第八章 沉管法隧道施工
沉管隧道施工
第八章沉管隧道施工国内第一条大型越江沉管式隧道—上海外环路黄浦江沉管隧道效果图（3孔2管廊、双向8车道：3+2+3，宽43m、高9.55m、节长100~108m，全长2880m，规模上亚洲第一，国际第二。
2003年6月21日正式通车）1 沉管法简介●1942年，荷兰最早采用●沉管法又叫预制管段沉放法。
即：先在干坞中预制大型混凝土管段，并在两端用临时隔墙封闭，舾装好拖运、定位、沉放等设备，然后将管段浮运到江中预先浚挖好的沟塘中，并连接起来，最后回填砂、石将管段埋入原河床中●工艺流程临时干坞管段制作出坞、系泊、舾装基槽浚接沉放与水下连接基础处理回填、覆盖内部安装●2 干坞●用途：用于制作管段的场地，临时性工程●坞址：位于隧道设计轴线上，只仅一个工程使用位于隧道设计轴线外，有利于多个工程使用●规模：大型，一次完成所有管段制作小型，分项完成所有管段制作●坞底：应进行地基处理，铺200～300mm厚混凝土或钢筋混凝土●坞门：大型干坞可用土或钢板桩围堰作坞首，不设坞门中小型干坞，因多次使用，要设坞门(浮箱式)3 管段●多为钢筋混凝土管段。
在干坞中预制。
附图：正在施工中的管段●每节管段多为80m～150m,多为100m左右，最长达268m●断面形状：多为矩形，高6～10m，宽度变化较大，十几米到数十米，单孔、双孔、三孔上海外环过江隧道：3孔2管廊、8车道：3+2+3，宽43m、高9.55m、节长100~108m●管段端封墙：离端面0.5~1.0m处设封墙。
封墙用钢筋混凝土，再加工字钢●4. 管段的出坞4.1 向坞内放水附图：放水后浮起的管段4.2 管段的浮运用干坞坞顶的绞车将管段逐节牵引出坞。
出坞后先在坞口系泊。
分批预制管段时，可在航道边临时选一个水域系泊，以便下批管段按时制作。
管段浮运可用拖轮拖运或岸上绞车拖运。
5.管段的沉放沉放方式：起重船吊沉法、浮箱吊沉法、驳船扛吊法、骑吊法、拉沉法等5.1起重船吊沉法最初的沉管隧道规模较小，采用此法。
隧道施工方法之沉管法
隧道施工方法之沉管法沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。
其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。
定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。
管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。
最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。
在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。
水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。
50年代起，由于水下连接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。
用这种方法建成的隧道称为沉管隧道。
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。
历史发展：19世纪末已用于排水管道工程。
第一条用沉管法施工成功的是美国波士顿的雪莉排水管隧洞，于1894年建成，直径2.6米，长96米，由6节钢壳加砖砌的管段连接而成。
20世纪初叶，开始用于交通隧道，1910年美国建成了第一条底特律河铁路隧道，水下段由10节长80米的钢壳管段组成。
至1927年，德国于柏林建成了一条总长为120米的水底人行隧道。
采用沉管法修建的第一条水底道路隧道为美国加利福尼亚州的奥克兰与阿拉梅达之间的波西隧道，建成于1928年，水下段长744米，使用12节62米长的管段。
