沉管法施工

沉管法

目录

一、定义

二、适用条件 三、管段制作 四、管段沉放

五、管段的水下连接 六、管段基础处理 七、管段防水设计 八、施工的关键技术

一、定义

沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。

二、适用条件

适合于沉管法施工的主要条件是：水道河床稳定和水流并不过急。前者不仅便于顺利开挖沟槽，并能减少土方量；后者便于管段浮运、定位和沉放。

三、管段制作

管段的预制是沉管隧道施工的关键项目之一，关键技术包括：１）容重控制技术。混凝土容重定了管段重量大小，如果控制不当，可能造成管段无法起浮等问题，为了保证管段浮运的稳定性干舷高度，必须对混凝土容重进行控制，措施包括配合比控制、计量衡器控制、配料控制、容重抽查等。２）几何尺寸控制。几何尺寸误差将引起浮运时管段的干舷及重心变化，进而增加浮运沉放的施工风险。特别是钢端壳的误差，会增加管段对接难度和质量、影响接头防水效果，甚至影响隧道整条线路。因此，几何尺寸误差控制是管段预制施工技术的难点、重点之一。管段几何尺寸控制措施主要包括精确测量控制、模板体系控制、钢端壳控制，钢端壳采用二次安装消除安装误差。３）结构裂缝预防。管段混凝土裂缝的控制是沉管隧道施工成败的关键之一，也是保证隧道稳定运行的决定性因素，因此需要在所有施工环节对缝控制予以充分考虑。４）结构裂缝处理虽然采取了一系列防裂措施，但管段裂缝是不可能避免的。出现裂缝后，应采取补救措施。首先对裂缝观察描述认定，依据其性质选用合理的方案补救。第一类为表面裂缝，可采用表面封堵方案处理；第二类为贯穿性裂缝，可采取化学灌浆方案处理。

四、管段沉放

管段沉放:沉放作业分为３ 个阶段进行，初次下沉、靠拢下沉和着地下沉。在沉放前，应对气象、水文条件等进行监测、预测，确保在安全条件下进行作业。

五、管段的水下连接

管段的水下对接采用水下压接法完成，该法是利用静水压力压缩

ＧＩＮＡ 止水带，使其与被对接管段的端面间形成密闭隔水效果，水下对接的主要工序包括对位、拉合、压接内部连接、拆除端封墙等工序。

为了确保沉管隧道各个管段能准确连接，需要建立测量系统和调整装置。测量系统包括引导管段到位和使管段正确对接两个部分。引导管段到位的测量系统是在陆地上用扫描式全站仪自动跟踪测量定位控制塔上的棱镜，根据测量结果用计算机算出管段现在位置，显示在屏幕上，指导指挥人员下一步决策（进一步下沉或平面位置调整）。使管段正确对接的测量系统可采用超声波探测装置（水下三维系统）配合陆地上的引导系统，以及时掌握管段的绝对位置与状态（管段摆动与否），以及正沉放管段与已沉放管段之间的相对位置（端面间距离、方向、纵横断面的倾斜等），从而安全、正确并以最短时间实现管段的沉放与对接，避免沉放过程中管段碰撞和ＧＩＮＡ 橡胶止水带损伤等事故发生。超声波探测装置可自动测量管段端面之间的相互距离、水平和垂直偏移、管段倾斜，检测结果通过计算机处理后显示出图像，作为监控管段沉放的根据。最后对接时，还需潜水员大量、多次的检查，确认位置正确，保证沉放安全、成功。管段压舱水箱加减压舱水时，管内需要人工操作多个阀门，管段沉放开始之前管内人员必须全部离开，拉合管段并初步止水后，人员方可再进入管内进行水力压接，这是沉管隧道施工的安全要求，但实际操作很难做到。因管段沉放接近基槽底部时，通常周围水体容重会增加，管段负浮力会减小，这时需要施工人员进入管内进行操作增加压舱水。瑞典到丹麦的厄勒沉管隧道１３ 号管段的事故最能说明管段沉放过程中管内不允许有人的安全观点，１３ 号管段沉放离目标还有１．３ ｍ时，管尾的混凝土封门由于底部枕梁缺少箍筋引起局部破坏，导致大量海水在极短时间内进入管内并从人孔中涌出约３０ ｍ，管段急剧下沉到基槽底。另外，由于同一潜水员２４ ｈ 内不能复潜，完成一节管段的沉放，需要８ ～１０ 位潜水员依次工作，潜水准备、潜水员更换，也占用很多时间。在上海外环隧道７ 节管段的沉放对接施工中，曾有多次由于潜水探摸占用太多施工时间，错过了平潮流速较小时段可以进行管段初步对接的机会，只好等待下一个平潮，拖延了沉放作业进度。因此，扫描式全站仪、超声波探测装置的应用，可大大减小

