沉管法隧道施工及其问题分析

沉管法隧道施工及其问题分析
摘要：沉管隧道工法为水下隧道建设的主要工法之一,其关键工序包括管节预制、浮运、沉放对接和基础处理等。

本文主要介绍了沉管隧道的施工工法，对其工艺进行了相关归纳；通过对这种工法的特点的分析，突出了其在水下隧道中的优越性，同时对其存在的一些问题进行了分析，最后对世界沉管技术发展趋势进行了总结。

关键词：沉管法；特点；问题；技术
1 概述
在穿越江河流域时可采用架桥法或修建隧道法。

隧道法除采用矿山法、掘进机法外，还可采用沉埋管段法。

沉管法最早于1810年在伦敦的泰晤士河修筑水底隧道是进行了试验研究，1894年利用沉管法在美国波士顿正式修成一条城市排水隧道。

1910年，底特律水底铁路隧道的建成，标志着沉管法修建水底隧道技术的成熟。

我国应用沉管法修建水底隧道虽然起步较晚，但发展较快。

1993年在广州珠江下建成了大陆第一条沉管隧道，珠江隧道和甬江隧道都是由我国自行设计和施工的，标志着我国在这一领域进入了一个新的发展阶段。

2 沉管隧道工法
2.1 沉管法及其一般工艺
所谓沉管法，即按照隧道的设计形状和尺寸，先在隧址以外的干坞中或船台上预制隧道管段，并在两端用临时隔墙封闭，然后舾装好拖运、定位、沉放等设备，将其托运至隧道位置，沉放到江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。

沉管法施工的一般工艺流程图示：
2.2 沉管隧道施工工序简介
(1)管节的制造和装配
(2)基槽开挖
(3)基础处理
(4)管节浮运、沉放、连接
(5)回填和保护管节,完成管节内部和接缝收尾作业
3沉管法评述
3.1 沉管法的特点
沉管法的特点鲜明：
(1)隧道管节是在造船台或者干坞中良好条件下施工制成的,因此可以做成需要的形状和很大尺度的管节。

(2)对地质水文条件适应性强，施工方法简单。

沉管法不怕软弱地层，基本上不受地质条件的限制，对地基承载力的要求也较低，能适应各种地质条件。

(3)施工工期短，对航运影响小，施工质量容易保证。

管段在干坞中呈长段预制，沉放连接时间短，。

沉管的主要工序可平行作业，各工序干扰少，可缩短工期。

管段地面预制，施工场地集中，管理方便，管段的结构质量能得到充分保证。

(4)全部沉放作业可以在水面上使用重型船舶、机械操作,施工容易也非常安全。

3.2 沉管法的适应性
(1)沉管隧道以埋深小、工期短、对地基承载能力无特殊要求等独特优势，特别适用于软弱地层。

(2)沉管隧道要考虑的原则：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连接。

②具有较为合适的河（海）航道、水文及河（海）床条件。

③施工条件满足要求。

4 沉管法存在的一些问题
4.1 温度作用问题
运营阶段的温度作用是以最终合拢接头构筑完成时的温度状况作为相对零点时刻，在日后的年气温和江河水、土温的联合周期作用下，在管段壁板上产生的可变温差分布控制值，温度作用效应与其他作用效应相比，在沉管隧道段的结构计算中所占的比重是较大的。

4.2 沉管隧道沉降问题
沉管地基及基础的整体均匀沉降对沉管结构并不构成威胁,关键是控制不均匀沉降。

沉管不均匀沉降值必须限制在沉管结构和接头所能承受的范围内。

沉管隧道的沉降原因是:(1)沉管地基变形是一个卸载、回弹、再压缩的过程;(2)槽底原状土的扰动;(3)基础的初始压缩;(4)列车震动使基底一定范围内
的沙土进一步密实;(5)河床断面的变化。

控制沉降的措施主要有:(1)采用压浆法处理沉管基础;(2)对可液化地层换填处理;(3)所有沉管管节沉放时,根据具体位置预留沉降量;(4)全部接头采用半柔半刚接头并设置竖向剪切键,以抵抗不均匀沉降。

4.3 空气动力效应问题
空气动力效应是高速列车通过隧道时的特有问题,空气动力效应主要有两个方面,隧道内最大瞬变压力和洞口微气压波。

4.4 基槽中淤泥的沉积问题
沉管隧道施工时，基槽中淤泥的沉积是不可避免的，这给沉管施工及管段本身受力带来许多问题，故要清除基槽中的淤泥。

淤泥沉积带来的问题基槽沉积的原因是多方面的，沉积的物质材料也各种各样(如软泥、砂石、海藻及贝壳等)，尽管影响程度不同(有时鱼类生物也有影响)，但对沉管隧道施工来说，淤泥沉积可造成以下间题:
①船坞内的淤泥沉积，使管段陷入淤泥而影响管段起浮，此时需要仔细将其挖除;
②淤泥沉积使基槽深处水的比重增加，这会降低管段沉放位置上抗浮力的安全限度.在有些情况下，为了消除这一影响不得不增加镇重，导致费用增加;
③另一方面，沉积在管段顶部的淤泥当管段底板下压砂完成之前因为每节彗段上增加了额外重量，会危及临时支承结构，此时可通过减少镇重和准确量测支承结构上的力来补偿;
④底板下的空隙被浓度极大的淤泥迅速填满，以致于在潜水员的协助下也难进行喷砂、压砂之类的基础处理作业。

结语
沉管隧道作为成熟技术已在国外广泛应用于各个领域，世界沉管隧道的技术发展趋势如下：
(1)每节管节的长度越来越长，每节管节中的车道数越来越多。

车道数过去多为2车道，目前已经达到8车道。

(2)从单一用途向多用途发展。

现在实现了道路、地铁、公路的共同设置，甚至可以同时设置公共走廊。

(3)对地基的适应性越来越广。

不仅可以建造在较坚硬河、海基上，现在也可以修建在软弱地基上。