沉管隧道施工技术的发展与应用T118

第四章、沉管隧道施工技术的发展与应用

4.1沉管隧道的发展

4.1.1国内外越海隧道工程建设和研究现状

世界上由于海峡存在，陆地被分割，在不同条件下形成两个区域，并造成交通障碍及文化差异。连接海峡两岸主要有三种方式：轮渡、修建桥梁和修建隧道。轮渡受气象条件的影响较大，并且不能直接连通，造成人员物资转运十分麻烦。修建桥梁往往受跨度、水深的影响，且建成运营后也同样受气象条件的影响。●●12/3/20221

●而修建海峡隧道既可以穿越较大跨度直接连通海峡两岸，又可以在运营后很少受气象条件影响，能保持连续通行。

世界上已建成了许多海峡隧道，许多正在研究中。

●日本关门海峡在本世纪40年代即用隧道连接，以后又建了桥梁，是世界上最早的海峡隧道。经过艰苦努力，日本于1988年建成了青函隧道，使本州——北海道之间实现了铁路运输。

●英法海峡隧道从拿破仑时代（1800年）以来就曾两次开挖，但都停了下来。1993年隧道全部贯通，投入运营。12/3/20222

工期长达24年，共耗资6890亿日元。隧道海底段长23.30公里。最大水深140米，最小覆盖层厚100米，采用超前导坑和平行导坑法施工，以便提前探明地质情况并作通风、排水和出渣之用。12/3/20223

●1996年，丹麦大海峡隧道竣工，它把丹麦和欧洲本土连接起来，实现把瑞典和德国连成一体的计划，从而使欧洲范围内几乎都能陆路相通。

●直布罗陀海峡通道从七十年代开始调查，西班牙及摩洛哥交换了协议，分别设立勘察机构，依靠自身力量和日本、英、法等协作进行勘察设计。

●最初有桥梁及隧道两个方案，原定1990年内确立其中一个，由于种种原因而未能如愿。海峡水深300m，从摩洛哥的丹吉尔向北的海上距离约28km，桥梁方案在技术上十分困难，还有政治因素。

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●现在方案初步确定为桥梁和隧道的组合方案，即在航道下用隧道，其余部分架浮桥通过。这个海峡通道和仅是两个国家间的英法海峡通道相比，它将连接欧亚及非州两片大陆，而具有划时代的意义。

●在亚洲，计划的有日韩对马海峡隧道、台湾海峡隧道、马六甲海峡隧道、宗谷海峡、间宫海峡通道。日韩隧道经过约十年的勘察及方案设计，至今日本侧佐贺县的呼子长400m左右的试验斜井已经开挖，对地质地形状况有了很好的了解，但和韩国侧的资料在精度上有差别，出现一个界面。

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●该通道被构想作为亚洲高速公路的一部分，现有多个方案正在比选之中，这还和韩国政治形势有关，但总要逐步集中到某一方案。

●台湾海峡隧道目前由清华大学进行可行性研究。鉴于两岸的政治形势和技术条件，初步估计最早要到2030年才可能修建。

●关于马六甲海峡，从该地区发展需要来看，是引人注目的通道。

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●巽他海峡隧道正在日本及法国的帮助下进行调查。海峡原为火山岩屑堆积体，海底深部状况不明，水深100m左右，中间有岛屿，施工比较方便（将由地质状况来决定合适的施工方法）。

●关于宗谷海峡，间宫海峡通道，因眼下考虑的仅是输送西伯利亚、萨哈林的石油与天然气资源的需要，故至今未进行勘察。

●至于白令海峡，曾有筑坝发电之说，撇开其长度，由于水深不太大，如果选用合适的方案，作为运输通道也是可能的，它的实现将把亚欧大陆和美洲连接起来。12/3/20227

●随着经济的发展和技术的进步，特别是许多越水隧道成功的建成运行的事实使得人们的观念发生了变化，人们已意识到“遇水架桥”不再是唯一的选择，在许多情况下以水下沟通两岸比建桥更为优越。到目前为止，我国大陆已建成的水（海）底隧道已超过10座。

●在上海的黄浦江先后修建了打浦路、延安东路和延安东路复线三座城市道路隧道；1999年初，又建成了两条上海地铁二号线黄浦江区间隧道。12/3/20228

●计划中的轨道交通明珠线还将建成4条黄浦江隧道。已建成的黄浦江隧道均采用盾构施工。黄浦江吴淞口隧道采用沉管法。90年代以来，我国大陆除建成了众所周知的多条黄浦江隧道外，还建成了广州珠江沉管隧道和宁波甬江沉管隧道。

●值得注意的是，这两座水底隧道都是由国内的技术力量设计和施工的，其运营情况和防水效果都十分良好。京沪高速铁路穿越长江的南京上元门隧道已由铁道部第四勘察设计院完成初步设计。该隧道采用沉管隧道方案，沉埋段长1930m，全长5765m。12/3/20229

