天津海河沉管隧道管段分節方案比選研究

謝 新

（天津市海河建設發展投資有限公司，天津 300010）

1 工程概述

沉管法[1]是指在干塢內或大型駁船上先預制管段，再浮運到指定位置下沉對接固定,進而建成過江隧道或水下構筑物的施工方法，采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道[2]。沉管隧道自誕生以來，已經在美國、荷蘭、日本等國家得到廣泛應用。我國修建沉管隧道起步較晚，但是發展迅速。目前已經建成的沉管隧道有寧波甬江隧道、寧波常洪隧道、廣州珠江隧道、上海外環隧道[3]、廣州倉頭-生物島隧道、廣州生物島-大學城隧道[4][5]，在建的有廣州洲頭咀隧道、舟山沈家門海底隧道、佛山汾江路南延線東平河隧道、港珠澳大橋海底隧道。

天津濱海新區中央大道是濱海新區中心商務商業區的南北向中軸線，中央大道海河隧道是溝通濱海新區商業商務區海河南北兩岸的重要通道,隧道全長3463 m，其中穿越海河段采用沉管施工工藝。

為充分利用地下空間，發揮各市政管線系統的社會效益、經濟效益和環境效益，中央大道海河隧道在沉管段和兩側連接段為兩孔三管廊結構，兩孔為車行道范圍。三管廊為綜合管廊，用于放置過境的電力、熱力、給水、通訊等綜合管線。綜合管廊的設置體現了設計理念的科學性和先進性。斷面全寬36.6 m，高為9.65 m。其中底板厚1.40 m，頂板厚1.35 m，外側墻厚1.0 m（見圖1）。

圖1 海河隧道橫斷面圖（單位：cm）

沉管隧道的管段長度與分節數的確定，須綜合考慮管段制作、接頭數量、拖運沉放、河道通航條件、河床形態、縱剖面線型擬合、管段受力和合理性、工程的經濟性，以及工期等因素后確定。本文將詳細比較分析不同管段分節方案的優缺點。

2 管段分節方案

根據海河隧道工程建設場地現狀，干塢設置在沉管隧道北側。沉管管段先沉放北側，由北向南依次沉放，其岸邊最終接頭在南側。結合上述施工工工藝和工序，本文對管段分節設置提出兩節管和三節管兩個方案。

2.1 方案一：兩節方案（見圖2）

圖2 兩節方案分節示意圖

兩節管段的方案，沉管段工程設計起止樁號為K28+517.400～K28+757.400，全長 240 m，由 2節預制管段組成，管段長分別為120 m和110 m+10 m。北側管段進岸長度約8 m，南側管段進岸長度約18 m。

2.2 方案二：三節方案（見圖3）

圖3 三節方案分節示意圖

三節管段的方案，沉管段工程設計起止樁號為K28+492.000～K28+747.000，全長 255 m，由三節預制管段組成，管段長85 m、85 m、80 m+5 m。北側管段進岸長度約20 m，南側管段進岸長度約40 m。

3 管段分節方案分析

3.1 管段平面形態

根據平面推薦線路，方案一管段起訖點里程K28+517.4～K28+757.4，由兩節預制管段組成，管段長E1=120 m、E2=110 m+10 m；其中E1管段大部分位于2000 m平曲線段，E2管段全部位于直線段。平面線形對管段制作的影響適中。

方案二管段起訖點里程K28+505～K28+780，全長255 m，由三節預制管段組成，管段長E1=85 m，E2=85 m，E3=80 m+5 m。其中E1管段全部位于半徑2000 m平曲線段，E2管段部分位于平曲線段、部分位于直線段，E3管段全部位于直線段。兩個方案均為部分管段在直線段上，部分管段在曲線段上。

3.2 河床形態、航道要求

工程所屬河段河床呈不對稱“V”型，縱剖面線型設計時，設R=3000 m豎曲線，根據航運部門所確定的航道寬度不小于160 m、航道底標高-9.2 m的要求，航道范圍內方案一和方案二管頂標高均能滿足距航道底邊角1 m豎向凈距的控制要求。

3.3 干舷高度

沉管隧道的設計與施工除了必需滿足結構空間和受力要求以外，還應同時考慮隧道管節在水中拖運和沉放的干舷高度等因素。在沉管隧道管段設計中，干舷高度的計算與其允許值是沉管隧道的外形尺寸的控制性因素[9]。

本文提出的兩個方案中，方案一管段干舷高度適中；方案二由于管段長度的減小，導致管段干舷高度略小，但是也滿足施工及安全要求。

3.4 干塢位置選擇與規模

該工程干塢塢址選擇有藍鯨島干塢、軸線干塢和移動干塢等方案。干塢塢址及規模的選擇與管段分節數量和管段長度密切相關。管段數量少，可以減小干塢規模。但是管段分節長度小，又有利于干塢選擇的靈活性。同時干塢塢址的選擇還應結合周邊地形地貌及后期開發利用等因素。

3.5 拖運、沉放、接頭費用

方案一單節管段長度達120 m，如選用藍鯨島干塢則需要單獨清理河道。如選用移動干塢，則對駁船要求需提高。而方案二單節管段僅85 m，拖運和沉放的均較為靈活。

盡管多設一節管節，就得多增加一組接頭等附屬設施等，增加了附屬設施費用。但是兩管段方案對干塢位置的選擇具有一定局限性，而三管段方案增加了干塢位置選擇的靈活性。

3.6 管段接頭位置的合理選擇

線路沿線河床形態、地形標高等資料顯示，近岸側管頂覆土厚度變化急劇，江中管頂覆土厚度相對較為平緩。管段進岸長度過長，則由于近岸覆土厚度急劇的變化，易造成管段縱向受力的不均勻，且可能會造成與相鄰管段接頭部位產生較大的變形，加大接頭處理的難度。

經過綜合比較，確定方案一北側管段進岸長度約8 m，南側管段進岸長度約18 m。方案二北側管段進岸長度約20 m，南側管段進岸長度約40 m。

表1為管段分節方案綜合比選匯總表。

表1 管段分節方案綜合比選匯總表

4 結論

本文分別從管段平面形態、河床形態與航道要求、干舷高度、拖運沉放、干塢規模及管段接頭位置等多方面比較天津中央大道海河沉管隧道兩節管段和三節管段兩個方案的優點與不足?？紤]到工程特點，推薦三節管段的方案為工程實施方案。

[1]陳韶章.沉管隧道設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]王艷寧，熊剛.沉管隧道技術的應用與現狀分析[J].現代隧道技術，2004，（4）:1-4.

[3]上海市建設和管理委員會科學技術委員會.外環沉管隧道工程[M].上海：上海科學技術出版社，2005.

[4]傅瓊閣，沉管隧道的發展與展望[J].中國港灣建設，2004，（5）：53-58.

[5]楊文武.沉管隧道工程技術的發展[J].隧道建設，2009，29（4）：397-404.

[6]唐英，管敏鑫，萬曉燕.沉管隧道接頭的理論分析及研究[J].中國鐵道科學.2002，23（1）：67-72.

[7]楊秀軍，石志剛，顏靜儀.沉管隧道防災救援系統研究[J].地下空間與工程學報，2012,8（7）：1571-1575.

[8]代敬輝.軟弱地基下大型沉管隧道管段預制關鍵技術[J].鐵道標準設計，2012,（8）：87-90.

[9]林薇，李塔，呂勇剛.關于沉管隧道管節干舷計算及允許值的研究[J].中國港灣建設，2012,（4）:39-42.

[10]陸海軍.沉管隧道主體結構設計關鍵技術分析研究[J].隧道建設，2007,27（1）：46-50.