內(nèi)河沉管隧道岸上接口段設(shè)計(jì)與施工

李達(dá)宏， 劉國(guó)秀， 蔣樹(shù)鋒

(1. 南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院， 江西 南昌 330000； 2. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河 065201)

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內(nèi)河沉管隧道岸上接口段設(shè)計(jì)與施工

李達(dá)宏1， 劉國(guó)秀2， 蔣樹(shù)鋒2

(1. 南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院， 江西 南昌 330000； 2. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河 065201)

為解決南昌紅谷隧道高水位差條件下岸上暗埋段與沉管段連接處(接口段)擋水，順利完成前期接口段的施工以及后續(xù)沉管浮運(yùn)前接口段的拆除問(wèn)題，綜合考慮工程施工的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，選用大型充砂長(zhǎng)管袋圍堰及防滲墻作為岸壁保護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼管樁、旋噴樁和攪拌樁的組合形式作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)常規(guī)水上拆除接口段方案進(jìn)行優(yōu)化，研究出干拆除堰內(nèi)基坑堵頭鋼管樁、陸上進(jìn)行管節(jié)基槽開(kāi)挖以及對(duì)接范圍內(nèi)圍堰陸上同步拆除等關(guān)鍵施工技術(shù)。施工效果表明： 充砂長(zhǎng)管袋圍堰及防滲墻的組合止水效果好，陸上拆除接口段鋼管樁、管節(jié)基槽及長(zhǎng)管袋圍堰質(zhì)量有保證，作業(yè)安全可靠，接口段拆除工期縮短約31%，拆除成本降低約26%，取得了較好的應(yīng)用效果，可為類(lèi)似沉管隧道工程提供參考。

沉管隧道; 岸上接口; 圍護(hù)結(jié)構(gòu); 圍堰; 基槽開(kāi)挖

0 引言

在水底隧道工程中，沉管法隧道與礦山法隧道、盾構(gòu)法隧道相比具有眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。沉管隧道岸上接口段形式多樣。比如，寧波市常洪沉管隧道端頭連接井采用地下連續(xù)墻作為兩側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，端部采用SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)[1-3]； 上海外環(huán)沉管隧道采用格構(gòu)式重力擋土墻作為超深岸壁的保護(hù)結(jié)構(gòu), 并采用帶咬口的鋼管樁作為其連接部位[4-7]； 佛山沉管隧道鄰江對(duì)接部位采用鋼管樁圍護(hù)形式，兩側(cè)采用T型地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐支護(hù)形式[8]； 天津中央大道海河隧道采用格構(gòu)地下連續(xù)墻進(jìn)行岸壁保護(hù), 并采用帶咬口的鋼管樁加旋噴樁止水帷幕作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)[9-11]。上述施工方法對(duì)沿海沉管隧道的適用性較強(qiáng)，而內(nèi)河沉管隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)則需根據(jù)江河實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。南昌紅谷隧道為目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的內(nèi)河沉管隧道，需要克服高水位落差的自然條件，設(shè)計(jì)出一種穩(wěn)定性好、實(shí)用性強(qiáng)、方便管節(jié)對(duì)接前拆除的岸壁擋水結(jié)構(gòu)。通過(guò)安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，工程選用大型充砂長(zhǎng)管袋圍堰及塑性混凝土防滲墻作為外部擋水結(jié)構(gòu)，采用鋼管樁+旋噴樁+攪拌樁的復(fù)合結(jié)構(gòu)作為接口段基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并研究出一種堰內(nèi)基坑堵頭鋼管樁干割除、管節(jié)基槽陸上開(kāi)挖及圍堰陸上同步拆除的新型施工方案。

