沉管隧道施工初探

总第１２２期　２００６年第６期　西部探矿工程　ＷＥＳＴ　ＣＨｌＮＡ　ＥＸＰＬ（）ＲＡＴ１０Ｎ　ＦＮＧｌＮＥＥＲＩＮＧ　ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．１２２　Ｊｕｎ．２００６　文章编号：ｌＯＯ４—５７ｌ６（２００６）０６—０ｌ３６—０３　中图分类号：Ｕ４５５．４６文献标识码：Ｂ　沉管隧道施工初探　杨小勇　（中铁隧道股份有限公司，河南新乡４５３０００）　摘要：对沉管隧道的概念、特点以及关键工序进行阐述，对盾构法、矿山法与沉管法进行了比较；并对沉管隧道施工技　术做了简单、必要的介绍。　关键词：沉管；隧道；施工　随着经济的迅猛发展，为适应生产、生活的需要，中国将陆续　沉管隧道是在一种应用于跨越江河及海峡（湾）水下隧道方　式，其施工方法是利用船坞或干坞预制管段，然后将管段拖运至　隧道位置（此时已完成基槽的浚挖），进行管段况放、对接、埋设等　作业，以形成水底隧道。　修建或筹建一些越江跨海的水底隧道，这将无疑为国内从事地　下工程的施工单位提供了良好的机遇。从已有的工程实践来看，　在水底隧道领域占主导地位的工法主要为沉管法、盾构法和矿　山法。因为工作的关系，对沉管隧道施工技术进行了专项学习研　究，从中受益匪浅。　１沉管隧道概念　沉管隧道一般由敞开段、暗埋段、沉埋段等部分组成，部分工　程在沉埋段两端设置岸边竖井，供通风、供电、排水等使用。如图　ｌ所示。　井　：　、Ｉ　．．．一．．　．／　Ｌ—　艇Ｌ一　～咝蛆．．１¨Ｌ………ｉ嫩　～ｌ＿日　…一　暇　图１沉管纵断面示意图　沉管隧道大致可以分为两大类：钢壳沉管和钢筋混凝土沉　（２）隧道埋深：沉管隧道的埋深只要０．５～１．０ｍ即可，也可　为零覆盖，甚至可凸出河床面；而盾构隧道的埋深至少在ｌ倍隧　道洞径以上；矿山法隧道的埋深则要求更大。因此三者相比，沉　管隧道的坡降损失最小，同一隧址处，隧道的长度也．最短，运营条　件ｄ土相对较好，造价也会相对较低；　（３）防水性能：沉管的管段每节长一般在１００ｍ以上，这　管。钢壳沉管隧道是钢壳与混凝土的组合结构，有单层和双层钢　壳隧道之分。北美地区大多采用钢壳沉管隧道形式，日本也修建　了几座，欧洲则采用的不多。钢筋混凝土沉管隧道又称为矩形沉　管，属于大体积多孔箱式混凝土结构，最早出现在欧洲，已建成的　混凝土管段沉管隧道，大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰；日　本、中国电修建了几座混凝土管段沉管隧道。　２沉管法、盾构法和矿山法之比较　（１）地质条件：沉管隧道的基槽开挖较浅，基槽开挖与基础　处理的施工技术相对比较简单；而且沉管由于受到水浮力的作　用，作用于地基的荷载较小，因而对基础承载力的要求较低，对各　种地质条件的适应能力较强。矿山法与盾构法隧道则对地质条　件的要求相对较高，而在一些地区，由于特定的地质因素影响，根　本不允许使用矿山法与盾构法进行施工；　样沉管隧道的接缝很少；并且管段是在工作条件较好的露天　干坞内进行预制的，混凝土浇筑质量易于控制，因此管段的防　水性能是完全有保证的。同时管段接头处采用ＧＩＮＡ和（）　ＭＥＧＡ两道橡胶止水带，已经经过了工程实践的验证，管段　之间的连接完全可以做到“滴水不漏”。