淺論沉管法施工

黃坤

摘要：簡述了沉管法施工的工藝，施工過程和施工優(yōu)缺點(diǎn)。分析了在建造水下隧道時(shí)沉管法施工與盾構(gòu)法的優(yōu)劣。并結(jié)合港珠澳大橋分析了沉管法，得出沉管法施工對施工工藝要求高，但是施工效果好的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：沉管法；施工；工藝；港珠澳大橋

1 沉管法的定義和施工歷史

就跨越江河湖海的可選方式而言。目前主要有輪渡、橋梁與水下隧道。輪渡方式雖然投資少，但由于其受交通運(yùn)輸量小、等候時(shí)間長、氣候影響大等不利因素的限制，與現(xiàn)代城市快節(jié)奏交通運(yùn)輸不相適應(yīng)，所以現(xiàn)在選用較少。跨越江河湖海的方式越來越多地在水下隧道與橋梁之間做出選擇。

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、隧道修建技術(shù)的日臻完善以及人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，水下隧道也逐漸被國人所接受，并付諸建設(shè)。水下隧道施工常采用的方法有鉆爆法、盾構(gòu)法、TBM法和沉管法。于1910年美國的底特律河隧道開始，迄今為止，世界上已有100多條沉管隧道。

沉管法[1]是預(yù)制管段沉放法的簡稱。水下沉管隧道的整體結(jié)構(gòu)是由管段基槽、基礎(chǔ)、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。沉管法現(xiàn)已成為水底隧道的主要施工方法。即按照隧道的設(shè)計(jì)形狀和尺寸在擬建隧道以外的船臺上預(yù)制隧道管段并在兩端用臨時(shí)隔墻封閉，后舾裝好拖運(yùn)、定位、沉放等設(shè)備將其拖運(yùn)至擬建隧道位置沉放到江河中預(yù)先浚挖好的溝槽中并連接起來，最充填基礎(chǔ)和回填砂石將管段埋入原河床中。

沉管隧道的管段斷面結(jié)構(gòu)形式按制作材料分，主要有鋼殼混凝土管段和鋼筋混凝土管段兩種；按斷面形狀分有圓形、矩形和混合形；按斷面布局有單孔式和多孔組合式。

2 沉管法的施工工藝

在施工過程[2]中，管段制作、基槽浚挖、管段的沉放與水下連接、管段基礎(chǔ)處理、回填覆蓋是施工的主體。

干塢是塢底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需場所。干塢是一項(xiàng)臨時(shí)性工程，隧道施工結(jié)束后便完成其使命。在干塢內(nèi)施工管段制作的要求：①沉管管段是在地面預(yù)制的，所以其基本工藝與地上制作其它大型鋼筋混凝土構(gòu)件類似。 ②要對預(yù)制管段的對稱均勻性和水密性進(jìn)行控制。 ③保證浮運(yùn)和下沉，管段上還要設(shè)置端封墻和壓載設(shè)施。基槽開挖一般采用吸泥船進(jìn)行，如鏈斗式挖泥船、絞吸式挖泥船等

管段[3]在干塢中預(yù)制好、沉管基槽開挖及基礎(chǔ)處理好后便可進(jìn)行管段的出塢、浮運(yùn)、沉放與水下連接工作，是沉管隧道難度最大的一道工序。 管段沉放就位后，還要與已連接好的管段連成一個(gè)整體。水下連接技術(shù)的關(guān)鍵是要保證管段接頭不漏水。水下連接主要是水力壓接這種方法。水里壓接法[4]就是利用管段另一端端面上的強(qiáng)大水壓力，使安裝 在待接端周邊的圈狀膠墊壓縮且緊貼原有管段端面而形成接頭的水下連接方法。有工藝簡便，操作容 易，水密性可靠，基本不需潛水工，省工省料及施工 速度快等優(yōu)點(diǎn)。

槽底表面不平整，槽底表面與沉管底面之間將存在很多不規(guī)則的空隙，導(dǎo)致地基土受力不均勻而局部破壞，從而引起不均勻沉降，使沉管結(jié)構(gòu)受到局部應(yīng)力而開裂，故必須進(jìn)行基礎(chǔ)處理（基礎(chǔ)填平）沉管隧基礎(chǔ)處理的很多，主要分先鋪法和后填法兩大類。在管段沉放前進(jìn)行的處理方法稱先鋪法，又叫刮鋪法，包括刮砂法和刮石法；后填法是先將管段沉沒在溝槽底的臨時(shí)支座上，隨后再補(bǔ)填墊實(shí)，它包括噴砂法、壓砂法、壓漿法等。

