沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)控制的探討

李樹光等

[摘要] 本文是根據(jù)沉管隧道建設(shè)管理的先進(jìn)技術(shù)，對水下沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)控制進(jìn)行深入研究，為后續(xù)水下沉管隧道的建設(shè)管理提供參考，對于移動干塢方案的技術(shù)可行性分析和沉管隧道建設(shè)經(jīng)驗及教訓(xùn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：沉管隧道 建設(shè) 關(guān)鍵技術(shù)

1 沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)控制研究工作簡介

侖頭隧道和官洲隧道是經(jīng)過侖頭-生物島-大學(xué)城的主要通道，于2010年8月31日建成通車，此項建設(shè)工程榮獲2012年國家市政金杯獎 。其中侖頭隧道（侖頭-生物島）在國內(nèi)首次采用移動干塢預(yù)制沉管管段工藝，即利用半潛駁作為沉管管段的制作平臺，管段預(yù)制完成后通過拖輪將半潛駁拖航到隧址位置沉放對接。這項新技術(shù)的成功應(yīng)用是沉管隧道發(fā)展史上的一項革新。官洲隧道（生物島-大學(xué)城）采用傳統(tǒng)的軸向干塢浮運沉放對接。

1.1 沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)控制研究工作的意義

沉管隧道建設(shè)研究，對水下隧道建設(shè)管理工作具有較好的實用價值，特別對沉管隧道建設(shè)提供參照性的技術(shù)指導(dǎo)經(jīng)驗。隧道建設(shè)方案的選定，既要求節(jié)約投資和相關(guān)資源，又保障交通暢通和安全，產(chǎn)生較高的社會意義和經(jīng)濟效益。通過收集沉管隧道關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)資料，吸納了外地水下隧道建設(shè)管理的先進(jìn)經(jīng)驗，為后期水下隧道建設(shè)管理研究建立良好的技術(shù)支持。

1.2 沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)控制研究內(nèi)容：侖頭隧道和官洲隧道建設(shè)管理，以科研與工程建設(shè)相結(jié)合，通過對沉管隧道技術(shù)進(jìn)行針對性研究。

2 沉管隧道建設(shè)管理關(guān)鍵技術(shù)控制研究

侖頭—生物島—大學(xué)城隧道工程位于廣州市的東南部，隧道為雙向4車道，工程含兩條過江隧道。工程總造價約為15.53億元，2003年立項開始建設(shè)，于2010年8月建成通車。

本工程分為水中段和岸上段，其中水中段分別穿越侖頭海和官洲河，岸上段分為侖頭段、生物島段、大學(xué)城段。主要施工內(nèi)容有：侖頭海水中段采用移動干塢法進(jìn)行管段預(yù)制施工，官洲河水中段采用軸線干塢進(jìn)行管段預(yù)制施工，其基礎(chǔ)為水下爆破開挖到巖石，管節(jié)預(yù)制完浮運沉放對接后基礎(chǔ)灌砂。

2.1 沉管隧道技術(shù)特點綜述

2.1.1 沉管法隧道及其傳統(tǒng)工法

早期沉管法隧道采用傳統(tǒng)工法固定干塢工法，其具有工藝成熟，施工安全、質(zhì)量可靠，便于組織施工等優(yōu)點，但修建干塢征地面積大、造價高、工期長；征地、工期與造價之間難于尋求更合理的解決方案，一直是制約沉管隧道更廣泛運用的主要因素；目前建成通車的一百多座沉管隧道，通常都是采用固定干塢工法施工的。

2.1.2 移動干塢新工法

移動干塢工法是利用半潛駁或浮船塢的甲板平臺和下潛性能，替代固定干塢，作為沉管制作、運輸、試漏及出運平臺，是為解決傳統(tǒng)工法的局限或不足而創(chuàng)新的一種沉管預(yù)制及出運工法如下圖1。

移動干塢工法包括移動干塢平臺及靠泊碼頭、沉管制作、航道疏浚及拖航運輸、下潛坑開挖及下潛、試漏、出運及寄放等主要工序。其關(guān)鍵技術(shù)如下：

a移動干塢平臺改造及變形控制技術(shù)；

b高性能混凝土配制技術(shù)；

c大型移動模板的設(shè)計與施工技術(shù)；

d動態(tài)平臺的測量技術(shù)；

e沉管混凝土的溫控防裂及裂縫控制技術(shù)；

f復(fù)雜航道上的拖航及下潛技術(shù)。

移動干塢工法可以充分利用現(xiàn)有的船舶設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，不需要另外征地建造干塢，解決了城市臨時征地難的問題，與傳統(tǒng)的固定干塢工法相比，具有工期短、造價低等優(yōu)勢。如下圖2.

