞室主尺寸为 480 m×135 m（宽处）/74.7 m（窄处），干坞占地面积约为16.10 万m2。干坞平面布置及断面说明见图1。

图1 干坞平面图Fig.1 Layout of dry dock

如图1 所示，根据可占用后方场地面积不同以及工程地质条件等因素干坞坞壁主要采用斜坡式、直立支护两种结构形式，中隔岸壁采用重力式沉箱。其中，西坞北侧与6-6 断面，2-2 及4-4断面以多级放坡斜坡式支护结构为主，上部回填土层按照1∶1.5 的坡率放坡，下部中风化岩层按照1∶0.75 放坡，并挂网喷射混凝土护面；热电厂北侧及东侧采用斜坡+双排灌注桩直立支护结构，支护桩嵌入中风化岩层6 m，双排桩前方回填土层采用高压旋喷桩加固处理，下部中风化岩按照1∶0.3 的坡率放坡，并设置锚杆，挂网喷射混凝土护面；中隔岸壁7-7—9-9 断面采用重力式沉箱结构，基础为中风化岩。

1.2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，拟建场地地貌属于海漫滩，干坞部分目前已回填为陆地，陆地标高变化在2.68～-11.25 m，地貌形态单一。根据区域地质资料，区域内广泛出露第四系全新统人工填土。根据现场钻探揭露，该地层自上而下为由碎石、黏性土及建筑垃圾组成②1杂填土，由粉煤灰、矿渣、碎石组成的杂填土②2及中风化白云岩⑤3。其中上部②1杂填土约4.6 m，②2杂填土约7.44 m，下部均为⑤3中风化白云岩。其主要土层物理力学指标见表1。

表1 土的物理力学指标Table 1 Physical and mechanical indexes of soil

1.3 使用期监测设计要求

干坞坞壁后方地质情况比较复杂，坞壁结构形式较多，坞内水位在灌排水期间的急涨急落对坞壁的安全稳定影响较大，因此干坞灌排水期间坞壁的位移情况需要时刻关注。干坞坞壁灌排水主要对斜坡式坞壁坡顶沉降位移及桩身水平位移、中隔岸壁混凝土结构顶部位移及倾斜进行监测，其测试精度及报警值见表2。

表2 监测精度及报警值Table 2 Monitoring accuracy and alarm value

2 变形监测点位布设

沿基坑周边布设7 个位移工作基点及远离3倍基坑深度范围的位移沉降基准点。东西坞不同时使用的情况下，工作基点间可以相互校核使用。直立支护结构的桩身内埋设测斜管，测点间距40 m；放坡结构的坡顶布设有沉降位移测点，测点间距40 m；中隔岸壁每个典型断面布设1 组倾斜测点，共3 组。

干坞使用期监测中沉降和位移是干坞坞壁变形的两个重要参数，沉降监测采用二等水准方法进行数据采集；中隔岸壁倾斜监测是以沉箱顶部沉降测点的差异沉降计算得到；位移检测采用极坐标测量方法进行数据获取，深层水平位移采用滑动式测斜仪人工量测方式进行数据采集。各测项监测精度满足GB/T 15314—1994《精密工程测量规范》[8]监测二等的精度要求。

3 变形监测分析

3.1 灌排水情况

2020 年10 月18 日9 时西坞开泵灌水，历时43 h 全部灌满；2020 年 11 月 13 日 0 时开始排水，历时112 h 坞内水全部排尽。东坞于2020 年12 月18 日开泵灌水，历时100 h 灌满；2021 年1月24 日开始排水，历时104 h 坞内水全部排尽。图2 为东坞灌排水阶段变化图，西坞与之相似。

图2 东坞灌排水阶段变化图Fig.2 Stage change of irrigation and drainage of the east dock

3.2 坞壁监测数据分析

以东坞为例，东坞坞壁主要有两种直立支护结构和两种多级放坡支护结构组成，其代表性断面为1-1—4-4 断面，4 种坞壁监测点最大变化值统计见表3。

表3 东坞坞壁最值统计表Table 3 Statistics of the maximum value of the east dock wall

东坞坞壁代表性断面为1-1—4-4，其各断面对应代表性点号为测斜点S1、沉降位移点J3、测斜点S4、沉降位移点J8。其中沉降位移点随灌排水变化的时程曲线见图3 和图4。S1 与S4 测斜点变化量见图5。

图3 东坞放坡支护位移时程变化曲线Fig.3 Displacement time history curve of the east dock slope support

图4 东坞放坡支护沉降时程变化曲线Fig.4 Settlement time history curve of the east dock slope support

图5 东坞直立支护典型断面测斜时程变化曲线图Fig.5 Time history curve of typical section inclinometer data of east dock vertical support

东坞坞壁整个灌排水期间变化量不大，坡顶水平位移累计变化量不超过4.2 mm，坡顶累计沉降不超过-14.8 mm，深层水平位移不超过1.64 mm；灌水初期，4-4 代表性断面多级支护边坡变化比较明显，该处最大沉降点J10 速率最大可达-2.1 mm/d；排水后期，2-2、4-4 代表性断面坡顶位移变化比较明显，最大位移变化点J3、J9-1变化速率分别为2.3 mm/d、2.9 mm/d，3-3 代表性断面深层水平位移变化比较明显，最大深层位移点号S5 在0.13 m 标高处变化速率2.05 mm/d。由图3～图5 可知，4-4 代表性断面灌水至排水前呈现持续沉降趋势，排水过程中沉降变化较为明显，但其位移变化较小；其他坞壁沉降、水平位移及深层水平位移变化较小，东坞整体仍处于安全稳定状态。

3.3 中隔岸壁监测数据分析

中隔岸壁典型支护断面有3 个，分别为7-7—9-9 断面，其对应的倾斜点号为QX01—QX03。3 种坞壁的最大倾斜量及倾斜速率统计值如表4所示。

表4 中隔岸壁最值统计表Table 4 Statistics of the maximum value of the middle wall

中隔岸壁东西坞灌排水期各代表性断面倾斜变化量受灌排水速率影响较大。西坞灌排水周期较长，倾斜变化量较小，最大倾斜量-0.005%；东坞由于灌排水效率较高，中隔岸壁倾斜量较大，最大倾斜量0.012%。西坞中隔岸壁倾斜受灌排水影响较小。

4 结语

本文对干坞不同支护坞壁在灌排水期监测的变化情况进行了分析，可得到以下结论：

1）东坞灌排水期整体变化量较小，4-4 代表性断面多级放坡坞壁在灌水初期沉降变化较为明显，该处最大累计沉降为-14.8 mm，其他类型坞壁沉降及位移变化较小。排水后期，2-2、4-4 代表性断面坞壁顶部出现少量位移现象，3-3 代表性断面直立支护深层水平位移也出现少量变化。

2）灌排水效率对中隔岸壁倾斜变化影响较为明显，西坞排水初期倾斜变化略有变化，东坞灌水后期及排水初期倾斜变化较为明显。中隔岸壁在整个东西坞灌排水后总体倾斜量较小，处于安全稳定状态。

3）大连湾海底隧道干坞坞壁在整个灌排水使用期间变形量较小，坞壁支护结构较为合理，确保了多次灌排水等复杂工况下坞壁的安全稳定。