盾构隧道由于采用预　制管片作为衬砌结构，　此施工缝分布广泛，尽管采取紧固、　密封、防水等各种措施，但保证隧道不发生渗漏或滴水不漏仍　然是相当困难的。矿山法施工的隧道，由于施工工艺本身的　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６住　第６期　杨小勇：沉管隧道施工初探　１　３７　，无论是混凝土结构还是外敷防水层在施工过程中部存　在一些质量缺陷，隧道漏水是不可避免的，大量的山岭隧道漏　水实例已经充分证明这一点；　一个缺点是主体结构的圬］－量较大；　（８）航运干扰：沉管隧道在浮运、沉放、对接阶段将对航道产　生一定影响，某些地区需要采取封航措施才能保证施工的顺利　进行。而盾构隧道和矿山法隧道则对航道没有任何干扰。　３沉管隧道施工　（４）断面适应性：矿山法隧道的断面越大单位造价越高，尤其　是在围岩较差时，需要特别采用强支护与超前支护手段，进一步　增大工程造价，而且施工难度与风险极大，尤其是在水底条件下。　盾构法隧道断面越大，则需要的盾构直径越大，从而引起设备购　根据沉管隧道的施工特点可以划分为：干坞整备、管段预制、　管段舾装、基槽浚挖、管段浮运与沉放、隧道覆盖及施工测量等７　大工序。　３．１千坞整备　置费用大幅上升，直接提升工程造价。而沉管隧道可根据使用功　能需要确定断面大小，基本无大小。沉管隧道断面的增大对　工程的单位工程量造价影响不大。因此沉管隧道的断面适应性　最好，断面越大，沉管的优势越明显。此外，沉管隧道可根据需要　改变断面，且断面利用率较高。而矿山法隧道根据施工工艺以及　干坞是指专门用于预制沉管管段的场地，该场地既能满足　分节预制沉管的需要，又能满足通过某种方式使管段达到拖运　状态的要求。根据干坞形式的不同，可以基本分为陆上干坞、移　动干坞、工厂化预制三类方式。　结构稳定的需要，一般为似马蹄形或拱形；盾构隧道受到的盾构　机制约一般为圆形，如采用异形断面，则盾构机需要专门定购加　工，工程成本增加较多；　（５）作业环境：盾构隧道和矿山隧道施工时，作业人员大部分　作业时间在河床下面进行，其安全性和作业条件较差，不确定因　素较多；而沉管隧道的主要作业是在陆上露天进行的，水面作业　和水下作业周期均较短，安全可控性较好；　（６）工序衔接：沉管隧道施工时，平行作业点比盾构隧道和矿　山法隧道多，如管段预制可以和基槽开挖以及岸上主体结构等　工序平行作业，这样，沉管隧道在施工组织上，在时间、空间、人员　的安排及工期上有较大的优越性和灵活性。而盾构隧道和矿山　法隧道由于作业空间、施工工艺的，很多工序无法平行作业；　陆上千坞是指在陆地上开挖的一个临时基坑，作为预制管　段的场地。管段预制完成后，向基坑内灌水，使管段起浮，并将管　段牵引出干坞进入河道。移动干坞是指利用大型的半潜驳船或　浮动船坞作为管段预制的场地，其最大的特点是管段的预制是　在处于漂浮状态的船只上完成的。沉管工厂化预制是在陆上固　定的预制场内进行的，不需要开挖基坑。利用“气囊搬运技术”将　预制好的沉管管段平移到半潜驳船上，然后利用驳船将管段拖　运至隧址下潜安装。干坞选型主要是根据经济性和工期两方面　来选择适宜的类型。　３．２管段预制　３．２．