基于沉管法隧道施工探究

馮曉丹

摘要：沉管隧道工法為水下隧道建設(shè)的主要工法之一，其關(guān)鍵工序包括管節(jié)預(yù)制、浮運、沉放對接和基礎(chǔ)處理等。本文主要介紹了沉管隧道的施工工法，對其工藝進(jìn)行了相關(guān)歸納;通過對這種工法的特點的分析，突出了其在水下隧道中的優(yōu)越性，同時對其存在的一些問題進(jìn)行了分析，最后對世界沉管技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：沉管法;特點;問題;技術(shù)

前 ?言

在穿越江河流域時可采用架橋法或修建隧道法。隧道法除采用礦山法、掘進(jìn)機(jī)法外，還可采用沉埋管段法。沉管法最早于1810年在倫敦的泰晤士河修筑水底隧道是進(jìn)行了試驗研究，1894年利用沉管法在美國波士頓正式修成一條城市排水隧道。1910年，底特律水底鐵路隧道的建成，標(biāo)志著沉管法修建水底隧道技術(shù)的成熟。我國應(yīng)用沉管法修建水底隧道雖然起步較晚，但發(fā)展較快。1993年在廣州珠江下建成了大陸第一條沉管隧道，珠江隧道和甬江隧道都是由我國自行設(shè)計和施工的，標(biāo)志著我國在這一領(lǐng)域進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。

一、沉管隧道工法

1.沉管法及其一般工藝

所謂沉管法，即按照隧道的設(shè)計形狀和尺寸，先在隧址以外的干塢中或船臺上預(yù)制隧道管段，并在兩端用臨時隔墻封閉，然后舾裝好拖運、定位、沉放等設(shè)備，將其托運至隧道位置，沉放到江中預(yù)先浚挖好的溝槽中，并連接起來，最后充填基礎(chǔ)和回填砂石將管段埋入原河床中。沉管法施工的一般工藝流程圖示：

2.沉管隧道施工工序簡介

（1）管節(jié)的制造和裝配。

（2）基槽開挖。

（3）基礎(chǔ)處理。

（4）管節(jié)浮運、沉放、連接。

（5）回填和保護(hù)管節(jié)，完成管節(jié)內(nèi)部和接縫收尾作業(yè)。

二、沉管法評述

1.沉管法的特點

1.1 隧道管節(jié)是在造船臺或者干塢中良好條件下施工制成的，因此可以做成需要的形狀和很大尺度的管節(jié)。

1.2 對地質(zhì)水文條件適應(yīng)性強(qiáng)，施工方法簡單。沉管法不怕軟弱地層，基本上不受地質(zhì)條件的限制，對地基承載力的要求也較低，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件。

1.3 施工工期短，對航運影響小，施工質(zhì)量容易保證。管段在干塢中呈長段預(yù)制，沉放連接時間短，。沉管的主要工序可平行作業(yè)，各工序干擾少，可縮短工期。管段地面預(yù)制，施工場地集中，管理方便，管段的結(jié)構(gòu)質(zhì)量能得到充分保證。

1.4 全部沉放作業(yè)可以在水面上使用重型船舶、機(jī)械操作，施工容易也非常安全。

2.沉管法的適應(yīng)性

2.1 沉管隧道以埋深小、工期短、對地基承載能力無特殊要求等獨特優(yōu)勢，特別適用于軟弱地層。

2.2 沉管隧道要考慮的原則：①與城市總體規(guī)劃要求的兩岸交通疏解方案相協(xié)調(diào)，要保證隧道與兩岸所需銜接的道路具有良好連接。②具有較為合適的河（海）航道、水文及河（海）床條件。③施工條件滿足要求。

三、沉管法存在的一些問題

1.溫度作用問題

運營階段的溫度作用是以最終合攏接頭構(gòu)筑完成時的溫度狀況作為相對零點時刻，在日后的年氣溫和江河水、土溫的聯(lián)合周期作用下，在管段壁板上產(chǎn)生的可變溫差分布控制值，溫度作用效應(yīng)與其他作用效應(yīng)相比，在沉管隧道段的結(jié)構(gòu)計算中所占的比重是較大的。

2.沉管隧道沉降問題

沉管地基及基礎(chǔ)的整體均勻沉降對沉管結(jié)構(gòu)并不構(gòu)成威脅，關(guān)鍵是控制不均勻沉降。沉管不均勻沉降值必須限制在沉管結(jié)構(gòu)和接頭所能承受的范圍內(nèi)。沉管隧道的沉降原因是：（1）沉管地基變形是一個卸載、回彈、再壓縮的過程;（2）槽底原狀土的擾動;（3）基礎(chǔ)的初始壓縮;（4）列車震動使基底一定范圍內(nèi)的沙土進(jìn)一步密實;（5）河床斷面的變化?？刂瞥两档拇胧┲饕校海?）采用壓漿法處理沉管基礎(chǔ);（2）對可液化地層換填處理;（3）所有沉管管節(jié)沉放時，根據(jù)具體位置預(yù)留沉降量;（4）全部接頭采用半柔半剛接頭并設(shè)置豎向剪切鍵，以抵抗不均勻沉降。

3.空氣動力效應(yīng)問題

空氣動力效應(yīng)是高速列車通過隧道時的特有問題，空氣動力效應(yīng)主要有兩個方面，隧道內(nèi)最大瞬變壓力和洞口微氣壓波。

4.基槽中淤泥的沉積問題

沉管隧道施工時，基槽中淤泥的沉積是不可避免的，這給沉管施工及管段本身受力帶來許多問題，故要清除基槽中的淤泥。淤泥沉積帶來的問題基槽沉積的原因是多方面的，沉積的物質(zhì)材料也各種各樣（如軟泥、砂石、海藻及貝殼等），盡管影響程度不同（有時魚類生物也有影響），但對沉管隧道施工來說，淤泥沉積可造成以下間題：

①船塢內(nèi)的淤泥沉積，使管段陷入淤泥而影響管段起浮，此時需要仔細(xì)將其挖除;②淤泥沉積使基槽深處水的比重增加，這會降低管段沉放位置上抗浮力的安全限度.在有些情況下，為了消除這一影響不得不增加鎮(zhèn)重，導(dǎo)致費用增加;③另一方面，沉積在管段頂部的淤泥當(dāng)管段底板下壓砂完成之前因為每節(jié)彗段上增加了額外重量，會危及臨時支承結(jié)構(gòu)，此時可通過減少鎮(zhèn)重和準(zhǔn)確量測支承結(jié)構(gòu)上的力來補(bǔ)償;④底板下的空隙被濃度極大的淤泥迅速填滿，以致于在潛水員的協(xié)助下也難進(jìn)行噴砂、壓砂之類的基礎(chǔ)處理作業(yè)。

四、結(jié)束語

沉管隧道作為成熟技術(shù)已在國外廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，世界沉管隧道的技術(shù)發(fā)展趨勢如下，每節(jié)管節(jié)的長度越來越長，每節(jié)管節(jié)中的車道數(shù)越來越多。車道數(shù)過去多為2車道，目前已經(jīng)達(dá)到8車道。從單一用途向多用途發(fā)展。現(xiàn)在實現(xiàn)了道路、地鐵、公路的共同設(shè)置，甚至可以同時設(shè)置公共走廊。對地基的適應(yīng)性越來越廣。不僅可以建造在較堅硬河、?；?，現(xiàn)在也可以修建在軟弱地基上。

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