1 工程概況

南昌紅谷隧道位于南昌大橋、八一大橋之間，連接紅谷灘新區(qū)與東岸老城區(qū)，主線全長(zhǎng)約2.65 km，兩岸主線、匝道均采用明挖順作法施工，過(guò)江段采用沉管法施工，沉管段長(zhǎng)為1 329 m。為進(jìn)行西岸對(duì)接段基坑及主體結(jié)構(gòu)施工，在贛江大堤以外約100 m設(shè)置端頭分離式圍堰。圍堰內(nèi)基坑總長(zhǎng)度為126.5 m，在端頭設(shè)置堵頭φ1 140 mm鋼管樁，對(duì)接處距離鋼管樁18.5 m，對(duì)接沉管段E1管節(jié)長(zhǎng)115 m、寬30 m、高8.3 m。圍堰與基坑平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 圍堰與基坑平面布置(單位： m)

西岸圍堰地處贛江中大道及紅谷灘中心城區(qū)，地勢(shì)平緩，起伏較小，岸線較穩(wěn)定。河道斷面被江心島分為左右兩汊。隧道過(guò)江段橫穿贛江，河床底標(biāo)高為2.50～13.50 m，河床底總體呈東低西高，東側(cè)為主要通航通道，地貌類(lèi)型為河床及河漫灘。西岸圍堰施工范圍河床底最低點(diǎn)標(biāo)高約10 m。

圍堰范圍內(nèi)地層依次為沖填土、砂礫、圓礫和泥質(zhì)粉砂巖，各地層情況見(jiàn)表1。圍堰填筑前需開(kāi)挖基礎(chǔ)，使長(zhǎng)管袋圍堰處于砂礫層中，達(dá)到一定的承載能力，來(lái)保證圍堰的整體穩(wěn)定。

表1 圍堰范圍內(nèi)巖土性質(zhì)

2 岸上與沉管接口段總體施工順序

紅谷隧道西岸岸上接口段沉管施工工藝流程見(jiàn)圖2。由于西岸沉管接口段位于贛江范圍內(nèi)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施作前需進(jìn)行圍堰填筑。圍堰施工完成后進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁(鋼管樁)、攪拌樁及旋噴樁施工以及冠梁和混凝土支撐施作?；觾?nèi)土方開(kāi)挖及鋼支撐架設(shè)，施作端頭預(yù)埋件鋼端殼、PC拉索、水密門(mén)、剪切鍵鼻托，同步進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)及端封墻混凝土澆筑。然后逐步切割堵頭鋼管樁，進(jìn)行對(duì)接范圍內(nèi)圍堰拆除及基槽開(kāi)挖，破除塑性混凝土防滲墻及三軸攪拌樁，進(jìn)行圍堰內(nèi)注水，水下拆除防滲墻以外圍堰及基槽，最后進(jìn)行管節(jié)沉放與對(duì)接。

3 接口段施工工藝

3.1 圍堰填筑

圍堰填筑剖面見(jiàn)圖3。西岸圍堰采用長(zhǎng)管袋充砂工藝填筑，圍堰軸線長(zhǎng)約456.61 m，填筑量約33.78萬(wàn)m3。采用雙堰體+中部砂芯的組合形式，內(nèi)外兩側(cè)堰體采用充砂長(zhǎng)管袋填筑，中部堰體采用吹砂填筑。圍堰防滲體系根據(jù)高程采用不同的施工工藝，設(shè)計(jì)常水位以下采用塑性混凝土防滲墻止水，常水位以上填筑黏土墻防水。圍堰迎水側(cè)坡面采用格賓石墊+砂卵石的組合，背水側(cè)全部采用砂卵石防護(hù)。

圖2 接口段沉管施工工藝流程

Fig. 2 Construction process of connection section between land section and underwater section of Honggu Immersed Tunnel

圖3 圍堰剖面圖

由于西岸圍堰下部為原河床淤泥層，填筑前需對(duì)基礎(chǔ)下部淤泥層進(jìn)行清除，基底要求位于砂礫層中。岸邊淤泥采用長(zhǎng)臂挖機(jī)開(kāi)挖，水下淤泥采用絞吸船開(kāi)挖。圍堰基礎(chǔ)清理完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后開(kāi)始長(zhǎng)管袋充填，自江中往岸邊、上游往下游的總體施工順序進(jìn)行填筑。

