沉管隧道規(guī)劃綜述

林鳴，劉曉東，林巍，孫亮

（1.中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100088；2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；3.NCC設(shè)計(jì)咨詢公司，日本 東京）

沉管隧道規(guī)劃綜述

林鳴1，劉曉東2，林巍2，孫亮3

（1.中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100088；2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；3.NCC設(shè)計(jì)咨詢公司，日本 東京）

文中討論了沉管隧道規(guī)劃的方法與原則。以實(shí)現(xiàn)工程價值為目標(biāo)，以保證安全、工期及投資為導(dǎo)向，從項(xiàng)目調(diào)查、方案比選及實(shí)施模式3個方面展開論述。方案比選中著重討論了比選目的、技術(shù)評價、經(jīng)濟(jì)評價及復(fù)合評價體系，并提出了適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展需求的全社會成本評價體系的初步思考。對于沉管隧道項(xiàng)目，選擇適宜的實(shí)施模式有利于激發(fā)創(chuàng)新方案，降低風(fēng)險。期望文章能夠?yàn)槌凉芩淼理?xiàng)目或類似項(xiàng)目的規(guī)劃提供有益的借鑒。

沉管隧道；總體規(guī)劃；方案比選；實(shí)施模式

1 概要

沉管隧道具有投資大、建設(shè)風(fēng)險大的特點(diǎn)，因此立項(xiàng)時的總體規(guī)劃研究至關(guān)重要。

沉管隧道規(guī)劃包括調(diào)查、選擇工法、確定總體性方案、預(yù)制方案，還需要考慮工程實(shí)施方式[1]。

沉管隧道規(guī)劃的挑戰(zhàn)主要來自3個方面：

1）專業(yè)面廣。涉及社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境，以及水（海）工工程、隧道工程、結(jié)構(gòu)工程、公路工程、機(jī)電工程等多領(lǐng)域、多專業(yè)[1]。

2）沉管工法具有可供選擇的方案及其組合形式多樣的優(yōu)勢[1-2]。但是對于沉管隧道規(guī)劃而言，該優(yōu)勢可能會成為挑戰(zhàn)。因?yàn)槌凉芄しǖ目傮w方案與未來工程實(shí)施主體的能力、經(jīng)驗(yàn)甚至技術(shù)喜好關(guān)聯(lián)度極高[1-2]，在沉管規(guī)劃階段，實(shí)施主體信息不完全，極易導(dǎo)致認(rèn)知缺失問題[3]。

3）各種因素交錯影響（interlinked）[1]。為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，作者回顧已有文獻(xiàn)，結(jié)合工作體會，歸納并提出了沉管隧道規(guī)劃內(nèi)容及原則的思考。

首先，需要掌握項(xiàng)目環(huán)境及特點(diǎn)，要進(jìn)行廣泛的工程調(diào)查，第2節(jié)將論述調(diào)查內(nèi)容及目的。

其次，為了確保沉管隧道的最終成品與期望一致，對一些方案需進(jìn)行選擇；同時，為了保證安全、工期及造價可控，對一部分關(guān)鍵的工法與構(gòu)造需進(jìn)行具體考量。因而在第3節(jié)討論比選原則，第4節(jié)具體討論幾個主要方案的比較。

最后，為獲得優(yōu)化建設(shè)方案、降低項(xiàng)目風(fēng)險，得到創(chuàng)新性方案是關(guān)鍵，因而需根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)營造創(chuàng)造性的工作環(huán)境。第5節(jié)針對沉管隧道項(xiàng)目討論了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)-合同-施工模式與設(shè)計(jì)施工總承包模式在沉管隧道工程應(yīng)用中的優(yōu)劣比較，以及應(yīng)如何引導(dǎo)設(shè)計(jì)方案。

本文未討論工程建設(shè)的必要性及經(jīng)濟(jì)性等方面的問題。

2 調(diào)查

與一般工程一樣，調(diào)查是沉管隧道規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作，調(diào)查成果不僅對于沉管隧道的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工十分重要，對于沉管隧道完成后的維護(hù)運(yùn)營管理也十分重要。

