海河隧道施工中沉管法施工技術(shù)

摘要：在海河隧道施工過程中，經(jīng)常涉及到沉管法施工技術(shù)的應(yīng)用。以實(shí)際工程為例，對沉管法施工技術(shù)進(jìn)行了詳盡分析與研究，并簡要介紹了沉管接頭抗震以及管段預(yù)制及沉放等關(guān)鍵技術(shù)，為合理地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和和優(yōu)化施工工藝提供了科學(xué)依據(jù)，以保證工程順利施工。

關(guān)鍵詞：軟土地質(zhì);高震區(qū);沉管隧道

1" "工程概況

本文涉及的工程位于天津市濱海區(qū)，屬于中央大道穿越海河的重要組成部分，具體地點(diǎn)在天津市濱海新區(qū)于家堡中心商務(wù)區(qū)和東西沽地區(qū)，是溝通該區(qū)中心商業(yè)區(qū)海河南北兩岸的重要通道。

具體施工參數(shù)如下：沉管分3節(jié)，長度為255m。施工過程中，主要采用南案干接法施工以及軸線干塢施工。混凝土總量預(yù)計(jì)34066.7m³，鋼筋總量預(yù)計(jì)7728.59t。基坑最大開挖深度為26m。基坑支護(hù)采用的是鉆孔灌注樁加止水帷幕和底線連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)主要有兩種形式，分別為雙層框架形式和單層框架形式。

2" "工程重難點(diǎn)

2.1" "管段的浮運(yùn)、沉放、對接、基底處理

和其他工程區(qū)別較大的工藝流程主要包括管段的浮運(yùn)、沉放、對接及最終接頭施工，這些施工過程也是沉管隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)。管段的浮運(yùn)、檢漏以及試浮工藝的要求和操作極為復(fù)雜。

管段在定位和沉放施工過程中，要求管段位置精準(zhǔn)，投放穩(wěn)定，操作起來控制難度較大，具有一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。沉管隧道最關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)是最終接頭施工，該施工過程環(huán)節(jié)較多，對技術(shù)含量的要求相對較高。

2.2" "管段預(yù)制

大多沉管自身質(zhì)量與體積較大，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且大多為曲線管段，對沉管預(yù)制的幾何尺寸要求較高，為此必須采取分節(jié)預(yù)制。只有精準(zhǔn)的確定沉管預(yù)制尺寸，才能保證管段后續(xù)施工質(zhì)量。

在管段預(yù)制的過程中，不僅需要滿足結(jié)構(gòu)的外力要求、干舷高度以及抗裂性能，還需要保證管段沉放和對接過程所需的臨時(shí)結(jié)構(gòu)以及各類預(yù)埋件的質(zhì)量。為了保證較好的防水效果，在對管段施工縫進(jìn)行處理過程中，必須采取有效的防水措施。

2.3" "干塢施工

作為一種特大型臨水基坑，干塢地質(zhì)大多相對較軟，地下水位相對較高，基坑深度和寬度都較大。干塢是隧道基坑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是管段預(yù)制的施工作業(yè)場地，需要使用的時(shí)間較長。從干塢開挖到澆筑施工完成，必須保證基坑的穩(wěn)定和安全，進(jìn)而保證整個(gè)項(xiàng)目的施工安全。

3" "沉管法施工技術(shù)

本文涉及工程需要應(yīng)用沉管法施工工藝，工藝中涉及到的管段，需要在南岸軸線干塢內(nèi)完成預(yù)制。具體的施工流程見圖1。

3.1" "沉管管段預(yù)制

3.1.1" "管段結(jié)構(gòu)

本文涉及工程的沉管需要分4節(jié)完成預(yù)制，分別為E1管段、E2管段、E3-1管段、E3-2管段，這4節(jié)管段的長度分別為85m、85m、80m、5m。管段斷面結(jié)構(gòu)為矩形箱式結(jié)構(gòu)，斷面尺寸為36.5m×9.66m，頂板厚度為1.34m，底板厚1.39m，中隔墻厚度為0.6m，外側(cè)墻厚度為1.0m。管段抗?jié)B等級為S10，混凝土強(qiáng)度等級為C40。