它是钢筋混凝土圆形结构，其外径为11.3米。
该隧道采用圆形的双车道断面等许多重要特点，成了美国后来用沉管法的楷模。
但从1930年建造的底特律—温莎隧道起又采用了钢壳制作的管段，而将其横断面的外形改为八角形。
沉管法修建水底隧道一个明显的进步，是1941年在荷兰建成的马斯河道路隧道。
管段用钢筋混凝土制成矩形结构，内设4车道并附设自行车和人行的专用通道。
管段断面为24.8×8.4米，外面用钢板防水，并用混凝土作防锈保护层。
沉管法施工
沉管法施工沉管埋管段法隧道，常简称为沉管隧道，该工法是把预制好的管段通过浮运沉放，并在水下对接成一整体隧道的沉管段的工法简称，沉管隧道通常由两岸上段（或人工岛）、沉管段组成，一般用于建造道路、轨道交通水下隧道。
该工法将在预制场（岸上干坞或半潜驳）中预制好的钢筋混凝土结构管段，两端用临时的封板封闭，然后向坞内灌水使管段起浮出坞，或半潜驳下潜管段起浮脱离半潜驳，分节把处于正浮力的管段浮运至隧道水中沉管段沉放位置，然后向管段内灌水至一定的负浮力，借助水面船舶组成的吊挂系统，将管段按定线要求准确沉放于预先挖好并经过处理的水下沟槽内或经过处理的河（海）床面上，管段之间、管段与岸上段之间的接头由特制的GINA橡胶止水带，通过水压接原理形成初始密封，拆除临时封板，进行各接头最终处理，使各管段联成一整体隧道的沉管段。
沉管隧道纵断面根据规划航道通行限定的水深、水道排洪纳潮的要求结合河（海）床标高可按全埋式、半埋式或直接放置经过处理的河（海）床的方式进行设计。
相对其他工法修建的水下隧道，其埋深是最浅的。
一、沉管隧道施工方案沉管隧道的施工方法根据干坞类型的不同、沉管基础形式的不同而不同。
在选择确定沉管施工方法的时候要根据沉管隧道的长度、规模、既有设备、隧址周边环境等综合因素考虑，选择最经济使用的施工方法。
一般说来，距离较长的海底隧道多采用碎石基础+固定干坞；距离较短的过河隧道多采用灌砂基础+移动干坞、灌砂基础+移地干坞或灌砂基础+轴线干坞。
1、碎石基础+固定干坞的施工方法首先根据隧止周边环境，选择一地质条件好、拆迁少、岛四周水深大、离隧道近的地方修建固定干坞，干坞修建的同时开始水下基槽的开挖，水下基槽开挖可根据地址情况及工期要求采用抓斗、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船开挖，当采用挖泥船挖不动时，可采用水下爆破的方法开挖；干坞修建完成后开始管段制作，一般说来对于这样的长隧道需要多批次制作管段，管段制作完成一批次后，放水将管段浮在水面上，然后打开坞门，将管段浮运至临时存放区（部分管段可直接浮运至隧址沉放），基槽开挖一般是先粗挖再精挖，在管段满足沉放要求的前提下，开挖一段，马上进行碎石铺设，并及时进行管段的沉放对接施工。
地下工程施工沉管隧道施工
05
沉管隧道的修建应考虑到土地利用和水上通航的问题，尽量少占用土地和在施工过程中最小的妨碍水上交通。
第一节 概述
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在规划沉管隧道时，首先要充分调查建设现场的地理、物理、以及人为等各种条件，并与桥梁及其他水底隧道方案进行比较；在充分调查的基础上，进行利用规划、选址、交通量和交通组成规划、线形和横断面选择、沉管的结构和长度、设备布置等规划。
02
水底隧道的施工方法有盾构法、沉箱法、明挖法等。其中沉箱法、明挖法可在较浅的河道中采用。因此，能够与沉管法进行实质性比较的只有盾构法。
03
盾构法的最大不同之点是，如何确保隧道上浮的稳定性以及为保证掘进的安全，要有比沉管隧道更大的埋深。所以，隧道长度要长些。
第二节 沉管隧道调查规划
第二节 沉管隧道调查规划
沉管隧道的分类
钢壳方式: 不需修建特殊的船坞，用浮在水上的钢壳箱体作为模板制造管段.
按施工方式分类:
干船坞方式: 在干船坞内制造箱体，而后浮运、沉放的 方式.
