沉管法施工概述

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沉管法施工概述沉管埋管段法隧道，常简称为沉管隧道，该工法是把预制好的管段通过浮运沉放，并在水下对接成一整体隧道的沉管段的工法简称，沉管隧道通常由两岸上段（或人工岛）、沉管段组成，一般用于建造道路、轨道交通水下隧道。该工法将在预制场（岸上干坞或半潜驳）中预制好的钢筋混凝土结构管段，两端用临时的封板封闭，然后向坞内灌水使管段起浮出坞，或半潜驳下潜管段起浮脱离半潜驳，分节把处于正浮力的管段浮运至隧道水中沉管段沉放位置，然后向管段内灌水至一定的负浮力，借助水面船舶组成的吊挂系统，将管段按定线要求准确沉放于预先挖好并经过处理的水下沟槽内或经过处理的河（海）床面上，管段之间、管段与岸上段之间的接头由特制的GINA橡胶止水带，通过水压接原理形成初始密封，拆除临时封板，进行各接头最终处理，使各管段联成一整体隧道的沉管段。沉管隧道纵断面根据规划航道通行限定的水深、水道排洪纳潮的要求结合河（海）床标高可按全埋式、半埋式或直接放置经过处理的河（海）床的方式进行设计。相对其他工法修建的水下隧道，其埋深是最浅的。●沉管隧道施工方案沉管隧道的施工方法根据干坞类型的不同、沉管基础形式的不同而不同。在选择确定沉管施工方法的时候要根据沉管隧道的长度、规模、既有设备、隧址周边环境等综合因素考虑，选择最经济使用的施工方法。一般说来，距离较长的海底隧道多采用碎石基础+固定干坞；距离较短的过河隧道多采用灌砂基础+移动干坞、灌砂基础+移地干坞或灌砂基础+轴线干坞。⑴碎石基础+固定干坞的施工方法首先根据隧止周边环境，选择一地质条件好、拆迁少、岛四周水深大、离隧道近的地方修建固定干坞，干坞修建的同时开始水下基槽的开挖，水下基槽开挖可根据地址情况及工期要求采用抓斗、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船开挖，当采用挖泥船挖不动时，可采用水下爆破的方法开挖；干坞修建完成后开始管段制作，一般说来对于这样的长隧道需要多批次制作管段，管段制作完成一批次后，放水将管段浮在水面上，然后打开坞门，将管段浮运至临时存放区（部分管段可直接浮运至隧址沉放），基槽开挖一般是先粗挖再精挖，在管段满足沉放要求的前提下，开挖一段，马上进行碎石铺设，并及时进行管段的沉放对接施工。⑵灌砂基础+移动干坞的施工方法采用半潜驳作为移动干坞来制作管段，管段制作完成一段可将管段寄存在河流中的临时存放区；管段制作的同时开始水下基槽施工，基槽精挖完成后及时施工临时垫块，然后将临时存放区的管段浮运至隧址进行沉放对接，然后进行灌砂基础施工。⑶灌砂基础+移地干坞的施工方法干坞修建完成后开始管段制作，一般说来短隧道可一次性制作完成，管段制作完成后，放水将管段浮在水面上。基槽精挖完成后及时施工临时垫块，然后打开坞门将管段浮运至隧址沉放对接，然后进行灌砂基础施工。⑷灌砂基础+轴线干坞的施工方法轴线干坞的沉管隧道与移地干坞沉管隧道的施工方法基本相似，最大的区别就是管段浮运出坞（干坞完成使命）后，需要在坞口修建围堰，对干坞基坑进行二次开挖至隧道设计位置。●沉管隧道的优点沉管法在世界各国得到广泛应用，技术日臻成熟，具有众多优点。⑴隧道结构的主要部分沉管段的管段由于在干坞或半潜驳船上浇筑，施工条件好，场地开阔，质量容易保证，并可方便施作外防水层。不须像其它工法修建隧道那样在遭受到土压力或水压力荷载作用下的狭窄空间内进行施工，能保证隧道质量与安全，且防水性能较好。如采用平行作业（两岸上段、基槽开挖、干坞、管段预制同步施工）时，管段沉放对接、基础处理水上作业时间短，对航运与环境影响不大，同时可大大缩短工期；-433-⑵沉管隧道的单位体积密度小，有效重量小，再加上附加压重以及混凝土防护层，隧道总重比基槽内的挖掘出的土体要轻（除直接放置河床的情况外），可有效控制隧道的沉降。对地质条件适应性强，要求低，广泛适用于各种地层（各种地层的承载力几乎都可满足要求），甚至能在流砂与软弱地基中施工，而不需特殊设备或措施；