3.1.2" "施工流程

隧道岸邊段N1連接井施工過程可能會(huì)給附近塢底產(chǎn)生不均勻沉降的影響，所以沉管管段預(yù)制的順序設(shè)置為E3-1

→E3-2→E2→E1。

管段在預(yù)制過程中注意要分段預(yù)制，每小段管段的混凝土澆筑分2次澆筑過程，分別為：外側(cè)墻和頂板以及底板與中隔墻[1]。三節(jié)管段施工過程采用3套6臺(tái)模板臺(tái)車同時(shí)進(jìn)行施工，E3-2管段需要應(yīng)用滿堂支架。管段外墻模板應(yīng)用的為鋼框整體鋼模板，廊道應(yīng)用滿堂支架、竹膠模板。混凝土運(yùn)輸采用泵送的方式，需要澆筑時(shí)，用泵車將混凝土輸送至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行澆筑。

3.2" "岸拖浮運(yùn)

考慮到海河隧道所在位置，海河南北岸距離較短，寬度為243m，管段浮運(yùn)壓力較小，采取岸拖浮運(yùn)的方式完成管段運(yùn)輸。先在海河南北岸設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)，發(fā)揮動(dòng)力牽引的作用，將3節(jié)管段按照一定順序拖浮到沉放位置。

再在沉管頂部位置設(shè)置浮駁，并遵循對稱的原則，緩慢向管段內(nèi)壓載水箱加水，配合定位系泊錨塊移動(dòng)錯(cuò)位的管段。最后利用沉管下沉，調(diào)整管段，直至管道就位完成安裝。

3.2.1" "沉管岸拖浮運(yùn)的準(zhǔn)備工作

為了保證沉管浮運(yùn)的效率和質(zhì)量，在正式開始浮運(yùn)管段前，應(yīng)在干塢內(nèi)開展水密性檢驗(yàn)和試浮試驗(yàn)，調(diào)整干舷值，避免沉管漂移。同時(shí)，檢查管段一次舾裝件安裝情況，確保止水帶保護(hù)罩、吊索、拉合座、滑車、導(dǎo)向裝置等構(gòu)件安裝就位，進(jìn)排水管道系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)也處于正常狀態(tài)。

此外，還要檢查各個(gè)沉管沉放設(shè)備，確保各施工設(shè)備數(shù)量充足、性能穩(wěn)定、精度達(dá)標(biāo)，起重船、超聲波測距儀、卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、浮駁等沉管沉放設(shè)備均已就位。

結(jié)束沉管預(yù)制施工后，測量人員要在沉管施工南北岸封門附近布置4個(gè)測量點(diǎn)，根據(jù)施工圖紙測量定位沉管位置。測量完畢后應(yīng)復(fù)核檢查，確保定位的精準(zhǔn)性。設(shè)置2條水平連通管，并在沉管內(nèi)部的邊隔墻面上安裝測量標(biāo)尺。將傾角儀安裝至人孔附近隔墻預(yù)留孔洞上，監(jiān)測測量沉管位置，標(biāo)記沉管狀態(tài)。在沉管頂板表面上測量放線，先標(biāo)記控制點(diǎn)形成軸線，并設(shè)計(jì)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，測量監(jiān)測沉管的位移和沉降量。

選擇在干塢塢口位置安裝浮尺，如實(shí)記錄管段拖浮和沉放施工中的水位變化情況。結(jié)合海河航道斷航公告，并在施工區(qū)域的上下游位置布置警戒船，避免在開展浮運(yùn)和沉放施工過程中出現(xiàn)船只干擾作業(yè)。通過控制海河閘門的方式調(diào)整作業(yè)水位，保證施工過程中水位大沽高程為0.8～1.0m。加強(qiáng)與氣象部分的溝通和聯(lián)系，密切關(guān)注天氣情況，確保最佳施工時(shí)段，避免極端天氣干擾浮運(yùn)、沉放及對接施工，影響施工質(zhì)量。

