理论教育 沉管法:隧道工程施工及风险防控中的沉管隧道施工结果

沉管法:隧道工程施工及风险防控中的沉管隧道施工结果

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:采用沉管法施工的水底隧道又称沉管隧道。1993年在广州珠江建成我国第一条沉管隧道,1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。沉管隧道可做成大断面多车道结构。

沉管法:隧道工程施工及风险防控中的沉管隧道施工结果

1.主要施工程序

沉管法又称沉埋法,是修筑水底隧道的主要方法。采用沉管法施工的水底隧道又称沉管隧道。

沉管法是先在隧址附近修建的临时干坞内(或利用船厂的船台)预制管段,预制的管段用临时隔墙封闭起来;同时在设计的隧道位置挖好水底基槽;然后将管段浮运到隧道位置的上方;定位并向管段内灌水压载,使其下沉到水底基槽内;将相邻管段在水下连接起来并做防水处理;最后进行基础处理并回填覆土,打通临时隔墙即成为水底隧道。

2.发展及现状

采用沉管法修筑水底隧道,最早是由英国人于1810年在伦敦进行了施工试验,该试验隧道的两个孔道由砖石圬工砌成,外径3.4 m,沉于泰晤士河河底,但由于未能解决好管段防水问题,这一试验未能成功。

美国波士顿于1894年建成一条城市水底污水隧道,宣告了一种新的隧道建筑方法——沉管法的成功诞生;底特律于1910年又建成水底铁路隧道。1959年,加拿大迪斯(Deas)隧道工程中成功地采用水力压接法进行管段水下连接,使得沉管施工技术变得更加成熟,并很快就在世界各国推广采用。

我国应用沉管法修筑水底隧道起步较晚,最早是台湾于1984年建成了高雄海底沉管隧道。1984年广州和宁波也开始进行采用沉管法修建珠江和甬江水底隧道的论证,并对沉管法的各项关键技术进行了大量的基础理论研究及关键工序的施工工艺研究。1993年在广州珠江建成我国第一条沉管隧道(地铁、公路、市政管道共用,长1.23 km),1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。这两座沉管隧道的建成为我国进一步在长江、黄河、海峡修建沉管隧道积累了丰富的经验。香港穿越维多利亚海湾连接九龙半岛与香港岛的沉管隧道建设,既解决了交通问题,不影响海湾船舶通航,也很好地保持了海湾自然景观的美感。

3.适用条件及优点

(1)沉管法施工条件好。沉管隧道施工时,除接缝防水处理需要少数潜水工进行水下作业外,管段预制在岸上或船坞上作业,其余基槽开挖、管段浮运、管段沉放、基础处理、覆土回填等主要工序都属于水上或水中作业,无须气压作业,因此施工条件好,施工较为安全,从而避免了在水下地层中进行坑道开挖和支护作业的各项困难,这是其他施工方法所不具备的。

(2)沉管隧道可浅埋,与两岸道路衔接容易。由于沉管隧道可浅埋,与埋深较大的盾构法施工的隧道相比,沉管隧道路面高程可抬高,这样与岸上道路很容易衔接,无须做较长的引道,纵断面线形较好,线路条件也较好。(www.daowen.com)

(3)对河床地质条件、水文条件适应能力强。由于沉管受到水的浮力作用,作用于地基的荷载较小,对各种地质条件的适应能力较强。因此,沉管法施工的隧道所需的基槽深度较浅,相应的基槽开挖和基础处理施工技术比较简单。即使是在深水中进行基槽开挖、管段浮运、沉放和基础处理作业,为保证隧道的结构稳定,对于受潮差和流速影响的问题也不难解决,如美国旧金山海湾地铁隧道的水面至管段基底的距离达40.5 m,比利时安特卫普斯尔德隧道处水流速度达3 m/s。

(4)沉管隧道可做成大断面多车道结构。由于采用先预制后浮运、沉放的施工方法,故可将隧道横向尺寸做大,一个公路隧道横断面可同时容纳4~8条车道,而盾构隧道施工时受盾构机尺寸的影响不可能将隧道横断面做得很大,一般为公路双车道隧道或铁路单线隧道。

(5)沉管隧道防水性能好。由于每节预制管段很长,一般长约100 m,而盾构隧道预制管片每一环长度为1m左右,管段接缝数量很少,漏水的可能性与盾构管片相比成百倍地降低。而且沉管接头采用水力压接法后,可达到滴水不漏的程度,这一特点对水底隧道的运营至关重要。

(6)沉管隧道施工工期短。由于岸上管段预制和水下基槽开挖可同时进行,而且每节预制管段很长,管段数量少,一条沉管隧道只用几节预制管段,如广州珠江隧道用5节预制管段,每节长22~120 m,管段浮运、沉放也较快,对水上航运的干扰较小,这就使沉管隧道的施工工期与其他施工方法相比要短得多。特别是在水上航运繁忙的河道上建设水底隧道,线路较长时沉管法仍具有优势。

(7)沉管隧道造价低。由于沉管隧道水底挖基槽的土方量少,而且比地下挖土单价低;预制管段整体制作,与盾构隧道管片预制相比所需费用也低;管段接缝少,接缝处理费用就低。因此,沉管隧道与盾构隧道相比,每延米综合单价低。而且由于沉管隧道埋置较浅,隧道总长比深埋地下的隧道要短得多,这样工程总造价可大幅度降低,运营费用也较低。

4.沉管隧道管段的结构外形

沉管隧道管段的结构外形即横断面的形状分为圆形和矩形两大类。

(1)圆形管段:横断面的内轮廓为圆形,外轮廓为圆形、八角形和花篮形等。在造船厂船台上制造的管段一般为圆形管段,因而圆形管段又称船台形管段。这种管段制造时先在船台上预制钢壳,制成后沿船台滑道滑行下水成为浮体,在漂浮状态下浇筑钢筋混凝土管段。这种圆形管段内只能设2条车道;在需要4条车道时,需制作两管并列的管段。这种制作方式在早期沉管隧道中用得较多。

(2)矩形管段:一般在临时的干坞中制作,制成后在干坞内灌水使之浮起,拖运至隧址沉放。一个矩形断面可以同时容纳4~8条车道。

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