調(diào)查內(nèi)容主要包括社會環(huán)境、自然條件、環(huán)境保護(hù)以及預(yù)制場、渣土處理、原材料等方面[2]。

2.1 社會環(huán)境

2.1.1 水道

主要包括河床、海床現(xiàn)標(biāo)高及演變趨勢、回淤規(guī)律；現(xiàn)在的航道，未來的規(guī)劃航道；錨地；以及沉管施工可使用的臨時水域、臨時航道條件。

2.1.2 航運(yùn)

沉管隧道規(guī)劃水域內(nèi)存在航道時，需要對航行船舶進(jìn)行實(shí)際狀態(tài)調(diào)查，包括航行目的地、船型、通航時間段、通行船舶數(shù)量、航跡圖及系泊狀況。

2.1.3 交通

沉管隧道用于道路交通時，需要對機(jī)動車情況，步行、自行車交通，兼用管廊，危險品運(yùn)輸需求，有無收費(fèi)站等進(jìn)行調(diào)查。

2.1.4 法規(guī)限制

需要進(jìn)行相關(guān)城市規(guī)劃法規(guī)調(diào)查，掌握土地、水利、漁業(yè)、文物等限制條件。

2.1.5 障礙物

調(diào)查沉管隧道規(guī)劃區(qū)域的上下水道，電力、通信、煤氣等地下管線，以及管線尺寸、位置、材質(zhì)、老化程度；是否有廢棄的舊構(gòu)筑物及其基礎(chǔ)、護(hù)壁、沉船；可能存在爆炸物時，要進(jìn)行爆炸物調(diào)查。

2.1.6 防災(zāi)

調(diào)查規(guī)劃沉管隧道與周邊區(qū)域的聯(lián)動防災(zāi)的條件和需求。

2.2 自然條件

2.2.1 氣象

氣象條件調(diào)查包括氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速及降雨量等。對于沉管隧道規(guī)劃而言，氣溫用于分析沉管隧道結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力及變形；風(fēng)向和風(fēng)速用于評估海上作業(yè)可用的窗口和尾氣的擴(kuò)散計(jì)算；降雨量用于排水設(shè)計(jì)。

2.2.2 水文

水文調(diào)查包括流量（徑流），流速、流向及其分布特征，水位（潮位），海水密度、溫度，波浪及其特征。對于沉管隧道，這些因素影響沉管的設(shè)計(jì)與施工，決定沉管的重量平衡設(shè)計(jì)[4-5]、壓艙水箱設(shè)計(jì)[6]、拖航及沉放作業(yè)效率[5]。

需注意，海水的密度會隨著季節(jié)、水溫的變化而變動（圖1）。

圖1 海水比重隨月份的變化Fig.1 Changes of seawater specific gravity with month

2.2.3 地質(zhì)

需要查明規(guī)劃沉管區(qū)域的地層構(gòu)成、土質(zhì)性狀，重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)沉降和基槽開挖難易度。與陸上結(jié)構(gòu)物不同的是沉管隧道通常不存在地基支持力的問題，但是如果存在地基和基礎(chǔ)的壓密沉降，需要特別注意不均勻沉降問題。如果規(guī)劃隧道軸線的地層構(gòu)成變化劇烈或者土質(zhì)條件變化顯著，地震條件下會使得沉管結(jié)構(gòu)承受巨大應(yīng)力，因此在規(guī)劃沉管隧道軸線時應(yīng)予以重視。

沉管隧道地質(zhì)調(diào)查應(yīng)從規(guī)劃的初期開始，參考表1。

2.2.4 地震

地震調(diào)查可參考文獻(xiàn)[2]。

表1 沉管隧道地基調(diào)查概要表Table 1 Geology survey summary of immersed tunnel

2.3 環(huán)境保護(hù)

2.3.1 水質(zhì)

在沉管隧道施工期可設(shè)定浮游懸浮物濃度以及pH值等環(huán)境控制指標(biāo)，用以評估疏浚、回填施工對水質(zhì)的影響。在隧道運(yùn)營期需考慮隧道路面排水和清掃用水，對水質(zhì)環(huán)境影響進(jìn)行評估。