第一节 概述
第一节 概述
钢壳方式与干船坞方式的比较
项 目
钢壳方式
干船坞方式
用 途
双车道公路，单线铁道，下水管等管段宽宽在10m以内的
6、进度
根据上述各点，最后研究整个工程的大概进度规划。
5、沉放
沉放方式有：固定脚手架方式，浮桥方式和沉放作业船方式。各有利弊，应考虑管段规模、现场作业条件等选择。
第二节 沉管隧道调查规划
沉管隧道技术综合了土木、建筑、机械、电气等各专业领域。因此在设计时应从总体观点出发慎重的进行研究，以便能满足其目的和功能。不要各专业单独考虑，而应以建成后的隧道状态为中心综合的设计。
沉管法
我国应用沉管法修建水底隧道虽然起步较晚，但发展较快。1972年， 香港修建了我国第一条跨港沉管隧道，1984年台湾修建了高雄海底隧道， 1993年在广州珠江下建成了大陆第一条沉管隧道，1996年在浙江宁波成 功修建了甬江沉管隧道，这两条隧道都是我国自行设计和施工的，标志着 我国在这一领域进入一个新的发展阶段。到1997年，全国建成有8条沉管 隧道（其中香港5座，台湾1座）。进入21世纪，我国内地又有宁波常洪、 杭州湾、上海外环路三条沉管隧道相继建成，其中上海外环路沉管隧道 2880m，结构为3孔、双向8车道（左右孔分别为单向3车道，中间一孔为 两车道，这2条车道并不固定 ），宽44m、高9.55m（有3层楼高）、最 大节长108m（共7节），单节管重达到4.5万吨，号称亚洲第一世界第二 沉管隧道。目前在广州、浙江等地有多座沉管隧道正在建设之中，初步估 算，我国（含港台）已建和在建的沉管隧道至少在15座以上。另外，琼州 海峡、长江流域等有多座隧道规划采用沉管法施工。
8.3.2.2 管段的水密性控制
水密性控制的目的是为了确保管段的防水性能，使隧 道投入使用后无渗漏。管段的防水按材料分又刚性防水、 柔性防水；按防水部位分有外防水、结构自防水和接缝 防水。 外防水：要求不透水、耐久、耐压、耐腐蚀、能适应 温度变化、施工方便、比较经济。外防水分刚性防水和 柔性防水。刚性防水主要用钢板或塑料板防水，柔性防 水主要用卷材和涂料防水。
钢筋混凝土管段
其横断面多为矩形，可同时容纳2～8个车道，有的还设置 有维修、避险、排水设施等的专用管廊。如上海外环路沉管隧 道为8车道，设有三个车辆通行孔和两个管廊孔（设于每两个通 行孔之间）。矩形管段一般比圆形管段经济，故目前国内外多 采用矩形沉管。 优点：隧道横断面空间利用率高，建造多车道（4～8车道） 隧道时，优势显著；车道路面最低点的高程较高，隧道的全长 相应较短，所需浚挖的土方量亦较小；不用钢壳防水，节约大 量钢材；利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。 缺点：需要修建临时干坞，征地搬迁及施工费用高；制作管 段时，对混凝土施工要求严格，保证干舷和抗浮安全系数；须 另加混凝土防水措施。
详解沉管隧道施工-将来你肯定一定用的到
详解沉管隧道施工-将来你肯定一定用到什么是沉管隧道沉管隧道是一种在水下或者地下施工的隧道，也是近年来广泛使用的一种隧道建设方式。
它采用混凝土沉管的方式将预制的隧道段沉入至海床或者地底下，最后在现场将多个沉管段进行连接，形成一个完整的隧道系统的方法。
沉管隧道具有施工周期短、可在水深大于50米的区域内建设、施工环境安全等优势，成为了一个现代化的隧道建设方式。
沉管隧道施工流程沉管隧道施工包括五个主要的阶段：预备工作、沉管制造、运输和定位、沉降平衡和连接。
预备工作在进行沉管隧道施工之前，需要进行各种准备工作。
这些工作包括：•用海底测量设备对海底进行勘探，评估与设计隧道的地质条件；•编制详细设计方案，包括各隧道部位的施工方案、施工条件和施工安全预警方案；•各进入施工现场相关人员的培训和技能考核，保证施工过程人员的安全性和施工质量；•组织完善的供应链，保障工程所需的原材料和设备的供应，以及强有力的后勤保障。
沉管制造隧道沉管是一种巨型预制构件，常用的规格为常用的一般规格为60米长、36米宽、8米高、8500吨重。
一些长海大型沉管，则可达到100米以上。