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。广州救捞局参与了香港西区的两条隧道的沉放工作。

4.1.2国内外沉管隧道发展现状

自1894年美国在波斯顿修建世界第一座沉管隧道以来，到现在世界上已经修建了一百多座沉管隧道。我国大陆、香港和台湾高雄已修建了8座沉管隧道。

沉管隧道结构型式的发展:沉管隧道主要有两种基本类型：一种是钢壳管段隧道；一种是混凝土管段隧道。

12/3/202210●第一一座座钢钢壳壳管管段段沉沉管管隧隧道道是是在在二二十十世世纪纪初初在在北北美美建建成成的的。。钢钢壳壳管管段段沉沉管管隧隧道道是是钢钢壳壳与与混混凝凝土土的的组组合合结结构构。。钢钢壳壳可可作作为为防防水水层层并并在在结结构构上上有有明明显显作作用用。。混混凝凝土土主主要要承承受受压压力力和和作作为为镇镇载载物物，，并并且且也也有有助助于于结结构构上上的的需需要要。。●由于于钢钢壳壳具具有有弹弹性性特特点点，，因因此此，，完完工工的的钢钢壳壳管管段段沉沉管管隧隧道道成成为为一一个个具具有有柔柔性性的的整整体体结结构构。。全全世世界界修修建建的的钢钢壳壳管管段段沉沉管管隧隧道道大大多多在在北北美美，，日日本本也也修修建建了了几几座座，，欧欧洲洲采采用用得得不不多多。。11/26/202211●沉管混混凝土土隧道道最早早出现现在欧欧洲。。半个个世纪纪以前前，在在荷兰兰的鹿鹿特丹丹建成成了第第一座座欧洲洲的沉沉管隧隧道。。此后后，这这种施施工方方法得得到了了极大大的简简化和和优化化。现现今全全世界界约建建成了了四十十多座座混凝凝土管管段沉沉管隧隧道。。混凝凝土管管段沉沉管隧隧道大大多数数在欧欧洲，，其中中约有有一半半在荷荷兰。。亚洲洲的日日本、、中国国也修修建了了几座座混凝凝土管管段沉沉管隧隧道。。●混凝土土管段段沉管管隧道道的主主要特特点是是隧道道的管管段由由钢筋筋混凝凝土制制成，，钢筋筋混凝凝土用用于结结构构构造和和作为为镇载载物。。尽管管大多多数新新近建建造的的混凝凝土管管段沉沉管隧隧道设设有防防水薄薄膜，，但老老的混混凝土土管段段的沉沉管隧隧道一一般都都使用用了钢钢板或或沥青青防水水薄膜膜。11/26/202212●大多数数完工工的混混凝土土管段段由多多个节节段组组成，，管节节长约约20～25m，用柔柔性接接缝将将其连连在一一起。。因为为每一一管节节是一一个整整体结结构，，更易易控制制混凝凝土的的灌注注和限限制管管节内内的结结构力力。只只有极极少数数的混混凝土土管段段沉管管隧道道有刚刚性的的隧道道接缝缝。●除了管管段制制造中中使用用各种种不同同技术术外，，钢壳壳管段段沉管管隧道道和混混凝土土管段段沉管管隧道道的水水上施施工技技术也也不同同，这这些与与不同同管段段不同同材料料的本本来性性能有有关，，也与与承包包人的的技术术有关关，这这种技技术是是在不不同的的环境境下各各自开开发出出来的的。每每一种种实施施方法法都对对工程程进度度、引引道斜斜坡的的施工工、浇浇注场场地等等有不不同影影响。。11/26/202213●例如，，对私私人投投资的的工程程来讲讲，时时间很很重要要，可可能导导致有有更高高的直直接投投资。。至于于成本本，不不能简简单说说成是是混凝凝土管管段沉沉管隧隧道比比钢壳壳管段段沉管管隧道道要昂昂贵些些。●例如，，由于于环境境要求求，建建造一一个专专门制制造混混凝土土隧道道管段段的灌灌注场场地的的费用用增高高，这这就很很可能能改而而选择择钢壳壳管段段沉管管隧道道方案案。钢钢壳管管段沉沉管隧隧道的的沉埋埋深度度可能能会比比混凝凝土管管段沉沉管隧隧道的的沉埋埋深度度深一一些，，这样样就增增长了了现场场引道道斜坡坡的长长度。。11/26/202214美国和和欧洲洲的方方法不不同，，有其其科学学和政政治发发展的的根源源。但但是，，总的的来讲讲，历历史已已证明明最终终结果果——即在质质量、、防水水性能能、寿寿命、、可靠靠性及及维修修等方方面的的最终终结果果并不不存在在不同同之处处。11/26/202215中国港港珠澳澳大桥桥工程程中最最艰难难部分分在海海底隧隧道工工程,其造价价占了了整个个工程程预算算的近近一半半,初步估估计约约211亿元人人民币币。