1-434-⑶可用于修建大断面水底隧道，如修建双管六车道，甚至四管八车道的水底道路隧道；⑷管段长度可达100m～185m，且可以整体浇制，水密性好。⑸沉管法隧道可浅埋在最小限度的深度上，从而使隧道全长缩短至最小限度，对于水底道路隧道则易于与岸边道路衔接。⑹防护条件虽较深埋隧道稍差，但比桥梁好，而且还可以在沉管隧道顶面作防护层提高防护能力；⑺因管段制作采用预制方式，且浮运与沉放施工机械装置已集成大型化，使大断面隧道的施工的安全与质量可控，且大大缩短了工期，满足了现代化交通枢纽的需要；⑻隧道位址深度较浅，与两岸道路衔接容易相对较短，总工程量减小，并且沉管隧道能充分利用净空，可节省土建投资和通风运营费用，建筑单价和工程总价均可降低；⑼综合工期短，沉管隧道最大优点是现场施工工期短，两岸工程、基槽开挖、管段预制可同时施工，管段的浮运、沉放、水下对接和基础处理等工序相对总工期来讲比较短。●沉管隧道的存在的问题尽管沉管隧道具有众多的优越性，我国在沉管隧道修建技术方面也取得到了一系列成果，但由于目前我国采用沉管法修建的隧道比较少，在许多方面仍不成熟，仍存在许多问题有待解决。⑴沉管接头沉管接头是沉管隧道区别于其它隧道的最大特点，目前已建沉管隧道的接头方式过于复杂，受力机制不明确，而且不利于防水，沉管接头的形式及其防水结构设计等都有待研究。⑵水下边坡主要包括水下基槽成槽技术与精度控制、水下基槽边坡的合理经济性设计等方面，施工过程应严格控制基槽开挖过程导致的泥砂流失。⑶基础处理沉管基础的处理方式较多，但是对其最终密实性与整体质量的控制都差强人意，致使工后差异沉降严重，对工后管段结构安全不利；⑷回淤与环境评价对于水环境的影响研究得不够，导致回淤严重、工控不良。严重的甚至严重影响施工过程中水下基槽边坡失稳与管段沉放与对接，影响施工质量与工期，工后泥沙淤积现象严重，进而造成严重环境问题；⑸防水问题关于防水问题主要包括如下几个方面：管段自身防水、底钢板与外防水板的采用与类型、管段接头防水等；⑹耐久性与长期可靠性隧道整体及管段的抗渗透与耐久性及长期可靠性缺少合理评价措施与手段；⑺管段长度及浇注段的合理划分问题；⑻温控与防裂问题；⑼超长管段与超大断面情况下的设计与施工技术问题；⑽管段浮运、沉放与对接控制技术问题；⑾相关配套工程也未形成体系；⑿修建技术尚未规范化；⒀基槽开挖、管段浮运、沉放对水域生态及航运的影响问题；⒁岸上段及护岸工程对水利防洪影响问题；⒂造价偏高；⒃目前我国尚未形成沉管隧道的设计、施工与验收规范。●沉管隧道的适用范围⑴多修建在江河的中下游河势演变较稳定和浅海（港）湾处在下游河床比较平坦，水流速度不会过大。但如水流速度大于3.0m/s，或水流方向极不稳定，或河床有深沟、地形陡峭．都会造成管段浮运、沉放、对接闲难。若水深超过60m，则矩形钢筋混凝土管段的沉放、对接困难，亦难以实现水下水压对接形成临时密封，也难以采用水中的最终接头。对于圆形钢壳与混凝土组合的管段，由于难以实施水下焊接及水下混凝土的浇注工艺，水下接头处理亦十分困难。

2-435-⑵广泛适用于各种软弱地基条件沉管隧道对地基承载能力要求不高、广泛应用于地层承载力差的软弱地基上，地基的标准贯入度N不大于30的情况对修建沉管隧道极为有利。对于需在岩石地层河（海）床开槽沉放管段的情况下，需要进行水下爆破开挖，导致工期长、造价提高。⑶合适的干坞条件选用沉管工法修建水下隧道，必须具有合适的干坞条件，一般应具备合适的异地干坞条件，才能发挥沉管工法两岸上段、沉管段基槽、管段预制同步动工的优势。异地干坞必须有足够的土地面积、良好的工程地质和水文地质条件、合适的管段浮运航道。如没有合适的异地干坞条件，对于较短沉管隧道，预制管段数量少时，可采用轴线干坞或半潜驳船预制管段。