在制造过程中，需要进行以下工作：•利用CAD进行沉管的详细设计，通过计算机优化工厂生产部件的结构，保证构件的承载能力；•将设计好的零部件组合成构件，进行钢筋的加工和焊接、钢板切割和拼装等加工工序；•进行浮力试验和压力试验，确保沉管能够承受大量的水压和海洋物质的腐蚀，同时避免出现安全隐患。
运输和定位在进行运输之前，需要对隧道沉管进行分段裁剪，每一段可达到60米，通过浮式船队将之运送到施工现场。
一些长海沉管则需要通过拖船进行运输。
运输到达施工现场之后，需要进行沉管的定位。
定位的精度直接决定了沉管的安全性和施工质量。
是通过吊装定位框架把沉管抬起并垂直降落在底部基础上的。
沉降平衡所谓沉降平衡，是通过沉降控制系统，处理沉管下沉的过程。
在沉管下沉的过程中，需要采用万能千斤顶，逐步对隧道沉管施加压力，保证沉降平衡，避免出现冲击和扰动环境。
第八章 沉管法1
1、围堤明挖法：水上交通干扰大 2、矿山法：不适合软土地层 3、气压沉箱法：沉放深度受限 4、盾构法： 工程造价高、需增设辅助工法稳定工作面、 仅容双车道，多车道时要增设多条盾构隧道 接缝过多、工期长、隧道埋深大，增加结构围 压 5、沉管法
沉管法
即：先在隧址以外的预制场（多为临时干 坞或利用船坞）制作管段（每段长60～140M ，多数为100M左右，最长达268M），两端用 封墙密封，制成后拖运到指定位置上，在已 预先挖好的基槽沉放下去，通过水力压接法 进行水下连接，再回填覆土，完成隧道。 ◆京沪高速铁路穿越长江的南京上元门隧道 采用沉管隧道方案，沉埋段长1930m，全长 5765m。
正在规划研究的水底隧道工程还有：连接辽东 半岛和胶东半岛的渤海海底隧道，长约57km； 连接上海和南通的长江水底隧道，长度约7km ； 上海至宁波的杭州湾水底隧道，最长的隧道方 案长约约52km，隧道建成后沪甬两地的运输距 离较经杭州钱塘江大桥缩短约250km；另外还 有其它穿越长江的水底隧道。 台湾海峡 隧道目前由清华大学进行可行性研 究。预计到2030年才可能修建 此外，我国香港已建成5座越海隧道，它们全 部采用沉管隧道的型式。我国台湾也修建了高 雄港跨港隧道和新店溪河隧道。
发展趋势
1、管节越来越长，管节的车道数越来越多 2、从单一用途向多用途发展
3、沉管隧道地基适应性越来越广
一、优越性 1、对地质条件适应能力强； 2、可浅埋、与两岸道路衔接容易； 3、沉管隧道防水性能好 4、沉埋法施工工期短 5、沉管隧道造价低 6、施工条件好 7、沉管隧道可做成大断面多车道结构
沉管法
广州市洲头咀隧道沉管横断面效果图
浮船
管段
压顶石
沉管法施工流程
沉管法施工的流程如下：1. 在隧址附近修建的临时干坞内预制管段，用临时隔墙封闭后浮运到隧址规定位置。
此时，已于隧址处预先挖好水底基槽。
2. 待管段定位后，灌水压载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接，经基础处理并回填覆土后成为水底隧道。
3. 沉管隧道的施工方法：a. 沉管隧道的施工方法主要包括管段预制、管段浮运、管段沉放、管段接头、管段回填等步骤。
b. 管段预制是在专门的干坞中完成的，首先需要挖去坞中的一部分水，然后铺设底模板，形成一条临时的船坞渠道。
在底模板上铺设钢筋、浇注混凝土，然后进行养护。
c. 管段浮运是指将预制好的管段从干坞中浮出，通过拖轮和驳船进行运输，到达隧址位置。
d. 管段沉放是整个施工过程中的关键步骤，需要在水底基槽中进行。
首先需要将管段精确地定位在预定位置，然后通过灌水压载使管段下沉到设计深度。
e. 管段接头是沉管隧道施工中的重要环节，需要在水下完成。
这个过程需要在特定的工艺船上完成，将两个管段的端部精确地对齐，然后通过特定的连接方式进行连接。
f. 管段回填是在管段连接完成之后进行的，需要在管段周围进行水下回填，以形成隧道的基础。
这个过程也需要特定的设备和技术来完成。
4. 沉管隧道的优点：a. 沉管隧道的最大优点是能够充分利用地下空间，从而避免对地面环境的破坏和干扰。
b. 沉管隧道的另一个优点是它的结构强度高，能够承受较大的荷载和压力，因此适合于长距离、大跨度的隧道建设。
c. 沉管隧道的施工周期较短，因为它的施工可以在干坞中同时进行多个管段的预制，从而大大缩短了施工周期。
5. 沉管隧道的缺点：a. 沉管隧道的施工难度较大，需要高度专业的技术人员和设备支持。
