论文部分内容阅读
摘要：简述了沉管法施工的工艺，施工过程和施工优缺点。分析了在建造水下隧道时沉管法施工与盾构法的优劣。并结合港珠澳大桥分析了沉管法，得出沉管法施工对施工工艺要求高，但是施工效果好的结论。
关键词：沉管法；施工；工艺；港珠澳大桥
1 沉管法的定义和施工历史
就跨越江河湖海的可选方式而言。目前主要有轮渡、桥梁与水下隧道。轮渡方式虽然投资少，但由于其受交通运输量小、等候时间长、气候影响大等不利因素的限制，与现代城市快节奏交通运输不相适应，所以现在选用较少。跨越江河湖海的方式越来越多地在水下隧道与桥梁之间做出选择。
随着中国经济的高速发展、隧道修建技术的日臻完善以及人們环保意识的不断增强，水下隧道也逐渐被国人所接受，并付诸建设。水下隧道施工常采用的方法有钻爆法、盾构法、TBM法和沉管法。于1910年美国的底特律河隧道开始，迄今为止，世界上已有100多条沉管隧道。
沉管法[1]是预制管段沉放法的简称。水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、覆盖层等组成，整体坐落于河（海）水底。沉管法现已成为水底隧道的主要施工方法。即按照隧道的设计形状和尺寸在拟建隧道以外的船台上预制隧道管段并在两端用临时隔墙封闭，后舾装好拖运、定位、沉放等设备将其拖运至拟建隧道位置沉放到江河中预先浚挖好的沟槽中并连接起来，最充填基础和回填砂石将管段埋入原河床中。
沉管隧道的管段断面结构形式按制作材料分，主要有钢壳混凝土管段和钢筋混凝土管段两种；按断面形状分有圆形、矩形和混合形；按断面布局有单孔式和多孔组合式。
2 沉管法的施工工艺
在施工过程[2]中，管段制作、基槽浚挖、管段的沉放与水下连接、管段基础处理、回填覆盖是施工的主体。
干坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需场所。干坞是一项临时性工程，隧道施工结束后便完成其使命。在干坞内施工管段制作的要求：①沉管管段是在地面预制的，所以其基本工艺与地上制作其它大型钢筋混凝土构件类似。 ②要对预制管段的对称均匀性和水密性进行控制。 ③保证浮运和下沉，管段上还要设置端封墙和压载设施。基槽开挖一般采用吸泥船进行，如链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船等
管段[3]在干坞中预制好、沉管基槽开挖及基础处理好后便可进行管段的出坞、浮运、沉放与水下连接工作，是沉管隧道难度最大的一道工序。 管段沉放就位后，还要与已连接好的管段连成一个整体。水下连接技术的关键是要保证管段接头不漏水。水下连接主要是水力压接这种方法。水里压接法[4]就是利用管段另一端端面上的强大水压力，使安装 在待接端周边的圈状胶垫压缩且紧贴原有管段端面而形成接头的水下连接方法。有工艺简便，操作容 易，水密性可靠，基本不需潜水工，省工省料及施工 速度快等优点。
槽底表面不平整，槽底表面与沉管底面之间将存在很多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀而局部破坏，从而引起不均匀沉降，使沉管结构受到局部应力而开裂，故必须进行基础处理（基础填平）沉管隧基础处理的很多，主要分先铺法和后填法两大类。在管段沉放前进行的处理方法称先铺法，又叫刮铺法，包括刮砂法和刮石法；后填法是先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后再补填垫实，它包括喷砂法、压砂法、压浆法等。
3 沉管法的优缺点
沉管法的技术[5]优点在于：首先，从地层条件来看，沉管隧道在地基上不受地质条件的限制，对地基允许承载力的要求也很低，一般5N/cm2左右。第二，工程造价较低。因水下挖土单价比地下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比制造、运送大量的管片费用低得多；又因接缝较少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。第三，沉管隧道工期短，施工质量高，易于做好防水措施；管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。第四，沉管隧道的埋深很浅，并且适用水深范围较大，因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。第五，断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。与之对应的沉管法也有着许多缺点：1.因为管段预制，所以管段制作混凝土工艺要求严格。2.占用施工场地较多3.施工受气象、水文等自然条件影响较大