充砂長(zhǎng)管袋按照施工工藝分膜袋加工定位及充砂2部分。膜袋材料為加厚聚丙烯編織布，單個(gè)袋子最大長(zhǎng)度60 m，寬度20 m，提前在岸上加工完成。管袋縫制采用工業(yè)縫紉機(jī)，線繩采用尼龍線、錦綸線或棉線，接縫采用丁縫、蝶縫或包縫形式。拼縫的強(qiáng)度由強(qiáng)度試驗(yàn)確定，并滿足設(shè)計(jì)接縫強(qiáng)度要求。膜袋通過(guò)鋪排船上的電動(dòng)卷筒和船板精確定位，先將管袋纏繞在電動(dòng)卷筒上，充填過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)卷筒將長(zhǎng)管袋逐步鋪放到河底，整個(gè)作業(yè)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。長(zhǎng)管袋充填作業(yè)的方法有泥砂泵直接充填和砂船+泵砂船組合充填2種，前者適用于淺水部位，后者適用于深度較大的部位。泥沙泵直接充填時(shí)，潛水員先將泵砂軟管與袖口連接好，然后將水與河砂混合進(jìn)行造漿，采用泥砂泵抽取混合漿液充填，充填過(guò)程中需控制好泥砂泵出口壓力。充填應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)的進(jìn)行，先在管袋對(duì)角處灌砂，再另一對(duì)角，將管袋的位置固定下來(lái)，最后由中間向兩邊灌砂。管袋的分層厚度一般水下部分0.5 m左右，水上部分0.7 m左右； 砂船+泵砂船組合充填時(shí)，泵砂船作為水和泥砂泵組合的載體，施工時(shí)先啟動(dòng)水泵，用高壓水槍沖攪砂船中的泥砂進(jìn)行造漿，再將泥砂泵埋入混合漿液，最終通過(guò)輸砂軟管充填至管袋上部的袖口進(jìn)入管袋。通常砂船+泵砂船組合充填方法與鋪排船聯(lián)合施工，其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，施工工效高。長(zhǎng)管袋堰體每完成 2～3 m，需及時(shí)在兩側(cè)管袋砂間吹填砂芯。吹填砂采用皮帶船施工，施工速度快。吹填砂芯應(yīng)分層進(jìn)行施工，每層的吹填厚度不超過(guò)1.0 m。

圍堰填筑到設(shè)計(jì)常水位以后，施工中部砂芯處的防滲墻。防滲墻采用塑性混凝土材料，其水泥用量少并加入膨潤(rùn)土、黏土等，強(qiáng)度較低，塑性較大，防水性能較好。防滲墻采用地下連續(xù)墻工藝成槽，導(dǎo)管法進(jìn)行水下混凝土澆筑。

3.2 接口段基坑施工

接口段與江中沉管段水力壓接的岸邊隧道結(jié)構(gòu)部分稱(chēng)為沉管隧道的連接結(jié)構(gòu)，沉管的最終接頭設(shè)于江中,贛江東西兩側(cè)的岸邊隧道都設(shè)有連接結(jié)構(gòu)。兩岸連接結(jié)構(gòu)的斷面與沉管段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面形式一致,結(jié)構(gòu)寬度為30 m，隧道軸線兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁凈寬35 m，沉管管段擱置在連接結(jié)構(gòu)的底板上,并與其水力壓接。

連接結(jié)構(gòu)的施工隨岸邊暗埋隧道一同完成。以西岸為例，沉管連接段距岸邊防汛墻65 m ,連接處的開(kāi)挖深度約 12 m 。由于距離較遠(yuǎn), 在連接結(jié)構(gòu)外設(shè)置端頭分離式圍堰。為減少工程造價(jià)，連接結(jié)構(gòu)軸線兩側(cè)采用φ1 000 mm鉆孔樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),樁間采用φ600 mm旋噴樁止水，外側(cè)設(shè)置φ850 mm三軸攪拌樁加固。端部為滿足管節(jié)沉放工藝需要, 采用鋼管樁組合墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu), 其中，上部15 m為φ1 140 mm、壁厚25 mm的鋼管樁,下部為φ1 200 mm 的鉆孔灌注樁。西岸連接結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)挖采用明挖順作法施工,由于開(kāi)挖較淺，在頂部設(shè)置1道800 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐，基坑中部設(shè)置1道φ609 mm、壁厚16 mm的鋼支撐。由于基坑地質(zhì)主要為吹填中粗砂，開(kāi)挖前15 d在基坑內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行大口徑井點(diǎn)降水,以降低地下基巖裂隙水位,提高基坑的穩(wěn)定性，保證基坑施工的安全和達(dá)到周?chē)h(huán)境的保護(hù)要求。