b. 沉管隧道的造价较高，因为需要大量的人力和物力投入，同时还需要考虑水文环境的影响。
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8.1 概述
三、沉管法的优点 （1）对地质水文条件的适应性强，施工方法简单； （2）施工工期短，对航运干扰小，施工质量容易保
证； （3）工程造价低； （4）有利于多车道和大断面布置； （5）接头少、密实度高、隧道防渗效果好； （6）具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。
3、干坞规模 大型干坞；小型干坞 干坞的平面形状 干坞的深度 4、构造 边坡，坞底，坞首 干舷：管节浮起时露出水面的高度。
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8.2 管段制作
二、管段制作 管段制作对混凝土要求很严格，要保证干舷
（10-15cm），和抗浮安全系数以及防水要求。 1.钢筋混凝土矩形管段制作
与一般土建钢筋混凝土结构基本相同，应注意： • 混凝土的防水性及抗渗性要求高； • 混凝土的重度控制严格； • 均质性要求； • 施工缝及变形缝的处理要慎重。
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8.1 概述
四、主要施工工艺流程 修建临时干坞—预制管段—基槽浚挖、临
时支座设置—沉放与连接—基础处理— 回填覆盖—内部安装于装修—竣工。
施工过程示意视频
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8.1 概述
五、适用范围
因其埋深小、工期短、对地基承载力无特殊要 求，特别适用于软弱地层。 • 与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协
预制完备，安装了全部浮运、沉放、水下对接的附属 设备后，向干坞内灌水使预制管段逐渐浮起，到干坞内 外水位平衡为止，打开坞门或破坞堤，由布置在坞定的 绞车将管段逐节牵引出坞。 管段浮运：将管段从干坞托运到沉放位置的过程叫浮运。 可采用拖轮拖运或岸上绞车托运。托运到沉放位置后， 要转向或平移，对准隧道中线待沉。 管段就位 管段沉放：吊沉法、拉沉法
第八章 沉管法隧道施工
8.1 概述 8.2 管段制作 8.3 管段的沉放与连接 8.4 基础处理及回填
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8.1 概述
一、基本概念 沉管隧道：按照隧道的设计形状和尺寸，先在遂 址以外的干坞中或船台上预制隧道管段，并在两 端用临时封墙封闭，然后舾装好托运、定位、沉 放等设备，将其托运至遂址位置，沉放到江河中 预先浚挖好的沟槽中，并连接起来，最后充填基 础和回填砂石将管段埋入原河床中。
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8.2 管段制作
2.管段的水密性控制 （1）外防水（刚性、柔性）； （2）结构自身防水； （3）接缝防水。 3.封墙
管段在浮运前，在两端离端面50-100cm 处，设封墙，以便使管段能在水中浮起。材料可 用木材、钢材或钢筋混凝土。封墙上需设排水阀 、进气阀及出入人孔。
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8.2 管段制作
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8.2 管段制作
一、干坞
干坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形
沉管隧道的必需场所。通常是在遂址附近开挖一块低洼 场地用于预制隧道管段，属于临时工程。 1.干坞形式 固定干坞（3千万-4千万）：洼地，船厂的船台 移动干坞：半潜驳（大型轮船） 2、干坞位置 遂址设计轴线上，仅一个工程使用； 隧道设计轴线之外，有利于多个工程同时使用
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8.3 管段的沉放与连接