3.2.2" "沉管岸拖浮運(yùn)

每一節(jié)管段上布置6個(gè)控制點(diǎn)，并在干塢塢口南北兩側(cè)岸壁結(jié)構(gòu)上設(shè)置2臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，控制沉管管段和帶動(dòng)管段浮運(yùn)。當(dāng)管段前端頂部移動(dòng)到北側(cè)干塢塢口時(shí)，采用錨艇拖拉牽引纜索。將纜索固定在管段前端上，利用岸壁上的卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)管段，使得管段沿著軸向方向向前移動(dòng)。

當(dāng)管段浮運(yùn)到干塢外時(shí)，海河北岸的纜索繼續(xù)控制沉管管段，使管段向前移動(dòng)，并配合兩側(cè)的固定船只和干塢塢口的纜索牽引管尾，調(diào)整前進(jìn)方向，到達(dá)沉放和對接施工現(xiàn)場，完成浮運(yùn)作業(yè)。

在不同浮運(yùn)段內(nèi)，沉管管段的前進(jìn)浮運(yùn)速度略有不同，干塢內(nèi)浮運(yùn)速度不得超過0.5m/min，而在干塢外浮運(yùn)的浮運(yùn)速度不得超過1.0m/min。

3.3" "沉管基槽浚挖施工

3.3.1" "挖泥施工工藝

浚挖分區(qū)分層。沉管基槽浚挖采用的開挖方法如下：分段分區(qū)、立面上分層，具體施工時(shí)，分3段進(jìn)行基槽開挖，控制每段基槽長度約為90m，涉及到兩岸相接位置的施工需要和接頭施工一起進(jìn)行。每段基槽開挖施工時(shí)需要按基槽斷面分層進(jìn)行。開挖過程中注意立面上分層，逐漸加大施工深度，一般來說，控制每一層的施工深度不超過2m。

布設(shè)挖條導(dǎo)向標(biāo)必須根據(jù)挖槽以及船舶的相關(guān)狀況，采用右邊對標(biāo)和左邊對標(biāo)的施工方法。基槽底部需要控制在底寬線位置，為了保證基槽施工精度，施工到基槽位置時(shí)，需要用三角標(biāo)加以標(biāo)記。每間隔10m的位置以及浚挖起、止位置需要設(shè)置立里程標(biāo)，與船上的標(biāo)記互相配合，控制向前移動(dòng)的距離。

挖泥船完成就位方法如下：船艏將八字錨拋下，遷移方向憑借前左（右）錨進(jìn)行控制，基槽方向和所拋方向的夾角在35～45°。船艏橫移方向憑借前右（左）錨進(jìn)行控制，挖槽方向和所拋方向的夾角為45°，船尾橫移方向憑借船尾拋交叉錨進(jìn)行控制。

挖泥船在施工過程中，要嚴(yán)格遵守電子圖形顯示系統(tǒng)的指示，分條分段開展開挖，同時(shí)控制條與條的搭接寬度約為2m。為了使疏竣區(qū)槽底平整，控制開挖深度約為0.3m。完成基槽開挖后，對基槽開挖質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，防止基槽出現(xiàn)淺點(diǎn)。

在基槽進(jìn)行驗(yàn)收的過程中，定位船艏艉布八字錨需要橫向設(shè)置在需驗(yàn)收的基槽位置。定位船沿基槽縱向進(jìn)行移動(dòng)，控制每次移動(dòng)的距離約為6m，一旦刮刀檢測到障礙物存在，立即安排潛水員進(jìn)行探摸，進(jìn)而確定障礙物的距離位置。

施工過程需要投入的作業(yè)船只需要根據(jù)回淤速度數(shù)據(jù)及特點(diǎn)進(jìn)行確定，而回淤速度則通過回淤實(shí)驗(yàn)確定。初步確定清淤方法以及清淤船只，將基槽地面進(jìn)行合理的平整。在沉管段浮運(yùn)之前進(jìn)行二次清淤施工，間隔時(shí)間不宜過長。