3.3 岸下端頭主體結(jié)構(gòu)及端封墻施工

西岸端頭采用C40混凝土端封墻封堵，為確保結(jié)構(gòu)的密閉性能，端封墻與主體結(jié)構(gòu)一同澆筑。端封墻厚為25 cm，主筋采用φ14HRB400@100鋼筋，分布筋采用φ12HPB300@150鋼筋，雙層布置。

3.4 端封門(mén)預(yù)埋件施工

端封門(mén)橫斷面見(jiàn)圖4，預(yù)埋件主要包括水密門(mén)、鋼端殼、PC拉索、剪切鍵、H型鋼、預(yù)埋管及拉合座。

圖4 端封門(mén)預(yù)埋件斷面(單位: mm)

1)水密門(mén)。水密門(mén)預(yù)埋件分為門(mén)框和鋼封門(mén)2部分，均在江中分部進(jìn)行統(tǒng)一加工。其中，門(mén)框與端封墻鋼筋一同安裝，在混凝土澆筑過(guò)程中加以保護(hù)，防止位置偏移。待端封墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行鋼封門(mén)安裝，安裝時(shí)先在門(mén)框上焊接止水鋼筋，再將鋼封門(mén)與門(mén)框焊接牢靠，利用門(mén)框后的螺栓將鋼封門(mén)擠壓密實(shí)。

2)鋼端殼。鋼端殼橫向及豎向均分2次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，接頭處采用焊接法進(jìn)行連接。連接前應(yīng)對(duì)鋼端殼的水平位置、高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，合格后方可進(jìn)行焊接，并應(yīng)考慮焊接產(chǎn)生的變形。

3)PC拉索。設(shè)置在主體結(jié)構(gòu)底板、頂板中部，與結(jié)構(gòu)鋼筋一同安裝、固定，在沉管對(duì)接完成后拉緊。

4)剪切鍵。設(shè)置在端頭結(jié)構(gòu)側(cè)、中墻處，同樣與鋼筋一同安裝、定位，結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后進(jìn)行鼻托安裝。

5)H型鋼。混凝土端封墻后豎背H型鋼，型鋼高度與隧道凈空一致，型鋼后設(shè)置鋼筋混凝土枕梁及下部支座，并與底板混凝土一同施工完成。然后進(jìn)行H型鋼的安裝及固定，最后進(jìn)行端封墻鋼筋安裝及混凝土澆筑。

6)預(yù)埋管。端封墻設(shè)置有進(jìn)排水管、進(jìn)氣管及電纜管，均與端封墻鋼筋一同安裝，兩頭采用法蘭蓋封閉。

7)拉合座。拉合座下部預(yù)埋件與隧道頂板鋼筋一同安裝，頂板混凝土澆筑后進(jìn)行拉合座的安裝。

4 接口段對(duì)接施工技術(shù)

4.1 系泊安全設(shè)計(jì)

管節(jié)在臨時(shí)系泊、二次舾裝完成后，通過(guò)絞移的方式浮運(yùn)到沉放區(qū)，然后利用岸控和水下錨塊系泊系統(tǒng)再次系泊，等待沉放。管節(jié)在沉放區(qū)臨時(shí)系泊、安裝時(shí)利用牢固的系泊系統(tǒng)定位，并抵抗水流作用力。由于管節(jié)安裝定位時(shí)主要承受橫向水流力，而縱向水流作用力相對(duì)較小，因此，錨塊拋設(shè)主要考慮橫向水流力作用。