吊沉法又分为： （1）起重船吊沉法 用2-4艘1000-2000KN起重船，提着预埋在管段上的3-
4个 吊点，逐渐将管段沉放至基槽中的规定位置。多用于钢 壳型、规模较小隧道。 （2）浮箱吊沉法 4只1000-1500KN的方形浮箱。位于管段顶板上方，分
前 后2组，每组以钢桁架联系，并以四根锚索定位，管段本 身另用6根锚索定位，浮箱通过吊索和管段起吊点连在一 起。起吊提升机和浮箱定位提升机均安放在浮箱顶部， 吊索起吊力要作用在各浮箱中心。适用小型沉管。 改装后，用前后2只大浮箱精，品课适件用于大型沉管，目前应用
调； • 具有较为合适的河海航道、水文及河床条件。
• 施工条件是否满足要求。
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8.1 概述
六、技术发展简介 最早起源于英国伦敦泰晤士河（1810） 1894建成美国波士顿第一条城市排水隧道； 1910底特律水底铁路隧道的建成，标志沉管法修建水底 隧道技术的成熟； 加拿大、美国、日本 国内：1972年香港修建第一条跨港沉管隧道； 1984台湾高雄海底隧道； 1994年珠江沉管隧道；96年宁波甬江沉管隧道。 21世纪，常洪、杭州湾、上海外环沉管隧道相继建成。
一、基槽浚挖 基槽横断面设计，主要由底宽、深度和边坡坡度。底宽
一般比管段底宽4-10m，边坡稳定性与土层物理力学性质 相关。
纵断面：形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致。 浚挖方式：一般分层，分段进行。 浚挖设备：链斗式挖泥船、精品绞课吸件 式挖泥船、抓斗挖泥船等。
8.3 管段的沉放与连接
二、管段沉放与连接 管段出坞
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8.2 管段制作
固定干坞选择原则： • 离遂址较近，附近航道具备浮运条件，以便 管节浮运和缩短运距； • 附近应有可浮存若干节预制好的管节的水域； • 地质条件，场地土具备一定的承载能力； • 交通运输方便，有良好的外部输运条件； • 征地拆迁费用低，可重复利用。
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8.2 管段制作
4.压载设施
水箱的容量取决于管段干舷的大小、下沉力的
大小、管段基础处理时抗浮所需的压重。
5.检漏与干舷调整
一般在干坞灌水之前，先往压载水箱里灌压载
水，然后向干坞灌水，24-48小时后，进入管段内
对管壁进行检漏，如有渗漏及时修补；同时进行干
舷调整，通过调整压载水的重量，使干舷达到设计
要求。
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8.3 管段的沉放与连接
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8.1 概述 二、沉管的基本结构 1、整体结构:由基槽、基础、管段、覆盖 层等组成，整体坐落于河海水底，如图 所示
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8.1 概述 二、沉管的基本结构
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8.1 概述 2、管段断面结构
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8.1 概述
钢壳混凝土管段 （单层、双层） 钢筋混凝土管段 （常用） 钢筋混凝土管段的优缺点 优点： （1）隧道横断面空间利用率高，建造多车道隧道时优势显著； （2）车道路面最低点的高程较高，隧道的全长相应较短，所需
浚挖的土方量较少； （3）不用钢壳防水，节约大量钢材； （4）利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。 缺点： （1）需修建临时干坞，征地搬迁及施工费用高； （2）制作管段时，对混凝土施工要求严格，保证干舷和抗浮安