2.3.2 大氣

公路沉管隧道需要進(jìn)行大氣背景調(diào)查，包括隧道周邊的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度及日照，使用這些數(shù)據(jù)評估預(yù)測從隧道口及通風(fēng)塔排出的機(jī)動車尾氣污染物質(zhì)，包括CO2、NOx、SOx等及煙塵對沉管隧道周邊環(huán)境的影響。

2.3.3 噪音與震動

在城市人群密集地區(qū)規(guī)劃建設(shè)沉管隧道，需要進(jìn)行工程噪音及震動影響調(diào)查。要特別關(guān)注相關(guān)的地方性規(guī)定的調(diào)查。

2.3.4 地下水及其影響

沉管隧道陸上段開挖施工一般都需要進(jìn)行地基降水，地基降水及其地下水位變化控制不當(dāng)會引發(fā)周邊地基沉降，因此需要進(jìn)行隧道建設(shè)地下水位的變化影響調(diào)查。同時對于地下水水質(zhì)以及地下流的影響也需關(guān)注。

2.3.5 砂石料與工程棄土

沉管隧道施工需要大量優(yōu)質(zhì)的砂石料，需對來源進(jìn)行調(diào)查。

沉管隧道施工會產(chǎn)生大量棄土，需要對棄土土質(zhì)、特別是有機(jī)物污染等進(jìn)行確認(rèn)，對其再利用及其處理方法做好調(diào)查。

2.4 預(yù)制場

2.4.1 預(yù)制場地

沉管隧道構(gòu)件超大，預(yù)制場地規(guī)劃十分受限。通常僅可考慮采用既有船塢、專用干塢（包括工廠法）、浮塢（半潛船）、岸壁制作場等作為預(yù)制場地。

利用既有船塢需結(jié)合場地規(guī)模、吃水、地基承載力等綜合判斷是否適用。

專用干船塢（包括工廠法）應(yīng)盡可能在規(guī)劃沉管隧道的沿岸區(qū)域選擇，對于軟弱地基需要考慮地基處理的額外投入和工程風(fēng)險。

對于浮船塢（半潛船），需調(diào)查甲板尺度、承載能力，評估預(yù)制工效。

岸壁制作場僅適用于小規(guī)模的沉管隧道項(xiàng)目，需要利用滑道或浮吊輔助下水。

2.4.2 舾裝場地

舾裝作業(yè)包括在預(yù)制完成的沉管上安裝沉放所用各種設(shè)備，完成沉放準(zhǔn)備等。舾裝場地需選擇在水面平靜、水深足夠、水域?qū)掗?、拖航方便與臨時放置場地聯(lián)動便利的區(qū)域。為了便于舾裝場地的選址，需要對規(guī)劃區(qū)域的氣象、海況、航道以及陸地支持條件進(jìn)行充分調(diào)查。

需要浮態(tài)進(jìn)行混凝土澆筑時，鋼殼沉管系泊和澆筑條件是調(diào)查重點(diǎn)。

2.4.3 臨時放置場地

沉管臨時放置可選擇漂浮系泊方式或者坐底方式。

選擇漂浮系泊時需調(diào)查潮流、波浪等氣象及海象條件，評估安全風(fēng)險。

坐底方式通常需要將沉管管節(jié)沉放在海底人工碎石壟上，需要對海床承載能力、沖刷穩(wěn)定等進(jìn)行調(diào)查。

選擇臨時放置場地同樣需進(jìn)行水深、海況、預(yù)制場地及舾裝場地的距離等進(jìn)行調(diào)查。

3 比選原則

3.1 技術(shù)評價

對于沉管隧道，在規(guī)劃階段通常需要對總體方案的各個方面做出決策，包括：

1）結(jié)構(gòu)形式。例如，用鋼殼還是混凝土[1]；2）建造位置[2]；3）預(yù)制場及位置[2]；4）平、縱線形[1-2]；5）中隔墻數(shù)量[4]，或橫斷面布置[2]；6）管節(jié)長度[2]；7）維護(hù)方法[2]；8）通風(fēng)方案[1]及通風(fēng)塔[2]。