4 工程实例
在世界上独一无二的超级工厂里，制作一个个长180米、重约8万吨，尺寸类似于一幢60层楼房的巨大混凝土沉管，然后把它运输到施工海域，安装到精心准备的海底基槽中，一节节对接起来，形成一个海底隧道，专业术语叫沉管隧道。这便成为当今世界上土木工程界最难的工程之一——港珠澳大桥岛隧工程[6]-。港珠澳大桥是中国的一座跨海大桥，连接香港、澳门半岛和广东省珠海市。 因为港珠澳大桥横跨伶仃洋海域，而伶仃洋的主航道正是在海底隧道的位置。所以大桥主体工程采用桥隧组合方式。 港珠澳大桥沉管隧道是港珠澳大桥的重要组成部分，穿越伶仃西及铜鼓航道长达6648米。港珠澳大桥工程投资超过700亿元，近6公里的沉管隧道由33节沉管在海底次第对接而成，是整个工程的核心，任何一节沉管出了问题，都会对工程建设产生致命的影响、对工程120年的使用寿命产生致命影响。港珠澳大桥沉管隧道槽深30米左右，这在全世界还是第一次；深水安装的长度超过3公里，在全世界也是第一次。
5.结论：
①沉管法施工的施工工艺比较难，但施工效果好，较为经济。②在施工水下隧道方面，沉管法施工比盾构法施工更为经济更为便利。③通过港珠澳大桥实例分析我国沉管法的施工技术已经达到了非常高的地位。
参考文献
[1]朱林.隧道沉管法施工技术 《技术与市场技术研发》第18卷第8期2011
[2]范佳俊，李立国.沉管法隧道施工及其问题分析 《城市建设理论研究》第21期2011，
[3]孟民强.沉管法隧道管内施工浅谈 《建造与修理》
[4]管敏鑫.沉埋隧道的接头防水和水力压接 《中国土木工程学会隧道及地下工程学会第八届年会论文集》
[5]钱七虎.从河床冲淤分析沉管法修建长江水下隧道问题 《现代隧道技术》第43卷第4期2006.8
[6]卢普伟，梁邦炎，资利军.港珠澳大桥隧道工程沉管法与盾构法比选分析 《施工技术》2012年第17期
关键词：沉管法；施工；工艺；港珠澳大桥
1 沉管法的定义和施工历史
就跨越江河湖海的可选方式而言。目前主要有轮渡、桥梁与水下隧道。轮渡方式虽然投资少，但由于其受交通运输量小、等候时间长、气候影响大等不利因素的限制，与现代城市快节奏交通运输不相适应，所以现在选用较少。跨越江河湖海的方式越来越多地在水下隧道与桥梁之间做出选择。
随着中国经济的高速发展、隧道修建技术的日臻完善以及人們环保意识的不断增强，水下隧道也逐渐被国人所接受，并付诸建设。水下隧道施工常采用的方法有钻爆法、盾构法、TBM法和沉管法。于1910年美国的底特律河隧道开始，迄今为止，世界上已有100多条沉管隧道。
沉管法[1]是预制管段沉放法的简称。水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、覆盖层等组成，整体坐落于河（海）水底。沉管法现已成为水底隧道的主要施工方法。即按照隧道的设计形状和尺寸在拟建隧道以外的船台上预制隧道管段并在两端用临时隔墙封闭，后舾装好拖运、定位、沉放等设备将其拖运至拟建隧道位置沉放到江河中预先浚挖好的沟槽中并连接起来，最充填基础和回填砂石将管段埋入原河床中。
沉管隧道的管段断面结构形式按制作材料分，主要有钢壳混凝土管段和钢筋混凝土管段两种；按断面形状分有圆形、矩形和混合形；按断面布局有单孔式和多孔组合式。
2 沉管法的施工工艺
在施工过程[2]中，管段制作、基槽浚挖、管段的沉放与水下连接、管段基础处理、回填覆盖是施工的主体。
干坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需场所。干坞是一项临时性工程，隧道施工结束后便完成其使命。在干坞内施工管段制作的要求：①沉管管段是在地面预制的，所以其基本工艺与地上制作其它大型钢筋混凝土构件类似。 ②要对预制管段的对称均匀性和水密性进行控制。 ③保证浮运和下沉，管段上还要设置端封墙和压载设施。基槽开挖一般采用吸泥船进行，如链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船等
