內河大流速高位差沉管隧道的五大關鍵

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應用于南昌紅谷隧道工程的“內河大流速高位差沉管隧道關鍵技術”項目實現了多項關鍵技術突破，對解決江河中游水位季節性變化、水流速度的非均勻性、預制管節浮運的復雜性、預制管節間對接的準確性、沉管隧道基礎質量保證的不確定性等因素，意義深遠，有效提高了江河沉管隧道施工的安全性、可靠性、高效性。

關鍵技術一：首創了后建城市過江通道的生態設計方法

干塢結合規劃水上樂園設計，提升了永臨結合的工程價值。該創新技術解決了城市核心區用地困難、內河長距離浮運的難題，提出了雙子塢干塢方法，實現了10節以上多管節流水化預制、沉放；建立了完善的沉管隧道干塢技術體系，解決了城市建筑密集區內河沉管隧道修建可行性的難題，降低了對環境的影響。

水下雙燕型立交與設備用房綜合設計，創新了水下空間開發，避免了房屋拆遷與沿岸生態破壞。沉管法隧道埋深淺的優勢，保證了隧道主線與東岸臨江3條主干道路順暢銜接，實現了隧道接線及交通功能的最優化；兩岸零房屋拆遷，解決了先建城市、后建通道存在的巨大拆遷難題；綜合利用水下立交結構間設置了國內首座水下疏散避難大廳，南北互通，解決了多匝道接線分合流區域防災疏散的難題，疏散出地面距離減少至不足200米，計算疏散時間474.8秒，縮短至292.5秒，降低了市民疏散恐懼心理；同時利用地下空間空隙設置了隧道設備間。整體較橋梁通道形式節地200畝以上，綜合效益突出。

關鍵技術二：創建了內河整體式管節沉管隧道設計理論與方法

創建了整體式沉管隧道管節接頭剛度計算理論。基于受力平衡和變形協調原理，建立了表征沉管隧道整體式管節接頭構造特點的力學模型，創立了一整套表征沉管隧道整體式管節接頭剛度的理論解析表達式，開發了沉管隧道整體式管節接頭力學性能及變形特征試驗技術，研制了多維多向自平衡式加載反力裝置，通過國內外最大比尺（1：5）的管節接頭物模試驗驗證了理論有效性，為管節接頭各構件的精細化設計提供了理論支撐。

創新了沉管隧道灌砂墊層最終沉降非線性計算理論。基于多工況物模試驗，揭示了灌砂壓力與沙盤擴散半徑間的規律，創新了綜合考慮沉管隧道工藝特點修正后的隧道最終沉降非線性計算理論，提高了沉降計算的準確性，避免了傳統方法計算最終沉降量低估50%～100%的問題。

此外，國內首次采用了異地雙子塢的干塢設計方法，開創了固定式干塢連續批量預制整體式管節的先河，解決了季節性河流預制與浮運銜接的難題。

沉管隧道關節接頭細部構造圖

整體式管節接頭剛度理論與試驗模型驗證

關鍵技術三：創建了內河大流速、復雜流場條件下的沉管隧道施工技術體系

自主研發了內河沉管施工船機與裝備，如改裝拖輪、沉放船、灌砂船、頂推架、調節蓋等。其中，研發的具有精準定位、實時監控、動態調整等功能的專用沉放船，解決了在內河河道狹窄、水文復雜、窗口期短等條件下的管節沉放難題，將管節沉放周期由2天至3天縮短至1天至2天。

發明了“絞拉”“綁拖”結合的沉管浮運方法，實現了浮運流速限值從每秒0.6米提升至1.2米，順江偏差小于2米的精準浮運，首創了橫江浮運、穿小凈跨橋梁、定點旋轉、漂浮系泊等姿態穩控方法。其中，沉管管節浮運拖帶船舶選用全回轉拖輪，一部分拖輪在沉管管節側邊旁拖，另外一部分拖輪在沉管管節管首或管尾吊拖，且采用“拖輪+管面絞車+工程船絞車+重力錨塊+岸控地錨”相結合的方式，實現了每秒0.6米或以上的大流速條件下進行管節出塢接拖（系泊轉換至拖帶）、順隧道軸線進入沉放區（拖帶轉換至系泊）、大流速條件下（每秒1.2米至2.0米）回旋區內管節浮運的安全調頭。

構建了管節快速、精準沉放與主動糾偏對接技術，貫通軸線偏差19毫米。項目組為解決高位差下管節對接控制難題，設計了尾部千斤頂調整沉管尾部垂直高程，首部制作安裝了主動調節管節首部高程、軸線方向的糾偏裝置調節蓋；沉放過程，橫向調節纜固定軸線，尾部鎖定，加重管節抗浮系數，加大底部摩擦實現沉管管節水下糾偏。

限位拉桿解決了枯水期沉放管節彈開的巨大風險

關鍵技術四：構建了沉管隧道智能監控、水下檢測等安全質量保障體系

研發了可視化水下BIM監控系統。針對傳統沉放監測過程數據冗長繁雜、不夠直觀等現狀，采用全站儀、GPS及姿態儀，自動采集管頂安裝的測量塔點位姿態，定位水下管節位置，并可實時傳送至可視化處理的監測系統，指導管節高精度沉放。工智能測控系統（軟著登字第1757120號），解決了傳統方法不能實時監控管節水上浮運線路、水下沉放與對接姿態導致施工偏差大的難題。

采用沖擊映像法、全波場相結合的檢測法，創建了沉管隧道灌砂墊層無損檢測方法與填充效果評價體系。其中，研發的沉管隧道基礎灌砂1：1模型試驗平臺裝置及試驗方法，該試驗平臺為目前國內規模最大的全尺寸足尺灌砂模型試驗平臺，最大限度模擬了實際灌砂基礎過程，減少了試驗誤差，保證了灌砂試驗結論的先進性科學性及可靠性；構建了沖擊映像法與全波場法相結合的無損檢測評價體系。

關鍵技術五：研發了膜袋砂+多型式防滲墻圍堰與深大基坑群水陸接線工程綜合施工技術

發明了便于恢復的臨時塢口圍堰施工方法及圍堰結構。上游利用塢口拆除時的土方填筑丁字壩，使塢口恢復區域處于低流速區，陸上推填河砂和浮駁拋填砂形成砂芯堰體，實現塢口快速合攏，塢口外側采用2米厚膜袋砂護坡，塢口內側現澆鋼筋網片混凝土護坡，堰體采用三軸水泥攪拌樁+塑性混凝土防滲墻帷幕止水，堰頂采用粘土防滲墻止水。該施工方法首次應用于國內干塢塢口圍堰恢復，加快了塢口圍堰施工進度，適用于類似工程圍堰快速合攏的工程施工。

研發了塑性混凝土防滲墻和鋼筋混凝土擋墻相結合的防滲系統。針對施工工期短，圍堰防洪要求高，通過精細化數值模型，分析了不同坡率和水位差下大型圍堰的變形規律和穩定特性，構建了塑性混凝土防滲墻和鋼筋混凝土擋墻相結合的防滲系統，發明了由充砂長管袋填筑的堰體、由膨潤土塑性混凝土墻和扶壁式鋼筋混凝土擋墻組成的防滲體系以及堰體內外邊坡防護體系的快速施工方法，實現了有效防洪。

此外，項目組還研發了“X”型偏壓基坑支撐系統及鋼管堵頭樁干割除技術體系，構建了臨江大跨度基坑群快速、安全施工方法。首創了沉管隧道堰內基坑鋼管堵頭樁“干割除”法。