天津海河沉管隧道管段分節(jié)方案比選研究

謝 新

（天津市海河建設發(fā)展投資有限公司，天津 300010）

1 工程概述

沉管法[1]是指在干塢內(nèi)或大型駁船上先預制管段，再浮運到指定位置下沉對接固定,進而建成過江隧道或水下構筑物的施工方法，采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道[2]。沉管隧道自誕生以來，已經(jīng)在美國、荷蘭、日本等國家得到廣泛應用。我國修建沉管隧道起步較晚，但是發(fā)展迅速。目前已經(jīng)建成的沉管隧道有寧波甬江隧道、寧波常洪隧道、廣州珠江隧道、上海外環(huán)隧道[3]、廣州倉頭-生物島隧道、廣州生物島-大學城隧道[4][5]，在建的有廣州洲頭咀隧道、舟山沈家門海底隧道、佛山汾江路南延線東平河隧道、港珠澳大橋海底隧道。

天津濱海新區(qū)中央大道是濱海新區(qū)中心商務商業(yè)區(qū)的南北向中軸線，中央大道海河隧道是溝通濱海新區(qū)商業(yè)商務區(qū)海河南北兩岸的重要通道,隧道全長3463 m，其中穿越海河段采用沉管施工工藝。

為充分利用地下空間，發(fā)揮各市政管線系統(tǒng)的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，中央大道海河隧道在沉管段和兩側(cè)連接段為兩孔三管廊結構，兩孔為車行道范圍。三管廊為綜合管廊，用于放置過境的電力、熱力、給水、通訊等綜合管線。綜合管廊的設置體現(xiàn)了設計理念的科學性和先進性。斷面全寬36.6 m，高為9.65 m。其中底板厚1.40 m，頂板厚1.35 m，外側(cè)墻厚1.0 m（見圖1）。

圖1 海河隧道橫斷面圖（單位：cm）

沉管隧道的管段長度與分節(jié)數(shù)的確定，須綜合考慮管段制作、接頭數(shù)量、拖運沉放、河道通航條件、河床形態(tài)、縱剖面線型擬合、管段受力和合理性、工程的經(jīng)濟性，以及工期等因素后確定。本文將詳細比較分析不同管段分節(jié)方案的優(yōu)缺點。

2 管段分節(jié)方案

根據(jù)海河隧道工程建設場地現(xiàn)狀，干塢設置在沉管隧道北側(cè)。沉管管段先沉放北側(cè)，由北向南依次沉放，其岸邊最終接頭在南側(cè)。結合上述施工工工藝和工序，本文對管段分節(jié)設置提出兩節(jié)管和三節(jié)管兩個方案。

2.1 方案一：兩節(jié)方案（見圖2）

圖2 兩節(jié)方案分節(jié)示意圖

兩節(jié)管段的方案，沉管段工程設計起止樁號為K28+517.400～K28+757.400，全長 240 m，由 2節(jié)預制管段組成，管段長分別為120 m和110 m+10 m。北側(cè)管段進岸長度約8 m，南側(cè)管段進岸長度約18 m。

2.2 方案二：三節(jié)方案（見圖3）

圖3 三節(jié)方案分節(jié)示意圖

三節(jié)管段的方案，沉管段工程設計起止樁號為K28+492.000～K28+747.000，全長 255 m，由三節(jié)預制管段組成，管段長85 m、85 m、80 m+5 m。北側(cè)管段進岸長度約20 m，南側(cè)管段進岸長度約40 m。

3 管段分節(jié)方案分析

3.1 管段平面形態(tài)

根據(jù)平面推薦線路，方案一管段起訖點里程K28+517.4～K28+757.4，由兩節(jié)預制管段組成，管段長E1=120 m、E2=110 m+10 m；其中E1管段大部分位于2000 m平曲線段，E2管段全部位于直線段。平面線形對管段制作的影響適中。

方案二管段起訖點里程K28+505～K28+780，全長255 m，由三節(jié)預制管段組成，管段長E1=85 m，E2=85 m，E3=80 m+5 m。其中E1管段全部位于半徑2000 m平曲線段，E2管段部分位于平曲線段、部分位于直線段，E3管段全部位于直線段。兩個方案均為部分管段在直線段上，部分管段在曲線段上。