3.3.2" "臨時(shí)鋼管樁施工

鋼管樁沉放施工主要應(yīng)用的機(jī)械為振動(dòng)錘，該振動(dòng)錘可以提供45t的定向振動(dòng)力，基本可以達(dá)到施工要求。起吊設(shè)備為自身質(zhì)量為30t起重船。起重船完成拋錨定位后，一般先憑借鋼管樁重力插入到覆蓋層中，待樁身穩(wěn)定后，憑借浮吊吊上振動(dòng)沉樁機(jī)夾住鋼管樁，開始振動(dòng)沉樁機(jī)，直到沉管完成就位。

鋼管樁進(jìn)行沉放的過程需要注意以下內(nèi)容：控制樁中心軸和振動(dòng)錘中心處于同一直線，連續(xù)下沉每一根樁，中間不能停頓，防止土的摩阻力增加，阻礙下沉施工。在沉放施工過程中，必須加強(qiáng)觀測，控制鋼管樁偏位<10cm，樁頂高程不能超過5cm，垂直度<0.1%。

打樁過程中需要注意：開始打樁控制振動(dòng)錘的振動(dòng)力要偏小，振動(dòng)時(shí)間不宜過長，以保證振動(dòng)壓力瞬間傳遞給樁身，鋼管樁插入土層具有較好的垂直度。待鋼管樁的垂直度符合相關(guān)要求，且狀態(tài)穩(wěn)定后，方可恢復(fù)正常的振動(dòng)頻率，直到鋼管樁達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

3.4" "沉管段浮運(yùn)沉放對接及基礎(chǔ)處理施工

3.4.1" "管段基礎(chǔ)處理

基礎(chǔ)處理是沉管法隧道施工中較為重要的施工環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)能否保質(zhì)保量的完成，直接關(guān)系到管節(jié)的沉放安裝質(zhì)量，進(jìn)而影響隧道完成建筑后的運(yùn)營情況。基礎(chǔ)處理一般包括兩個(gè)部分：一是管節(jié)沉放以前的基礎(chǔ)處理，其中包括基槽開挖、基槽清淤、基槽驗(yàn)收。二是沉放后的基礎(chǔ)處理。本文涉及沉放后的基礎(chǔ)處理，主要指40cm的注漿以及60cm碎石墊層等工作。在管段進(jìn)行注漿施工前，先進(jìn)行管段的鎖定回填工作。

3.4.2" "最終接頭

在E3-1+E3-2沉放前施工前，需要安裝止?jié){帶。E3-2管頂施需要設(shè)置臨時(shí)圍堰，管段澆筑混凝土分兩側(cè)進(jìn)行填充，在南側(cè)岸邊段和E3-2之間需設(shè)置水下臨時(shí)鋼支撐。E3-2管段一般在管內(nèi)底部完成注漿。對南側(cè)岸邊端面和E3-2管段的混凝土表面來講，鑿毛清洗需要按照后澆帶施工縫具體要求進(jìn)行。嚴(yán)格按防水設(shè)計(jì)要求施工，做好施工縫防水工作。

將最終兩側(cè)的鋼筋連接起來，鋼筋之間的焊接必須嚴(yán)格按照相關(guān)施工工藝要求進(jìn)行，并嚴(yán)格按相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收。完成最終接頭混凝土的澆筑，對接頭兩端混凝土表面充分清洗。

3.5" "基槽回填

基礎(chǔ)注漿完成后，為了保護(hù)管節(jié)，同時(shí)也為了保證管節(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，立即開展管外拋填施工。拋填施工從下向上進(jìn)行，沉管面層1m厚拋石回填、管兩側(cè)一般基槽回填。

4" "結(jié)束語

綜上所述，中央大道海河隧道工程是國內(nèi)首座在軟土地質(zhì)、高震區(qū)條件下建設(shè)的沉管隧道，通過對管段柔性接頭體系進(jìn)行分析、管段預(yù)制及浮運(yùn)沉放、干塢穩(wěn)定性分析、護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為合理地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和和優(yōu)化施工工藝提供了科學(xué)依據(jù)，可為今后類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王廷伯.寧波象山港海底隧道方案比選研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.