3 沉管法的優(yōu)缺點(diǎn)

沉管法的技術(shù)[5]優(yōu)點(diǎn)在于：首先，從地層條件來看，沉管隧道在地基上不受地質(zhì)條件的限制，對地基允許承載力的要求也很低，一般5N/cm2左右。第二，工程造價(jià)較低。因水下挖土單價(jià)比地下挖土低；管段的整體制作，浮運(yùn)費(fèi)用比制造、運(yùn)送大量的管片費(fèi)用低得多；又因接縫較少而使隧道每米單價(jià)降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價(jià)大為降低。第三，沉管隧道工期短，施工質(zhì)量高，易于做好防水措施；管段較長，接縫很少，漏水機(jī)會(huì)大為減少，而且采用水力壓接法可以實(shí)現(xiàn)接縫不漏水。第四，沉管隧道的埋深很淺，并且適用水深范圍較大，因大多作業(yè)在水上操作，水下作業(yè)極少，故幾乎不受水深限制，如以潛水作業(yè)實(shí)用深度范圍，則可達(dá)70米。第五，斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納4～8車道，而盾構(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設(shè)雙車道。與之對應(yīng)的沉管法也有著許多缺點(diǎn)：1.因?yàn)楣芏晤A(yù)制，所以管段制作混凝土工藝要求嚴(yán)格。2.占用施工場地較多3.施工受氣象、水文等自然條件影響較大

4 工程實(shí)例

在世界上獨(dú)一無二的超級工廠里，制作一個(gè)個(gè)長180米、重約8萬噸，尺寸類似于一幢60層樓房的巨大混凝土沉管，然后把它運(yùn)輸?shù)绞┕ずＳ颍惭b到精心準(zhǔn)備的海底基槽中，一節(jié)節(jié)對接起來，形成一個(gè)海底隧道，專業(yè)術(shù)語叫沉管隧道。這便成為當(dāng)今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程[6]-。港珠澳大橋是中國的一座跨海大橋，連接香港、澳門半島和廣東省珠海市。 因?yàn)楦壑榘拇髽驒M跨伶仃洋海域，而伶仃洋的主航道正是在海底隧道的位置。所以大橋主體工程采用橋隧組合方式。 港珠澳大橋沉管隧道是港珠澳大橋的重要組成部分，穿越伶仃西及銅鼓航道長達(dá)6648米。港珠澳大橋工程投資超過700億元，近6公里的沉管隧道由33節(jié)沉管在海底次第對接而成，是整個(gè)工程的核心，任何一節(jié)沉管出了問題，都會(huì)對工程建設(shè)產(chǎn)生致命的影響、對工程120年的使用壽命產(chǎn)生致命影響。港珠澳大橋沉管隧道槽深30米左右，這在全世界還是第一次；深水安裝的長度超過3公里，在全世界也是第一次。

5.結(jié)論：

①沉管法施工的施工工藝比較難，但施工效果好，較為經(jīng)濟(jì)。②在施工水下隧道方面，沉管法施工比盾構(gòu)法施工更為經(jīng)濟(jì)更為便利。③通過港珠澳大橋?qū)嵗治鑫覈凉芊ǖ氖┕ぜ夹g(shù)已經(jīng)達(dá)到了非常高的地位。

參考文獻(xiàn)

[1]朱林.隧道沉管法施工技術(shù) 《技術(shù)與市場技術(shù)研發(fā)》第18卷第8期2011

[2]范佳俊，李立國.沉管法隧道施工及其問題分析 《城市建設(shè)理論研究》第21期2011，

[3]孟民強(qiáng).沉管法隧道管內(nèi)施工淺談 《建造與修理》

[4]管敏鑫.沉埋隧道的接頭防水和水力壓接 《中國土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程學(xué)會(huì)第八屆年會(huì)論文集》

[5]錢七虎.從河床沖淤分析沉管法修建長江水下隧道問題 《現(xiàn)代隧道技術(shù)》第43卷第4期2006.8

[6]盧普偉，梁邦炎，資利軍.港珠澳大橋隧道工程沉管法與盾構(gòu)法比選分析 《施工技術(shù)》2012年第17期