這是為了盡早向可實(shí)施方案靠近[7]，縮小可選方案的范圍，以利于方案深化。在規(guī)劃階段確定的總體方案應(yīng)該趨向于提高項(xiàng)目安全、質(zhì)量，更好地控制工期及造價。反之，如果規(guī)劃階段的選擇并不能或清晰地達(dá)成上述目標(biāo)，則應(yīng)該考慮將選擇放在下階段，以便獲得更加全面的信息，進(jìn)而得到更優(yōu)的決策。例如，圖2說明隧道內(nèi)司機(jī)與乘客的安全與橫斷面管廊劃分的聯(lián)系[1，8]，可看出，對成品期望的描述越具體，越易縮小可選方案的范圍。

圖2 人員安全度期望與橫斷面布置形式的關(guān)聯(lián)示意圖Fig.2 The link between the expectation of personnel safety degree and the layout of cross-section

沉管隧道方案的因素間相互影響[1]，方案比選通常是一個反復(fù)的過程。例如，沉管管節(jié)橫截面布置影響管節(jié)漂浮時的吃水深度[5]，同時影響沉管基槽的開挖量及通風(fēng)方案[1]，管節(jié)吃水深度影響管節(jié)拖運(yùn)時可達(dá)的地點(diǎn)，管節(jié)可達(dá)的地點(diǎn)影響可供選擇的預(yù)制場位置，預(yù)制場的特點(diǎn)影響結(jié)構(gòu)選型[9]，而結(jié)構(gòu)選型又會影響橫截面布置。

沉管方案比選涉及多因素，且與工法緊密聯(lián)系。以管節(jié)長度方案評價為例，長管節(jié)的優(yōu)勢是：

1）接頭數(shù)量較少，管節(jié)接頭的制造費(fèi)用較低。管節(jié)接頭包括臨時止水端封門及預(yù)埋件及橡膠止水帶[10]。

2）管節(jié)數(shù)量少，安裝總的次數(shù)較少[1，10]，有可能減少浮運(yùn)及沉放的施工費(fèi)用。

3）對于海上作業(yè)，浮運(yùn)、沉放通常被認(rèn)為是沉管施工的主要風(fēng)險[10]，厄勒沉管管節(jié)安裝期間發(fā)生過端封門破損的事故[11]，管節(jié)數(shù)量少，作業(yè)次數(shù)少，對作業(yè)風(fēng)險控制較為有利[1，10]。

長管節(jié)的劣勢是：

1）增加單次施工的費(fèi)用[10]。

2）預(yù)制場地的空間要求較大[1]。

3）對基礎(chǔ)不均勻沉降更敏感，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能偏不經(jīng)濟(jì)。

4）長管節(jié)對水動力荷載更敏感[2]，參考圖3，因此可能增加運(yùn)輸時的風(fēng)險。

圖3 浮運(yùn)時沉管管節(jié)縱向受力示意圖Fig.3 Sketch of longitudinal action on tunnel element during transportation

5）對于混凝土隧道，由于彎曲裂縫受縱向預(yù)應(yīng)力控制[12]，管節(jié)越長，預(yù)應(yīng)力費(fèi)用將增加[10]。

6）當(dāng)沉管管節(jié)位于曲線上，長管節(jié)將導(dǎo)致橫向尺寸增加，如圖4示意。

圖4 曲線管節(jié)長度與寬度的關(guān)系平面示意圖Fig.4 Plane sketch describing the relation between the width and the length of curve tunnel element

綜上，沉管隧道規(guī)劃階段的方案比選與決策時應(yīng)注意因素多、因素交錯、與工法聯(lián)系緊密，同時需要反復(fù)比較，當(dāng)目標(biāo)優(yōu)勢不明顯時，為獲得較優(yōu)的方案，可將決策留到下個階段。

3.2 經(jīng)濟(jì)評價

經(jīng)濟(jì)評價的常見方法是經(jīng)濟(jì)性比較[2]。由于沉管隧道專業(yè)項(xiàng)目多，且早期會受到施工信息不完整的限制，全面的經(jīng)濟(jì)性評價較難在前期階段進(jìn)行。沉管隧道較高費(fèi)用的項(xiàng)目（僅列出用于進(jìn)行總體經(jīng)濟(jì)比較的項(xiàng)目[1]）包括：結(jié)構(gòu)混凝土，m3；壓艙混凝土，m3；鋼結(jié)構(gòu)，t；鋼筋，t；臨時預(yù)應(yīng)力，t；可注漿止水帶，m；外包防水，m2；模板，m2；疏浚，m3；回填，m3；澆筑場地；舾裝場地；安裝作業(yè)次數(shù)。