管段[3]在干坞中预制好、沉管基槽开挖及基础处理好后便可进行管段的出坞、浮运、沉放与水下连接工作，是沉管隧道难度最大的一道工序。 管段沉放就位后，还要与已连接好的管段连成一个整体。水下连接技术的关键是要保证管段接头不漏水。水下连接主要是水力压接这种方法。水里压接法[4]就是利用管段另一端端面上的强大水压力，使安装 在待接端周边的圈状胶垫压缩且紧贴原有管段端面而形成接头的水下连接方法。有工艺简便，操作容 易，水密性可靠，基本不需潜水工，省工省料及施工 速度快等优点。
槽底表面不平整，槽底表面与沉管底面之间将存在很多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀而局部破坏，从而引起不均匀沉降，使沉管结构受到局部应力而开裂，故必须进行基础处理（基础填平）沉管隧基础处理的很多，主要分先铺法和后填法两大类。在管段沉放前进行的处理方法称先铺法，又叫刮铺法，包括刮砂法和刮石法；后填法是先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后再补填垫实，它包括喷砂法、压砂法、压浆法等。
3 沉管法的优缺点
沉管法的技术[5]优点在于：首先，从地层条件来看，沉管隧道在地基上不受地质条件的限制，对地基允许承载力的要求也很低，一般5N/cm2左右。第二，工程造价较低。因水下挖土单价比地下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比制造、运送大量的管片费用低得多；又因接缝较少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。第三，沉管隧道工期短，施工质量高，易于做好防水措施；管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。第四，沉管隧道的埋深很浅，并且适用水深范围较大，因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。第五，断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。与之对应的沉管法也有着许多缺点：1.因为管段预制，所以管段制作混凝土工艺要求严格。2.占用施工场地较多3.施工受气象、水文等自然条件影响较大
4 工程实例
在世界上独一无二的超级工厂里，制作一个个长180米、重约8万吨，尺寸类似于一幢60层楼房的巨大混凝土沉管，然后把它运输到施工海域，安装到精心准备的海底基槽中，一节节对接起来，形成一个海底隧道，专业术语叫沉管隧道。这便成为当今世界上土木工程界最难的工程之一——港珠澳大桥岛隧工程[6]-。港珠澳大桥是中国的一座跨海大桥，连接香港、澳门半岛和广东省珠海市。 因为港珠澳大桥横跨伶仃洋海域，而伶仃洋的主航道正是在海底隧道的位置。所以大桥主体工程采用桥隧组合方式。 港珠澳大桥沉管隧道是港珠澳大桥的重要组成部分，穿越伶仃西及铜鼓航道长达6648米。港珠澳大桥工程投资超过700亿元，近6公里的沉管隧道由33节沉管在海底次第对接而成，是整个工程的核心，任何一节沉管出了问题，都会对工程建设产生致命的影响、对工程120年的使用寿命产生致命影响。港珠澳大桥沉管隧道槽深30米左右，这在全世界还是第一次；深水安装的长度超过3公里，在全世界也是第一次。
5.结论：
①沉管法施工的施工工艺比较难，但施工效果好，较为经济。②在施工水下隧道方面，沉管法施工比盾构法施工更为经济更为便利。③通过港珠澳大桥实例分析我国沉管法的施工技术已经达到了非常高的地位。
参考文献
[1]朱林.隧道沉管法施工技术 《技术与市场技术研发》第18卷第8期2011
[2]范佳俊，李立国.沉管法隧道施工及其问题分析 《城市建设理论研究》第21期2011，
[3]孟民强.沉管法隧道管内施工浅谈 《建造与修理》
[4]管敏鑫.沉埋隧道的接头防水和水力压接 《中国土木工程学会隧道及地下工程学会第八届年会论文集》
[5]钱七虎.从河床冲淤分析沉管法修建长江水下隧道问题 《现代隧道技术》第43卷第4期2006.8
[6]卢普伟，梁邦炎，资利军.港珠澳大桥隧道工程沉管法与盾构法比选分析 《施工技术》2012年第17期