4.1.1 管節(jié)水流力計(jì)算

按照《港口工程荷載規(guī)范》[12]，管節(jié)的水流力

F=Cwρv2A/2。式中：Cw為水阻力系數(shù)，對(duì)于管段可取2.0；ρ為水的密度，kg/m3；v為水流速度，m/s；A為迎流面積，m2。

根據(jù)贛江水文資料可得2010—2013年隧址日最高流速為1.191m/s[13]。因此，系泊安全系統(tǒng)按能承受流速不大于1.2m/s的橫向水流設(shè)計(jì)，即有F=0.5×2.0×1 000×1.22×8.3×115=1 374.5 kN。

4.1.2 錨塊設(shè)計(jì)

采用2個(gè)水中錨塊+岸上地錨的系泊形式。水中錨塊為吸附式重力錨塊，外形尺寸為6 m×6 m×4 m，質(zhì)量為170 t，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

西岸岸控系統(tǒng)布置見(jiàn)圖5，共設(shè)置4個(gè)地錨。在管節(jié)縱軸線方向布置2個(gè)15 t地錨，就位后對(duì)管節(jié)臨時(shí)固定。管節(jié)對(duì)接里程布置60 t和100 t地錨各一個(gè)，與江中2個(gè)170 t錨塊一同組成絞拉系統(tǒng)，在沉放過(guò)程中對(duì)管節(jié)進(jìn)行精確調(diào)整。

在進(jìn)行錨塊設(shè)計(jì)時(shí)只考慮錨塊與河床間的摩擦以及錨塊被動(dòng)土壓力。

錨塊質(zhì)量170 t，水下浮重102 t，摩擦力f=壓力×摩擦因數(shù)=102×103×10×0.3=306 kN。

圖5 西岸岸控系統(tǒng)布置圖

式中： γ為水的容重，取9.8 kN/m3；H為錨固高度，取3.5 m；Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)，根據(jù)錨塊尺寸及水中地層情況取2.01；l為錨塊長(zhǎng)度，取5.71 m。

水中單個(gè)錨塊抗拉力=f+Pp=306+689=995 kN。

岸上錨塊質(zhì)量為100 t，摩擦力f1=100×103×10×0.3=300 kN。

岸上錨塊被動(dòng)土壓力

式中：γ1為土的容重，取18 kN/m3；H1為錨固高度，取3 m；Kpl為被動(dòng)土壓力系數(shù)，根據(jù)錨塊尺寸及土層情況取1.83；l1為錨塊長(zhǎng)度，取3.8 m。

岸上單個(gè)錨塊抗拉力=f1+Pp1=300+563.27=863.27 kN。

由以上計(jì)算可知，水中錨塊和岸上錨塊總抗拉力為995+863.27=1 858.27 kN，大于水流速度為1.2 m/s時(shí)管節(jié)橫向承受的水流力F=1374.5 kN，滿足管節(jié)系泊要求。

4.1.3 錨纜設(shè)計(jì)

主錨纜(橫向)選擇φ72 mm×80 m的金屬繩芯鋼絲繩，最小破斷拉力總和為3 270 kN； 副錨纜(縱向)選擇φ42 mm×105 m的金屬繩芯鋼絲繩，最小破斷拉力總和為996 kN。

4.1.4 系泊錨塊拉力試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)錨塊安裝完成后，在使用前需進(jìn)行一次錨塊拉力試驗(yàn)。安裝主系泊纜后，進(jìn)行錨塊拉力試驗(yàn)，拉力試驗(yàn)在工程船上進(jìn)行，試驗(yàn)拉力為800 kN，穩(wěn)載30 min錨塊不移位視為合格。試驗(yàn)結(jié)果表明，系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足管節(jié)系泊要求。

4.2 接口段管節(jié)就位技術(shù)

1)因沉放區(qū)位置狹窄，拖輪不能直接拖帶E1管節(jié)進(jìn)入，所以選擇在E2位置臨時(shí)系泊和二次舾裝。當(dāng)E1管節(jié)在E2管節(jié)沉放區(qū)臨時(shí)系泊、二次舾裝完成后，通過(guò)絞移的方式浮運(yùn)到E1沉放區(qū)，然后利用岸控和水下錨塊系泊系統(tǒng)再次系泊，等待沉放。