现场施工人员的作业强度，减少施工风险，降低作业成本。

六、管段基础处理

沉管隧道基础设计与处理是沉管隧道特别是矩形沉管隧道的关键技术之一［６］ 。沉管隧道基础沉降问题与一般地面建筑的情况截然不同。沉管隧道在基槽开挖、管段沉放、基础处理和最后回填覆土后，抗浮系数仅１．１ ～１．２，作用在沟槽底面的荷载不会因设置沉管而增加，相反却有所减小。在沉管隧道沉管段中构筑人工基础，沉降问题一般不会发生。有些国家（如日本）明确规定，当地基容许承载力［Ｒ］≥２０ ｋＮ／ｍ２ ，标准贯入度Ｎ≥１ 时，不必构筑人工沉管基础。但是在沉管段基槽开挖时，无论采取何种挖泥设备，浚挖后沟槽底面总留有１５ ～５０ ｃｍ的不平整度。沟槽底面与管段表面之间存在众多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀，同时地基受力不均也会使管段结构受到较高的局部应力，以致开裂，因此，必须进行适当的基础处理，以消除这些有害空隙。沉管隧道基础处理主要是解决：ａ．基槽开挖作业所造成的槽底不平整问题； ｂ．地基土特别软弱或软硬不均等工况；ｃ．考虑施工期间基槽回淤或流砂管涌等问题。从沉管隧道基础发展来看，早期采用的是刮铺法（先铺法）。该方法是在疏浚地基沟槽后，在两边打桩并设立导轨，然后在沟槽上投放砂石，用刮铺机进行刮铺。它适用于底宽较小的钢壳圆形、八角形或花篮形管段。美国早期的沉管隧道常用此法。该法有不少缺点，特别是对矩形宽断面隧道不适用，而逐渐被淘汰，取而代之的是后填法。后填法是将管段先沉放并支承于钢筋混凝土临时垫块上，再在管段底面与地基之间垫铺基础。后填法克服了刮铺法在管段底宽较大时施工困难的缺点，并随着沉管隧道的广泛应用，不断得到改进和发展，现有灌砂法、喷砂法、灌囊法和压注法，其中，压注法又分为压浆法和压砂法。

七、管段防水设计

毫无疑问，对沉管隧道来说，防水是一个非常重要的工程［３，４］ 。沉管隧道的防水包括管段的防水和接头的密封防水。管段结构形式有圆形钢壳式和矩形钢筋混凝土式两大类，钢壳管节以钢壳为防水层，其防水性能的好坏取决于拼装成钢壳的大量的焊缝质量。为了保证焊缝的防水质量，应对焊缝质量进行严密检查。钢筋混凝土管段的防水又包括管段混凝土结构的防水和接缝防水。自防水是隧道防

水的根本，对于混凝土管段来说，渗漏主要与裂缝的发展有关。因此，在提高混凝土抗渗等级的同时，要采用低水化热水泥并严格进行大体积混凝土浇筑的温升控制，将管段混凝土的结构裂缝和收缩裂缝控制在允许范围内为了保证焊缝的防水质量，应对焊缝质量进行严密检查。钢筋混凝土管段的防水又包括管段混凝土结构的防水和接缝防水。自防水是隧道防水的根本，对于混凝土管段来说，渗漏主要与裂缝的发展有关。因此，在提高混凝土抗渗等级的同时，要采用低水化热水泥并严格进行大体积混凝土浇筑的温升控制，将管段混凝土的结构裂缝和收缩裂缝控制在允许范围内。除了管段的自防水以外，管段外防水层的敷设通常也是很有必要的。厄勒海峡隧道的建设者们对不同的裂缝宽度估计了运营期间可能渗入的水量，即使对于０．２ ｍｍ 的裂缝，在１００ 年通过的总渗水量也达９００ ×１０４ ｔ，可见潜在渗水危险是存在的。因此，为了确保管段具有非常可靠的防水性能，除发挥管段自防水性能外，在管段外两侧面和顶面涂抹一层很薄的外防水涂料是很有必要的。日本、澳大利亚等国习惯采用底板铺设带键的防水板，侧墙、顶板喷涂聚合物或环氧涂层的全包防水或半包防水。

八、施工的关键技术

整个沉埋隧道由水底沉管、岸边通风竖井及明洞和明堑组成，沉埋隧道的施工，主要有以下工序，如图２ 所示。

图2 沉管隧道的施工程序

在所有的工序中，管段制作，管节浮运、沉放、水下对接和基础处理的难度较大，是影响沉管隧道成败的关键工序。