3.3 復(fù)合評價體系

工程建設(shè)通常有4個目標(biāo)[13]：安全、價值、時間、費(fèi)用。復(fù)合評價體系是一種基于上述目標(biāo)進(jìn)行綜合方案比較的體系，其原理是首先對目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行識別，或確定優(yōu)先級別，然后比選決策；優(yōu)先順序也可考慮段首所述的目標(biāo)排列順序，因?yàn)?，沒有安全保證的工程就沒有建設(shè)的意義，沒有價值工程的建設(shè)就是社會資源的浪費(fèi)，不能如期建成的項(xiàng)目會造成社會經(jīng)濟(jì)損失，投資失控是工程管理的瑕疵和失敗。由于工程建設(shè)的不可復(fù)制性及與建設(shè)環(huán)境的密切關(guān)聯(lián)性，也有大幅度超出預(yù)算仍被認(rèn)為是有價值的工程案例[13]。

3.4 全社會成本評價體系的思考

對于工程方案的比選，習(xí)慣的方法是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)評價方法，近來也采用工程全壽命周期成本評價方法，還有前文提到的復(fù)合評價的方法。隨著社會發(fā)展，工程建設(shè)要求越來越高，限制越來越嚴(yán)，規(guī)模越來越宏大，影響和風(fēng)險也越來越大。社會發(fā)展需要與長期的工程實(shí)踐讓我們?nèi)找娓杏X到需要探索融入氣候變化、能源消耗、材料使用、土地使用、水資源、文化遺產(chǎn)、生物多樣性、噪音與粉塵、震動、美觀、就業(yè)與經(jīng)濟(jì)、施工造價、維護(hù)費(fèi)用及延期費(fèi)用等因素[14]，建立以碳排放量（t）等全社會成本為基準(zhǔn)的評價方法可能是更科學(xué)、更能適應(yīng)未來社會的工程評價方法。介于篇幅，對全社會成本評價體系的思考將另文討論。

4 主要方案的比較

4.1 與橋梁的比較

作為沉管隧道的替代方案，首先是橋梁。與橋梁進(jìn)行比較時，橫跨水域的規(guī)模不同，比較結(jié)果也不同。

大型船舶航行的航道寬度一般在200～400 m，橋梁多為大型橋梁，多采用桁架橋、斜拉橋、懸索橋等橋梁形式。而與大型橋梁相比，沉管隧道不受航道寬度制約，而且即使設(shè)置深度較深時，由于沉管管體需要一定的重量以抵抗浮力，且結(jié)構(gòu)本身就需要具有一定的厚度，所以對應(yīng)大水深在應(yīng)力方面并沒有什么問題。

考慮大型船舶通航時，需要的空間大約為水面上方50 m、水深12～15 m以上?？紤]到橋梁的梁高、沉管隧道的覆土厚度以及內(nèi)空高度，橋梁需要從水面向上約55 m，沉管隧道需要從水面向下約30 m，二者相差25 m左右。因此，如果采用大型橋梁需要很長的引橋，從而增加了很多占地，而且縱坡區(qū)間過長，也不利于交通；采用沉管隧道，航道內(nèi)沒有橋墩等障礙物，利于船舶航行。但是沉管隧道施工過程中對航運(yùn)影響大，航行安全風(fēng)險較大。

對于中小型水路通道，如果沒有很高的空間要求，采用橋梁形式建設(shè)方便，工程費(fèi)低。但是當(dāng)受到周邊布局條件限制時，采用沉管隧道有時會更有優(yōu)勢。

4.2 與其他隧道工法的比較

對于水底隧道，還有盾構(gòu)工法、沉箱工法、隔水明挖工法等施工方法。其中，隔水明挖工法對于水深較淺的工程，經(jīng)濟(jì)性較好。對于長度較短但水深較深的工程，國外偶爾有采用沉箱工法的案例。對于長度長，水深較深的工程，只有盾構(gòu)工法可與沉管工法進(jìn)行比較。