2)E1管節(jié)沉放采用浮駁加起重船扛吊方案，管頭設(shè)置1個(gè)鼻托導(dǎo)向裝置； 管尾底部設(shè)2個(gè)支撐點(diǎn)，各布置1個(gè)800 t的千斤頂，有效行程為250 mm。

3)管節(jié)系泊完成后，選擇恰當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行沉放與對(duì)接，主要包括管節(jié)初步對(duì)接、安裝拉合裝置、管節(jié)拉合及檢測(cè)、水力壓接、管節(jié)檢測(cè)驗(yàn)收以及管節(jié)穩(wěn)定壓載。

4)E1管節(jié)沉放時(shí)，采用2個(gè)15 t地錨連接管節(jié)首部的兩側(cè)纜樁吊點(diǎn)，起重船布置在管尾，船舶軸線與管節(jié)軸線重合，起重船兩主鉤分別連接管節(jié)尾部的兩側(cè)纜樁吊點(diǎn)。

5 接口段施工關(guān)鍵技術(shù)

接口段位于贛江河灘，水位落差大，前期擋水圍堰采用大型充砂長(zhǎng)管袋+塑性混凝土防滲墻形式。管段對(duì)接前利用防滲墻作為止水帷幕，陸上放坡開(kāi)挖并分節(jié)割除接頭鋼管樁，拆除防滲墻以內(nèi)圍堰并開(kāi)挖管節(jié)基槽。破除防滲墻注水，對(duì)端封門(mén)檢漏，水上拆除對(duì)接范圍內(nèi)剩余圍堰及基槽土石方，達(dá)到管節(jié)沉放對(duì)接要求。

5.1 圍堰內(nèi)基坑堵頭鋼管樁割除

連接結(jié)構(gòu)施工完成及端封墻、預(yù)埋件全部安裝并驗(yàn)收合格后,進(jìn)行堵頭鋼管樁處內(nèi)外土方同步開(kāi)挖，鋼管樁周邊以明挖基坑的形式進(jìn)行三面放坡開(kāi)挖，即E1管節(jié)兩側(cè)+鋼管樁往圍堰一側(cè)的土方開(kāi)挖。

首先對(duì)鋼管樁周邊土體進(jìn)行分層開(kāi)挖，至第2層鋼支撐位置，鋼管樁內(nèi)外土體同步開(kāi)挖，卸載堵頭鋼管樁外側(cè)土壓力，破除外側(cè)攪拌樁和旋噴樁，進(jìn)行第1次鋼管樁切割。

繼續(xù)降低鋼管樁兩側(cè)土體，為方便切割，最終開(kāi)挖位置應(yīng)至設(shè)計(jì)割除高程以下0.5 m。對(duì)接管節(jié)兩側(cè)鉆孔灌注樁外側(cè)土體的開(kāi)挖高程應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，外露鉆孔灌注樁作為懸臂結(jié)構(gòu)能夠自穩(wěn)，開(kāi)挖底高程要滿足沉管與接口段對(duì)接時(shí)船舶吃水深度的要求。鋼管樁分節(jié)割除縱斷面見(jiàn)圖6。

施工中主要控制要點(diǎn)及注意事項(xiàng)： 放坡開(kāi)挖土方時(shí)，采用挖掘機(jī)分層開(kāi)挖厚度不大于2 m。同時(shí)，應(yīng)做好鋼管樁處的水位監(jiān)測(cè)，降水井應(yīng)持續(xù)降水，當(dāng)遇到雨天時(shí)，在開(kāi)挖面設(shè)置集水溝和集水坑，并進(jìn)行明水抽排，確保鋼管樁在陸上進(jìn)行切割。

圖6 鋼管樁分節(jié)割除縱斷面圖(單位： m)