１模板体系　（７）工程量：沉管隧道与另外两种隧道形式相比，其主要缺点　是基槽（呈倒梯形状）开挖的土方量大，相应的回填量也较大；另　根据模板使用部位的不同，一般将模板划分为底模、底板边　模、外模、内模、内隔墙模板，见图２。　＿；　铡第　——　—　次　浇　筑　说明：①底模；　②底板边模；　③外侧边模；　③外模支撑杆件；　⑤外模支撑立柱；　钢缝拉索；∞模板台车；　⑧对穿螺栓；　⑨电缆通道模板体系；　⑩底板例角模板。　图２管段预制模板体系示意图　３．２．２混凝土生产　和粉煤灰储罐、粗细骨料堆场和水洗筛分系统、混凝土拌和站以　及混凝土输送泵等。　生产线的布置必须适应施工组织制定的生产工艺及生产流　程，并满足工程设计提出的特殊要求，如混凝土人仓温度控制及　由于沉管隧道混凝土量较大，而且管段预制对混凝土拌和　质量、入模温度以及灌注时间等有着严格的要求，因此混凝土生　产要求必须采用现场拌和方式进行，｝昆凝土生产线应包括水泥　维普资讯 http://www.cqvip.com

西１３８　部探矿工程　Ｊｕｎ．２００６　Ｎｏ．６　容重控制等。混凝土配合比设计是否合理和生产质量是否得到　保证，将直接影响混凝土的质量和容重。混凝土的容重变化会直　接影响管段的干舷高度，而混凝土的质量是保证管段预制综合　质量的根本，尤其是提高管段结构的防水性能以及防裂抗渗性　能的关键环节，因此混凝土配合比的没计和生产是保证管段预　下沉和着地下沉。在沉放前，应对气象、水文条件等进行监测、预　测，确保在安全条件下进行作业。　（３）管段对接：管段的水下对接采用水下压接法完成，该法是　利用静水压力压缩ＧＩＮＡ止水带，使其与被对接管段的端面问　形成密闭隔水效果，水下对接的主要工序包括：对位、拉合、压接、　制质量的关键之一。　３．２．３管段预制关键技术　管段的预制是沉管隧道施工的关键项目之一，关键技术包　括：　（１）容重控制技术：混凝土容重决定了管段重量大小，如果控　制不当，可能造成管段无法起浮等问题，为了保证管段浮运的稳　定性及干舷高度，必须对　昆凝土容重进行控制，措施包括配合比　控制、计量衡器控制、配料控制、容重抽查等；　（２）几何尺寸控制：几何尺寸误差将引起浮运时管段的干舷　及重心变化，进而增加浮运沉放的施工风险；特别是钢端壳的误　差，会增加管段对接难度和质量、影响接头防水效果，甚至影响隧　道的整条线路，因此几何尺寸误差控制是管段预制施工技术的　难点、重点之一。管段几何尺寸控制措施主要包括精确测量控　制、模板体系控制、钢端壳控制，钢端壳采用二次安装消除安装误　差；　（３）结构裂缝预防：管段混凝土裂缝的控制，是沉管隧道施工　成败的关键之一，也是保证隧道稳定运行的决定性因素，因此需　要在所有施工环节对裂缝控制予以充分考虑，由于裂缝预防与　大体积混凝土裂缝控制类似，而且篇幅有限，本文不作详述；　（４）结构裂缝处理：虽然采取了一系列防裂措施，但管段裂缝　是不能避免的。出现裂缝后，应采取补救措施。首先对裂缝观察　描述认定，依据其性质选用合理的方案补救。第一类为表面裂　缝，可采用表面封堵方案处理；第二类为贯穿性裂缝，可采取化学　灌浆方案处理。　３．３管段舾装　为了满足沉管管段的拖运、沉放等作业的需要，管段要安装　必要的设施和设备，这一安装过程称为舾装。