盾構(gòu)工法與沉管工法的最大不同點(diǎn)在于，盾構(gòu)工法為了防止隧道上浮以及盾構(gòu)機(jī)的穩(wěn)定掘進(jìn)，需要比沉管隧道大得多的覆土厚度，這就會造成隧道長度加長。但是，采用盾構(gòu)工法的優(yōu)點(diǎn)是施工過程中對水域、船舶航行沒有影響，棄土量少。

4.3 平面、縱斷面線形

4.3.1 沉管隧道起始點(diǎn)

需在沉管規(guī)劃的最初階段確定沉管區(qū)間以及沉管隧道的起始點(diǎn)位置。確定起始點(diǎn)位置應(yīng)綜合考慮以下因素。

1）沉管隧道頂部的水下位置以及深度。

2）考慮隧道與護(hù)岸線的位置關(guān)系，護(hù)岸處理、荷載對隧道的影響。

3）兩側(cè)暗埋隧道的施工便利。

4）當(dāng)需要設(shè)置通風(fēng)豎井時，可將其作為沉管隧道端部。

5）如果隧道端部設(shè)置了變截面段，規(guī)劃隧道起點(diǎn)時，要充分考慮變截面隧道段的施工便利。

4.3.2 平面線形

直線沉管隧道預(yù)制安裝比較容易，所以直線沉管居大多數(shù)。局部采用平面曲線對沉管施工也不會構(gòu)成很大的制約，如果平面曲線和縱斷面曲線組合出現(xiàn)，沉管的外形尺寸會變得非常復(fù)雜，規(guī)劃時應(yīng)盡量避免。

4.3.3 覆土厚度及縱斷面曲線

規(guī)劃沉管隧道的縱斷面曲線關(guān)系到隧道的整體規(guī)劃以及經(jīng)濟(jì)性。

沉管覆土的厚度是規(guī)劃縱斷面曲線的控制因素之一。沉管隧道完成后，其自身的重量就可以抵抗浮力，但為了保護(hù)管體以及防止沖刷，需要進(jìn)行基槽回填，覆土厚度一般在0.5～2.0 m范圍，具體覆土厚度根據(jù)通航控制船型下錨的嵌入深度與錨重等因素決定[15]。

確保航道的未來規(guī)劃水深，是規(guī)劃沉管隧道縱曲線的另一個控制因素。

4.3.4 管節(jié)長度

沉管管節(jié)長度通常在100 m左右，最近已有超過200 m方案的報道。

確定沉管管節(jié)長度，施工方面需要考慮航道、沉放條件、通航安全、工期等因素。設(shè)計(jì)方面需要考慮沉管結(jié)構(gòu)形式，沉管基礎(chǔ)、接頭、縱向設(shè)計(jì)等限制條件。

4.4 隧道截面

4.4.1 內(nèi)空截面

內(nèi)空截面是沉管隧道截面規(guī)劃的依據(jù)，構(gòu)成要素除行車道、人行步道等在內(nèi)的建筑限界，還包括了管理通道、避難通道、風(fēng)道及風(fēng)扇等設(shè)備的放置空間、管廊、設(shè)施（照明、通信、其他設(shè)施）及交通標(biāo)志等設(shè)置空間、內(nèi)裝及耐火板設(shè)置空間、壓載空間，平面、縱曲線設(shè)置造成的截面擴(kuò)大空間、考慮施工誤差設(shè)置的富?？臻g等。

4.4.2 隧道截面規(guī)劃

沉管截面大體可分為長方形和圓形兩類，在此基礎(chǔ)上又衍生出八角形、眼鏡形等。從沉管的發(fā)展歷史看，美國多采用圓形的鋼殼方式，歐洲和日本多采用長方形的混凝土方式。對于雙車道公路沉管這類內(nèi)空截面較小的隧道，采用圓形或者眼鏡形截面，構(gòu)造上較為有利；對于三車道以上的寬幅道路等，長方形截面比圓形截面的高度低，相對有利。

截面大小需根據(jù)結(jié)構(gòu)厚度滿足應(yīng)力要求；沉管重量與浮力滿足平衡要求，沉管可以穩(wěn)定上?。怀凉芡瓿珊鬂M足干舷壓載量最優(yōu)要求。