5.2 水面以上圍堰陸上拆除

在進(jìn)行基槽開(kāi)挖時(shí)，同步進(jìn)行沉管對(duì)接范圍內(nèi)剩余圍堰的拆除。由于圍堰形式為內(nèi)大外小雙堰體形式，兩堰體之間采用塑性混凝土防滲墻止水。剩余圍堰拆除時(shí)為保證施工安全，應(yīng)遵循先靠岸側(cè)、再迎水側(cè)、最后防滲墻的原則施工。以防滲墻為分界點(diǎn)，先往岸邊分層放坡開(kāi)挖，拆除采取挖掘機(jī)開(kāi)挖、自卸汽車(chē)運(yùn)輸。由于堰體主要為中粗砂，施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的便道硬化，平路可鋪設(shè)鋼板，斜坡填筑磚渣便道。在防滲墻靠岸側(cè)放坡完成后，進(jìn)行防水墻往江一側(cè)開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度2 m。迎水側(cè)每開(kāi)挖一層，靠岸側(cè)亦開(kāi)挖一層，直至防滲墻外側(cè)開(kāi)挖至江水位1 m以上。然后方可機(jī)械破除防滲墻及兩側(cè)攪拌樁，破除防滲墻前圍堰內(nèi)人員、機(jī)械應(yīng)全部撤離完畢。防滲墻破除完成后，可開(kāi)槽將江水引入圍堰內(nèi)，完成圍堰內(nèi)注水。

5.3 陸上基槽開(kāi)挖

堵頭鋼管樁切割完成后，繼續(xù)進(jìn)行鋼管樁外側(cè)E1管節(jié)范圍內(nèi)基槽陸上開(kāi)挖?；坶_(kāi)挖分為土方開(kāi)挖和巖層開(kāi)挖2部分，基槽下部2～4 m為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖層完整性較好。土方采用挖掘機(jī)直接分層開(kāi)挖，巖層需先采用破碎頭將其鑿除，挖機(jī)配合自卸汽車(chē)運(yùn)輸。

基槽開(kāi)挖完成后，在端封門(mén)外放置空集裝箱，可減少圍堰內(nèi)注水時(shí)端頭基槽的回淤量。

5.4 圍堰內(nèi)注水

圍堰防滲墻內(nèi)基槽開(kāi)挖施工完成后，拆除對(duì)接范圍內(nèi)的防滲墻5～10 m，將江水引入圍堰內(nèi)。當(dāng)水位超過(guò)對(duì)接段結(jié)構(gòu)頂板1 m時(shí)，封堵缺口并停止注水，觀察端封門(mén)的滲漏情況，如無(wú)滲漏，繼續(xù)注水，直至圍堰內(nèi)外水位一致。

5.5 水上拆除圍堰及基槽開(kāi)挖

水上利用抓斗船拆除管節(jié)范圍內(nèi)剩余圍堰，開(kāi)挖剩余基槽土方?；蹘r層采用船只水下爆破，然后將渣土運(yùn)至指定區(qū)域。基槽開(kāi)挖完成后進(jìn)行水下掃測(cè)，合格后進(jìn)行管節(jié)浮運(yùn)及對(duì)接。

6 現(xiàn)場(chǎng)施工效果

在接口段拆除的過(guò)程中，持續(xù)對(duì)圍堰及基坑的位移及沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用沉降量(位移)與速率的雙重指標(biāo)進(jìn)行控制(沉降及位移控制值為30 mm，預(yù)警值為20 mm； 速率控制值為1.5 mm/d，預(yù)警值為1.0 mm/d)。圍堰和基坑沉降(位移)曲線見(jiàn)圖7，可知施工完成后累計(jì)沉降14.28 mm、累計(jì)水平位移 17.22 mm。此外，施工監(jiān)測(cè)的最大沉降速率為0.80 mm/d、最大位移速率為0.87 mm/d。沉降(位移)與速率均滿足要求。

圖7 累計(jì)沉降和位移曲線

Fig. 7 Curves of accumulated settlement and displacement of cofferdam and foundation pit