完成管段预制施　工，即转入舾装施工，主要工序包括：试浮检漏、防锚层施工、浮运　沉放配套设备安装、干舷调整等。　３．４基槽浚挖　基槽开挖主要是通过挖泥船等水上作业开挖出管段沉放所　需要的空间，开挖分为：一次开挖，开挖至基槽设计标高；二次清　挖，在管段沉放前挖除回淤的泥砂及沉积杂物。基槽施工应注意　对河流回淤问题的研究，对于回淤特别严重的地区需要采取一　定处理措施。基槽开挖过程中采用挖泥船船底安装水下地形扫　描仪与声纳配合，对基槽成型进行实时检查、控制。对遇到的水　下孤石或局部岩体采用水下爆破予以清除，包括水下裸露爆破　和水下钻孔爆破两种方法。　３．５管段浮运与沉放　（１）浮运：浮运是指将沉管管段从预制场地运输至管段沉放　位置的过程，根据不同工程特点选择适合的方式，有拖轮拖运、半　潜驳船运输、岸上控制等方式。　（２）管段沉放：沉放作业分为三个阶段进行：初次下沉、靠拢　内部连接、拆除端封墙等工序。　（４）基础处理：为了解决在基槽施工过程中出现的槽底起　伏不平的问题，需要对槽底进行垫平处理，处理方法可以分为　先铺法和后填法两大类　先铺法只有刮铺法一种，包括刮砂　法和刮石法；后填法包括灌砂法、喷砂法、灌囊法、压浆法和压　砂法等。　（５）最终接头：管段沉放有两种组织方式：一是沉放从一侧岸　上段开始，逐节沉放管段，向另一侧岸上段延伸；二是沉放从两侧　岸上段同时开始，向河（海）道中延伸。由于管段是一个体积庞大　的箱体结构，为了保证能够顺利沉放，最后一节管段与岸上段主　体结构或另一侧沉放的管段之间必须留有一定空隙，这是管段　沉放工艺所必须的。　为了保证最后一节管段沉放而在隧道纵向方向留出的空　隙，称之为最终接头，接头长度一般在１．ｏ～２．５ｍ左右。第一种　沉放方式最终接头称为岸上接头，在岸上无水状态下施工；第二　种沉放方式最终接头称为水中接头，在河（海）道中进行水下作　业，完成最后结构施工。由于管段承受的静水压力往往达到数千　吨，在最终接头施＇ｒｕｅ存在支撑体系的转换问题，如果这一问题　处理不当，已沉放管段间的ＧＩＮＡ止水带将出现松弛，造成管段　漏水。　３．６隧道覆盖　隧道覆盖对沉管隧道加以保护，使其具有较好防冲刷、防锚、　防沉船等能：力，同时防止在基础边缘外侧可能形成抗地震液化　薄弱区。回填的施工工序分为：锁位充填、普通回填物、预防冲刷　回填。　３．７施工测量　沉管隧道施工过程中需要测量控制的项目包括：管段预制　施工线与精度控制、水下地形测量、管段沉放、对接定位测量以及　水文观测（流速、潮位测量）等，一般采用两种测量方式，即常规全　站仪测量与ＧＰＳ测量相结合。沉管隧道施工测量与一般工程测　量的不同之：处在于：在沉管管段浮运、沉放、对接等工序施工时，　管段处于浮动状态，而不是静止的。　４结束语　沉管隧道对我们而言是一个全新的领域，可以说有关沉管　隧道的每个环节都应作出详细介绍，但受到文章篇幅，无法　对沉管隧道展开详细论述。　参考文献：　Ｅ．ｔｌ陈韶章．沉管隧通设计！ｊ施工［Ｍ］．北京：科学＿Ｌ业ｉ｛｛Ｊ　社，２００２．　Ｆ２３夏明耀　曾进伦，等　地下工稃设｝ｒ施　厂手￣Ｊ－Ｉ－Ｍ３。北京：『ｆ　ｌ建筑＿［　业ＪｌＪ版社，２００２．　［３］赵宏，李源胡，沉管隧道设计和施工技术专辑ＦＲ］．洛ｌＩｉ｝ｆ－：中铁隧道　｛工程局科研所、没汁院，１９９５．