5 實(shí)施模式

沉管隧道設(shè)計(jì)與施工的高度關(guān)聯(lián)性和高風(fēng)險性，要求應(yīng)選擇適宜的合同模式，營造有利于激發(fā)工程師創(chuàng)新能力的環(huán)境，作為工程規(guī)劃的重要工作。

沉管隧道文獻(xiàn)中討論最多的合同模式[8，12，14，16]見圖5[8，10]。由于方案與工法相關(guān)性高，方式一容易處理不可見風(fēng)險[8，10]。方式二在設(shè)計(jì)階段不易理解施工信息，因而對施工問題認(rèn)知缺失會成為工程的障礙與問題[3]，造成設(shè)計(jì)工作盲目性。方式一利于創(chuàng)新，尤其在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與臨時工程設(shè)計(jì)方面，施工方?jīng)Q定工法，進(jìn)而有利于降低工程風(fēng)險，增加費(fèi)用、工期的可控性[8，12，16]。例如，厄勒海峽沉管隧道承包商首次提出了工廠法[14，17]，并變更了管節(jié)長度，用錨定的方式解決了岸上段上浮的風(fēng)險[17]。另外方式一的設(shè)計(jì)與施工可同時進(jìn)行，相比方式二對工期更為有利[8]。

方式一的缺點(diǎn)是工程招標(biāo)時可能對最終產(chǎn)品的描述不夠清晰[8]。為此應(yīng)該謹(jǐn)慎進(jìn)行沉管隧道規(guī)劃，一方面盡可能詳細(xì)明確最終產(chǎn)品建設(shè)工程目標(biāo)[18]，另一方面對設(shè)計(jì)要求應(yīng)立足于功能，要留給設(shè)計(jì)方案盡可能多的自由度[8，18]。

圖5 兩種合同模式示意圖Fig.5 Sketch of two types of contract

6 結(jié)語

沉管工法與施工聯(lián)系特別密切，所以在規(guī)劃階段的方案選擇要考慮到施工信息的充分性。一方面根據(jù)已有信息縮小方案范圍，在信息不充分時延后決策，這樣可能在下階段獲得更優(yōu)的方案。

創(chuàng)新為項(xiàng)目降低風(fēng)險、減少費(fèi)用、縮短工期提供了可能，前提是具備鼓勵創(chuàng)新的環(huán)境，例如施工設(shè)計(jì)總承包模式。同時需注意在制定設(shè)計(jì)指導(dǎo)準(zhǔn)則時清晰地闡明對成品的期望。

隨著對環(huán)境問題的日益重視，作者提出以碳排放量（t）等指標(biāo)為依據(jù)的全社會成本評價體系的思考，具體將在另一篇文章中專門論述。

[1]LUNNISS R,BABER J.Immersed tunnels[M].Boca Raton:CRC Press,2013:1-486.

[2]SONODA Keiitirou.沈埋函トンネル技術(shù)マニュアル[M].改訂版.東京：財団法人沿岸開発技術(shù)研究センター，平成14年. SONODA Keiitirou.Immersed tube tunnel technical manual[M]. Revised version.Tokyo：Juridical Foundation Coast Development Technical Study Centre,2002.

[3]PARSONS Glenn.The philosophy ofdesign[M].Malden：Polity Press，2016：1-151.

[4]林鳴，林巍.沉管隧道結(jié)構(gòu)選型的原理和方法[J].中國港灣建設(shè)，2016，36（1）：1-5，36. LIN Ming,LIN Wei.Principles and methods for structural-type selection of immersed tunnel[J].China Harbour Engineering, 2016,36(1):1-5,36.

[5]林巍，李塔，呂勇剛.關(guān)于沉管隧道管節(jié)干舷計(jì)算及允許值的研究[J].中國港灣建設(shè)，2012（4）：39-42. LIN Wei,LI Ta,Lü Yong-gang.Calculation and allowable values of freeboard of immersed tunnel sections[J].China Harbour Engineering,2012(4):39-42.