紅谷隧道西岸接口段施工取得了較好的效果，端封墻及預(yù)埋件均在無(wú)水條件下施工，很好地解決了內(nèi)河水位變化較大的擋水難題。接口段拆除以圍堰防滲墻為平面分界，內(nèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)了鋼管樁、圍堰及基槽的陸上施工作業(yè)(見(jiàn)圖8)。接口段對(duì)接管節(jié)就位及沉放利用岸邊地錨進(jìn)行，較水上船舶定位更準(zhǔn)確，且減少了兩側(cè)基槽開(kāi)挖土方量。相比常規(guī)的水上拆除方案，工期從130 d減少至90 d，降低約31%。拆除費(fèi)用從2 100萬(wàn)元降低至1 550萬(wàn)元，降低約26%。

圖8 圍堰、基槽陸上開(kāi)挖

7 結(jié)論與討論

1)根據(jù)南昌紅谷隧道西岸接口段設(shè)計(jì)，采用充砂長(zhǎng)管袋作為堰體結(jié)構(gòu)，中部設(shè)置塑性混凝土防滲墻，其整體穩(wěn)定性強(qiáng)，止水效果好，解決了接口段基坑高水位差條件下的防水問(wèn)題。

2)在贛江枯水季節(jié)對(duì)接口段進(jìn)行拆除，可以實(shí)現(xiàn)端頭支護(hù)鋼管樁的陸上拆除，減少常規(guī)端頭基坑灌砂后重復(fù)清除的工序，并可將防滲墻以內(nèi)大部分圍堰及管節(jié)基槽開(kāi)挖調(diào)整為陸上施工，減少深厚巖層水下爆破施工的工程量。

3)接口段陸上作業(yè)安全可靠，施工進(jìn)度快，基槽開(kāi)挖質(zhì)量容易檢測(cè)，節(jié)約水下基槽開(kāi)挖及炸礁的成本，值得應(yīng)用與推廣。

4)南昌紅谷隧道采用大型圍堰隔水防護(hù)，暗埋段陸上施工的技術(shù)較為新穎，但在圍堰拆除過(guò)程中，為保證堰體的穩(wěn)定，拆除進(jìn)度較為保守，今后可針對(duì)河流水位、基槽開(kāi)挖及圍堰拆除程度變化對(duì)圍堰穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)基槽注水前最大程度地拆除圍堰，加快工程進(jìn)度，并減少注水時(shí)帶入基槽內(nèi)的管袋充砂量。

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Design and Construction of Connection Section between Land Section and Underwater Section of Inland Immersed Tunnel

LI Dahong1, LIU Guoxiu2, JIANG Shufeng2
(1.NanchangUrbanPlanning&DesignInstitute,Nanchang330000,Jiangxi,China; 2.ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

In consideration of safety, reliability and economy of construction, large-scale sandbag cofferdam and anti-seepage wall are selected as soil retaining system of Honggu Immersed Tunnel; and the steel pipe pile, jet grouting pile and mixing pile are used as retaining structures, so as to guarantee the water retaining effect of connection section between mined section and immersed section of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang under large water-head difference condition, successfully finish preliminary construction of the connection section and dismantle the connection section before segment floating and transportation. Key technologies, drying out method for steel tube plug pile in foundation pit, overland foundation trench excavation and overland cofferdam dismantling synchronously, are adopted by optimizing conventional construction scheme. The construction results show that the composite structure of sandbag cofferdam and anti-seepage wall has a good water retaining effect; the quality of dismantling of steel pipe pile, segment foundation trench and sandbag cofferdam has been guaranteed; the construction period has been reduced by 31% and the structure dismantling cost has been reduced by 26%. The results can provide reference for similar projects in the future.

immersed tunnel; connection section between land section and underwater section; retaining structure; cofferdam; foundation trench excavation

2016-05-30;

2016-12-24

李達(dá)宏(1979—)，男，江西吉安人，2001年畢業(yè)于重慶交通大學(xué)，橋梁與隧道工程專(zhuān)業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事市政工程設(shè)計(jì)工作。E-mail: 10468248@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.018

U 455.46

B

1672-741X(2017)04-0510-07