3.2 河床形態(tài)、航道要求

工程所屬河段河床呈不對稱“V”型，縱剖面線型設計時，設R=3000 m豎曲線，根據(jù)航運部門所確定的航道寬度不小于160 m、航道底標高-9.2 m的要求，航道范圍內(nèi)方案一和方案二管頂標高均能滿足距航道底邊角1 m豎向凈距的控制要求。

3.3 干舷高度

沉管隧道的設計與施工除了必需滿足結構空間和受力要求以外，還應同時考慮隧道管節(jié)在水中拖運和沉放的干舷高度等因素。在沉管隧道管段設計中，干舷高度的計算與其允許值是沉管隧道的外形尺寸的控制性因素[9]。

本文提出的兩個方案中，方案一管段干舷高度適中；方案二由于管段長度的減小，導致管段干舷高度略小，但是也滿足施工及安全要求。

3.4 干塢位置選擇與規(guī)模

該工程干塢塢址選擇有藍鯨島干塢、軸線干塢和移動干塢等方案。干塢塢址及規(guī)模的選擇與管段分節(jié)數(shù)量和管段長度密切相關。管段數(shù)量少，可以減小干塢規(guī)模。但是管段分節(jié)長度小，又有利于干塢選擇的靈活性。同時干塢塢址的選擇還應結合周邊地形地貌及后期開發(fā)利用等因素。

3.5 拖運、沉放、接頭費用

方案一單節(jié)管段長度達120 m，如選用藍鯨島干塢則需要單獨清理河道。如選用移動干塢，則對駁船要求需提高。而方案二單節(jié)管段僅85 m，拖運和沉放的均較為靈活。

盡管多設一節(jié)管節(jié)，就得多增加一組接頭等附屬設施等，增加了附屬設施費用。但是兩管段方案對干塢位置的選擇具有一定局限性，而三管段方案增加了干塢位置選擇的靈活性。

3.6 管段接頭位置的合理選擇

線路沿線河床形態(tài)、地形標高等資料顯示，近岸側(cè)管頂覆土厚度變化急劇，江中管頂覆土厚度相對較為平緩。管段進岸長度過長，則由于近岸覆土厚度急劇的變化，易造成管段縱向受力的不均勻，且可能會造成與相鄰管段接頭部位產(chǎn)生較大的變形，加大接頭處理的難度。

經(jīng)過綜合比較，確定方案一北側(cè)管段進岸長度約8 m，南側(cè)管段進岸長度約18 m。方案二北側(cè)管段進岸長度約20 m，南側(cè)管段進岸長度約40 m。

表1為管段分節(jié)方案綜合比選匯總表。

表1 管段分節(jié)方案綜合比選匯總表

4 結論

本文分別從管段平面形態(tài)、河床形態(tài)與航道要求、干舷高度、拖運沉放、干塢規(guī)模及管段接頭位置等多方面比較天津中央大道海河沉管隧道兩節(jié)管段和三節(jié)管段兩個方案的優(yōu)點與不足?？紤]到工程特點，推薦三節(jié)管段的方案為工程實施方案。

[1]陳韶章.沉管隧道設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]王艷寧，熊剛.沉管隧道技術的應用與現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代隧道技術，2004，（4）:1-4.

[3]上海市建設和管理委員會科學技術委員會.外環(huán)沉管隧道工程[M].上海：上?？茖W技術出版社，2005.

[4]傅瓊閣，沉管隧道的發(fā)展與展望[J].中國港灣建設，2004，（5）：53-58.

[5]楊文武.沉管隧道工程技術的發(fā)展[J].隧道建設，2009，29（4）：397-404.

[6]唐英，管敏鑫，萬曉燕.沉管隧道接頭的理論分析及研究[J].中國鐵道科學.2002，23（1）：67-72.

[7]楊秀軍，石志剛，顏靜儀.沉管隧道防災救援系統(tǒng)研究[J].地下空間與工程學報，2012,8（7）：1571-1575.

[8]代敬輝.軟弱地基下大型沉管隧道管段預制關鍵技術[J].鐵道標準設計，2012,（8）：87-90.

[9]林薇，李塔，呂勇剛.關于沉管隧道管節(jié)干舷計算及允許值的研究[J].中國港灣建設，2012,（4）:39-42.

[10]陸海軍.沉管隧道主體結構設計關鍵技術分析研究[J].隧道建設，2007,27（1）：46-50.