移動干塢工法的成功運用，具有重大意義，不僅解決了工程建設(shè)的難題和節(jié)省了工程造價，而且進(jìn)一步發(fā)展和豐富了沉管隧道工程的設(shè)計與施工技術(shù)，實現(xiàn)了沉管隧道建設(shè)史上的重大突破，創(chuàng)造了“隧道船上造”的奇跡，對沉管法隧道的進(jìn)一步推廣應(yīng)用有非常積極的示范效應(yīng)。特別是征地困難的工程來說，移動干塢工法具有明顯的優(yōu)勢。避免了因干塢開挖對周邊環(huán)境造成破壞，既節(jié)省工程成本和時間，又加快了工程建設(shè)速度，因此侖頭至生物島隧道江中段工程采用移動式干塢是建設(shè)較佳方案。

2.1.3 沉管管段浮運沉放

管節(jié)預(yù)制及接口段止推結(jié)構(gòu)完成后，完成岸控系統(tǒng)布設(shè)。抽水進(jìn)干塢內(nèi)分別進(jìn)行低、高水位兩次檢漏。如下圖3

高水位檢漏完成后，破除塢門，進(jìn)行臨時支撐墊塊安裝。調(diào)節(jié)壓載水箱水，管段起浮、出塢；塢外基槽內(nèi)臨時系泊，進(jìn)行二次舾裝并方駁就位，調(diào)節(jié)干弦值。

塢內(nèi)臨時系泊，進(jìn)行拖航前的系纜等準(zhǔn)備工作；以岸控拖航為主，輔以拖輪導(dǎo)航；高水位檢漏完成后，破除塢門，進(jìn)行臨時支撐墊塊安裝。調(diào)節(jié)壓載水箱水，管段起浮、出塢；塢外基槽內(nèi)臨時系泊，進(jìn)行二次舾裝并方駁就位，調(diào)節(jié)干弦值

雙方駁提供足夠的浮力；通過調(diào)節(jié)水箱壓載水以提供負(fù)浮力進(jìn)行下沉，同時通過方駁提供的浮力以控制下沉速度；沉放過程中通過測量系統(tǒng)實時定位系統(tǒng)以保證精確定位。如下圖4

2.2沉管隧道關(guān)鍵技術(shù)控制

2.2.1半淺駁測量控制

采用半潛駁船作為移動式浮船塢完成大型結(jié)構(gòu)預(yù)制件的制作，在移動干塢上制作管段，技術(shù)上所存在的主要困難在于測量控制系統(tǒng)的建立。沉管管段制作的精度要求較高，在活動的船上制作管段，制作精度的控制是保證工程成敗的關(guān)鍵。在不穩(wěn)定的半潛駁上進(jìn)行測量工作，不可能象在陸地上一樣以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)。即使在制管前駁船具有較好的穩(wěn)定性，可以建立滿足大地測量基本條件的控制系統(tǒng)。但隨著工期的進(jìn)行，船上荷載不斷變化，駁船的穩(wěn)定性必然會受到破壞，加上船體在荷載會產(chǎn)生各種變形，從而使后續(xù)的工作中無法在以已有的控制系統(tǒng)為基準(zhǔn)。因此必需建立符合駁船工作條件的測量控制系統(tǒng)。在駁船上設(shè)立坐標(biāo)系統(tǒng)并實施測量是可行的，為減少誤差和便于工作，應(yīng)采用固定支座和基座。從理論上講，后交法可以用于求解各點的儀器姿態(tài)，但需要將各測站的基座調(diào)整到統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)。建立船體坐標(biāo)系統(tǒng)是一種實用方案，精度可以滿足構(gòu)件制作要求。