沉管隧道施工技术

沉管隧道施工技术目录第一节沉管隧道概述第二节沉管隧道设计第三节沉管隧道施工第四节沉管隧道应用第五节沉管隧道工程量清单第一节沉管隧道概述随着内河及远洋航运事业的发展，在江河下游、海湾（峡）通行轮船的吨位和密度越来越大，要求桥下通行的净空越来越高，跨度越来越大，使修建桥梁的造价及难度大增。

因此，人们寻求另一种跨江河及海湾的新方式，即水下隧道的方式来实现。

目前主要有如下几种方式：盾构法矿山法围堰明挖法悬浮法沉管法1.1 沉管法的概念通过预制管段、浮运沉放修建水底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。

沉管隧道的主要分项工程包括：干坞施工、管节制作、基槽浚挖、管节防水、管节沉放、基础处理、回填覆盖、管内工程等施工工序。

其中干坞施工、管段制作、基槽浚挖、管段的沉放、管段基础处理是沉管隧道施工的关键工序。

沉管管段结构示意图1.2 沉管隧道的适用条件沉管隧道在施工时，将受气象、水文条件的制约，一定程度上影响航运。

选择沉管隧道要考虑以下原则：（1）与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调。

要保证隧道与两岸所需衔接的道路具有良好的连接。

（2）具有较为合适的河（海）航道、水文及河（海）床条件。

沉管隧道多在江河的下游修建，因下游河床较平坦，水流缓。

水流急或不稳定，河床有深沟、陡壁，都会给管节的沉放与对接造成困难。

（3）施工条件满足要求。

如航道能否有足够的水深和宽度实施浮运、转向和储放；隧址附近有无合适的干坞修建地带等。

1.3 沉管隧道的技术发展1、沉管法隧道组成一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。

沉埋段两端通常设置竖井作为起讫点，竖井起到通风、供电、排水和监控等作用。

根据两岸地形与地质条件，也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。

2、沉管隧道的分类（1）按施工方式分类钢壳方式：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。

干坞方式：在干坞内制造箱体，而后浮运、沉放的方式。

（2）按断面形式分类断面形式有圆形、矩形、其它形状等。

一般说，圆形多为钢壳方式，矩形多为干坞方式。

（3）按材料分类有铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土等。

1972年香港建成的穿越维多利亚港的第一座海底沉管隧道城市道路，即为圆形钢壳沉管隧道结构。

香港海底跨港隧道横断面图矩形（多用于干坞型）沉管隧道施工时在临时干坞中制作钢筋混凝土管段，制成后往坞内灌水使之浮起并拖运至隧址沉设。

此法自荷兰的鹿特丹mass河隧道（1942建成）首创矩形沉管以来，在各国得到广泛的应用，我国的沉管隧道大多数也采用矩形截面。

荷兰Drecht隧道结构横断面矩形沉管断面管段，在同一管段断面内可以同时容纳4～8个车道，一般多在临时干坞以钢筋混凝土浇筑而成。

如上海的外环线越江隧道，即为三箱八车道。

上海外环线越江隧道示意图3、沉管法关键技术发展1942年荷兰修建了位于鹿特丹mass隧道，是世界上首次采用矩形钢筋混凝土管节的沉管隧道。

20世纪50年代末，在加拿大的迪亚斯岛隧道工程的设计与施工中，丹麦工程师利用水的压力开发了一种巧妙的水力压接法。

20世纪60年代初，荷兰发明了GINA止水带。

20世纪70年代末，荷兰发明了压砂法基础处理，日本发明了压浆法基础处理。

GINA与欧米茄橡胶止水带、大体积混凝土浇注裂缝的控制、混凝土抗渗能力的提高等关键技术的解决促进了沉管隧道的高速发展。

4、沉管隧道技术发展趋势（1）管段管节的长度越来越长。

荷兰京斯麦尔隧道单节管节长268m，重50000T。

横断面发展至50m宽，双向八车道。

（2）从单一用途向多用途发展。

形成了城市道路与铁路、公路与铁路共管设置，设置公共管廊。

（3）沉管隧道的地基适用性越来越广。

在淤泥、软土地区都能适用。

（4）管节材料逐步由钢筋混凝土代替。

在防腐蚀和防渗方面具有优势。

（5）在钢筋混凝土预制过程中的防裂控制技术。

（6）钢筋混凝土管节的预制由传统的干坞预制发展到工厂化流水线生产。

1.4 国内外沉管隧道概况沉管法的研究始于1810年的伦敦，自1910年美国建成底特律河铁路沉管隧道后，目前世界上已建成沉管隧道约150座，其中建造最多的国家为美国、荷兰和日本。

我国沉管隧道起步较晚，自我国第一条沉管隧道——珠江隧道修建开始，目前已进入一个快速发展的阶段。

珠江隧道：隧道位于广州市荔湾区，为公铁合建隧道，四孔（道路、地铁各2孔）一管廊矩形结构，横断面为33×8.05m；沉管457m长/5节，管节长：105+2×120+90+22m；整体式钢筋混凝土管节结构；柔性接头，压砂基础；干坞预制。

干坞预制。

上海外环隧道：位于浦东三岔港至浦西吴淞公园附近，三孔两管廊矩形结构，横断面为43×9.55m；沉管长736m/7节，管节长：108+104+2×100+3×108m；整体式钢筋混凝土管节结构；柔性抗震接头，压砂基础；干坞预制。