[6]林巍.港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)壓艙水系統(tǒng)[J].中國港灣建設(shè)，2014（2）：11-16，44. LIN Wei.Ballast tank system of immersed tunnel element for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering，2014(2)：11-16,44.

[7]GRAEME Dandy,ROBERT Warner,TREVOR Daniell,et al.Planning and design of engineering systems[M].New York:Unwin Hyman Ltd.,2008:51.

[8]FITZGERALD W A,SHINKWIN J D,MURPHY J T.The Lee Tunnel,Cork,Ireland.Planning,contract strategy and conceptual design[C]//CharlesFord.Immersedtunneltechniques2.Cork:Thomas Telford,1997:108-121.

[9]林鳴，劉曉東，林巍，等.鋼混三明治沉管結(jié)構(gòu)綜述[J].中國港灣建設(shè)，2016，36（11）：1-4，10. LIN Ming,LIU Xiao-dong,LIN Wei,et al.General discussion on steel-concrete composite sandwich immersed tunnel structure[J]China Harbour Engineering，2016,36(11):1-4,10.

[10]MARSHALL C P,BUSBY J D.The design of the Oresund Tunnel [C]//Charles Ford.Immersed tunnel techniques 2.Cork:Thomas Telford,1997:173-184.

[11]? resundsbro Konsortiet.The tunnel[M].Denmark:The ?resund Publication,2011.

[12]MORRIS M W,AIKAWA F,LAM L W Y.Hong Kong Airport Railway western immersed tube-design[C]//Charles Ford.Immersedtunnel techniques 2.Cork:Thomas Telford,1997:161-172.

[13]LESTER Albert.Managing engineering,constgruction and manufacturing projects to PMI,APM,and BSI standards[M].6th ed. Amsterdam:Elsevier Ltd.,2014:5-6.

[14]JANSSEN W P S,LYKKE S.Oresund Link immersed tunnel under the Drodgen[C]//Charles Ford.Immersed tunnel techniques 2. Cork:Thomas Telford,1997:72-85.

[15]林巍，張志剛.海中沉管隧道回填防護(hù)設(shè)計(jì)的討論[J].中國港灣建設(shè)，2013（5）：29-33. LIN Wei,ZHANG Zhi-gang.Discussion on design of backfill protection of offshore immersed tunnel[J].China Harbour Engineering, 2013(5):29-33.

[16]BUDGE-REID A J,PHILLIPS D,BAYLISS R F.Hong Kong Airport Railway western immersed tube tunnel-planning[C]// Charles Ford.Immersed tunnel techniques 2.Cork:Thomas Telford,1997:72-85.

[17]BADCOCK M S.The design of the Oresund Tunnel casting facility [C]//Charles Ford.Immersed tunnel techniques 2.Cork:Thomas Telford,1997:185-196.

[18]INGERSLEV L C F.Considerations and strategies behind the design and construction requirements of the Istanbul Strait immersed tunnel[J].Tunnelling and Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research,2005,20(6):604-608.

General discussion on the planning of immersed tunnel project

LIN Ming1,LIU Xiao-dong2,LIN Wei2,SUN Liang3
（1.China Communications Construction Co.,Ltd.,Beijing 100088,China;2.CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.,Beijing 100088,China;3.NCC Company,Tokyo,Japan）

We discussed the method and principle of the immersed tunnel project planning in this paper.With the goal of engineering value and with the guidance of ensuring safety,time and investment,we presented a discussion in respect of investigation,scheme comparison and selection,and work modes.Concerning scheme comparison and selection,we focused on the aim,technical evaluation,cost evaluation,and overall criteria evaluation system,and presented the initial thinking of overall-social cost evaluation system,which is to meet the needs of sustainable development.For immersed tunnel project,the appropriate selection of work mode gives benefit to the inspiration of innovations and reducing the risks.We hoped that the paper can provide a useful reference to the planning of immersed tunnel project or similar projects.

immersed tunnel;general planning;scheme selection and comparison;work mode

U655.53；U459.5

A

2095-7874（2017）01-0001-07

10.7640/zggwjs201701001

2016-12-05

林鳴（1957— ），男，江蘇南京市人，總工程師，教授級高級工程師，從事水工及路橋施工技術(shù)管理。E-mail：linming1004@sohu.com