生物岛-大学城隧道：位于广州市东南部，连接生物岛与大学城，起点与仑头- 生物岛隧道相接，沉管段214米，双孔一管廊矩形结构，横断面为23×8.7m；沉管214m长/3节，管节长：94+116+4m；整体式钢筋混凝土管节结构；柔性接头，压砂基础；轴线干坞预制。

天津海河隧道：位于滨海新区于家堡金融区，是我国北方地区首座沉管法隧道。

沉管段255米，双孔三管廊矩形结构，横断面为36.6×9.65m ；沉管85m 长/3节，整体式钢筋混凝土管节结构；柔性接头，注浆基础；轴线干坞预制。

港珠澳大桥沉管隧道工程：高速公路，设计速度100km/h，双向六车道；沉管段长5664m长/32节，管节划分为：84m+31×180m；节段式钢筋混凝土管节结构；两孔一管廊矩形斜肩框架结构，断面尺寸为：34×10m；整平碎石基础；异地干坞预制；最大水头40m，最厚覆土23m。

第二节沉管隧道设计2.1 调查规划在规划沉管隧道时，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。

1、横断水路方案比选（1）沉管隧道与桥梁方案比选在横断水路的方式中，如既可采用桥梁，又可采用隧道时，应从工费、施工、结构上的得失、运营的利弊等，对两种方式进行比较。

沉管隧道与平面桥的比较沉管隧道与高架桥的比较（2）沉管隧道与其它隧道方案比选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。

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，因此隧道长度要长些。

2.2 前期问题和调查工作沉管隧道的规划时，应先大概研究平面、纵剖面、断面形状、沉管区段长度、管段长度、通风塔位置、引道、沉管隧道预制场、基础处理等问题。

首先，为获得经济的线形，要进行线路方案比选。

根据水深和覆盖层厚度，初步决定纵断面的大致情况。

在规划线路和纵断面线形时，要掌握包括隧道的总长和引道长度的施工区段的全长。

其次，视隧道用途，研究隧道净空断面和布置，设定沉管横断面的大概形状。

对公路隧道、铁路隧道，除满足建筑限界的要求外，还要配置管理通道、通风道、照明、标志信号、排水设施等，选择构造上、空间利用上、力学上都有利的横断面形状。

研究了上述问题后，进行详细地质调查，其中包括：（1）基础的报告：水路条件调查、周边土地利用、开发计划、制造码头等调查。

（2）测量调查：水深测量、引道范围的路线测量等。

（3）水文及水质调查：水的比重、流速、波浪、水温等。

（4）地质及土质调查：基础承载力、地层构成、土质常数等。

（5）地震调查：沉管隧道，地震调查异常重要。

要进行该区域的地震调查及用于设计的各种动态土质常数等的调查。

（6）其它调查：用地调查、渔业补偿、水质污染、弃土等调查。

2.3 沉管隧道规划1、线形规划决定位置时，首先找出几个比较线路，根据用途，在容许的线形条件下，设定隧道的平面、纵剖面，其中选择最经济、合理、在构造上易于制造预制管段的方案。

要注意以下几点：①平面形状，沉管区段不进入平面曲线之内是最好的；②管段的纵剖面，一般管段都制成直线，多为折线构成。

在设计时，要考虑接头位置、净空高度、最小埋深等来决定；③在平面和纵断面曲线重合地段，管段制造复杂，尽量避免这种重合。

2、构造规划构造规划应确定断面形状、管段的划分及基本构造等。

管段划分（管段长度），要考虑上述的线形、沉设方法、沉放时对航道的干扰等来决定。

对铁道、公路隧道来说，管段长通常取100m左右。

3、管段制造干坞方式，根据使用的用地规模来决定配置管段数和使用次数。

干坞构造，应视土质条件、使用次数而定，采用明挖法最经济。

钢壳方式，应考虑工地和制造地点距离、拖航航道条件等决定制造码头。

4、基础沉管视比重较小。

一般基础承载力不会有问题，但要求均匀的反力传递到地层，目前采用的工法有：在沟槽底面上铺设均匀底层的方式、临时支承、向管段底和壕沟底空隙充填砂和砂浆基础的方式。

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，应考虑管段规模、现场作业条件等选择。

6、进度根据上述各点，最后研究整个工程的大概进度规划。

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综合进行研究，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进行设计。

沉管隧道的设计特点：结构重量和浮力的平衡；具有水密性构造；施工用的临时隔壁及水中接合构造等。

因沉管隧道埋深浅，应特别注意抗震性的设计。

第三节沉管隧道施工3.1 沉管法施工流程在隧址附近修建的临时干坞内（或船厂船台）预制管段，用临时隔墙封闭，然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。

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，经基础处理并最后回填覆土即成为水底隧道。

3.2 沉管隧道的关键施工技术沉管隧道关键工序包括：1、岸边连接段施工；2、干坞施工；3、管段预制施工：4、基槽开挖施工；5、管段浮运沉放施工；6、管段接头施工；7、管段基础处理施工；8、管段回填覆盖施工。

1、岸边连接段施工岸边连接段——与水中沉管段相接的岸上隧道暗埋段。