2009年4月14日,接受记记者采采访的的专家家表示示,按照““沉管管法””的方方式,港珠澳澳大桥桥的隧隧道将将先在在隧址址以外外的船船台上上或临临时干干坞内内制作作隧道道管段段(管段每每节长长度一一般在在60-100m,目前最最长的的达268m),并于两两端用用临时时封端端墙封封闭起起来。。预制制完成成后用用拖轮轮拖运运到隧隧址指指定位位置。。这时时已于于隧位位处预预先挖挖好了了一个个水底底基槽槽。待待管段段定位位就绪绪后,向管段段内灌灌水压压载,使之下下沉。。11/26/202216然后把把沉放放的管管段在在水下下连接接起来来。经经覆土土(石)回填后后,便筑成成隧道道。11/26/20221711/26/202218据估算算，港港珠澳澳大桥桥总投投资为为726亿元。。融资资方案案已于于日前前确定定，口口岸及及连接接线部部分由由粤港港澳三三地政政府投投资兴兴建，，总投投资约约350亿元；；主桥桥部分分总投投资约约376亿元，，其中中，中中央政政府和和粤港港澳三三地政政府共共同出出资157.3亿元，，银行行贷款款融资资约220亿元。。11/26/20221911/26/20222011/26/20222111/26/202222港珠澳大大桥2009.12.15开工11/26/20222311/26/20222411/26/2022254.2沉管隧道道的设计计与施工工4.2.1截面形式式选择沉管隧道道的截面面形式主主要有圆圆形和矩矩形两种种类型，，其设计计、施工工以及所所采用的的材料均均不相同同。圆形（多多用于船船台型））沉管隧隧道施工工时多数数利用造造船厂的的船台制制作钢壳壳，制成成后沿着着船台滑滑道滑行行下水，，然后将将沉管隧隧道系泊泊于码头头边上，，在水中中浮态中中浇筑钢钢筋混凝凝土。这类沉管管其断面面形式内内边概为为圆形，，外边则则为圆形形、八角角形或花花篮形，，按设计计车道的的多少，，断面形形式又可可设计为为单筒圆圆形断面面和双筒筒圆形断断面，单单筒圆断断面段一一般为两两条车道道，双筒筒圆断面面一般设设四条车车道。11/26/202226如1972年香港建建成的穿穿越维多多利亚港港的第一一座沉管管城市道道路海底底隧道，，即为圆圆形钢壳壳沉管隧隧道结构构，其断断面形式式如图4.1所示。图4.1香港海底底跨港隧隧道横断断面图11/26/202227矩形（多多用于干干坞型））沉管隧隧道施工工时在临临时在干干坞中制制作钢筋筋混凝土土管段，，制成后后往坞内内灌水使使之浮起起并拖运运至隧址址沉设。。此法自自荷兰的的鹿特丹丹mass河隧道(1942建成)首创矩形形沉管以以来，在在各国得得到广泛泛的应用用，我国国的沉管管隧道大大多数也也采用矩矩形截面面。矩形沉管管断面管管段，在在同一管管段断面面内可以以同时容容纳4～8个车道，，一般多多在临时时干坞以以钢筋混混凝土浇浇筑而成成。如上上海的外外环线越越江隧道道，即为为三箱八八车道，，其断面面形式如如图4.2所示。11/26/202228图4.2(a)城市外围快速速干道的建设设(沉管式隧道)11/26/202229图2.2（b）上海外环环线沉管隧道道入口11/26/202230图4.2（c）上海外外环线越江隧隧道示意图采用矩形沉管管隧道优点是是不占用造船船厂设备，不不妨碍造船工工业的生产；；在隧道横断断面中，没有有过多空余空空间，空间利利用率较高；；所需浚挖的的土方量亦较较少；不用钢钢壳防水，大大量地节约钢钢材。11/26/202231●其缺点是管段段宽度较大，，基础处理时时不如船台型型管段简便；；制作管段时时须览址建造造临时干坞；；混凝土浇筑筑时须采用防防水混凝土，，对混凝土浇浇筑质量要求求较严。●总的来说，在在干坞中制作作的矩形钢筋筋混凝土管段段比在船台上上制作的钢壳壳圆形、八角角形或花蓝形形管段经济。。所以目前世世界各国均采采用矩形钢筋筋混凝土管段段代替圆形钢钢筋混凝土管管段。本节也也重点介绍矩矩形沉管管段段的施工技术术。11/26/202232钢筋混凝土钢壳钢筋混凝土通风竖井通风竖井竖实地层软弱地层明挖段暗挖法沉埋段明挖段暗挖段路堑11/26/2022334.2.2沉管隧道施工工程序沉管隧道施工工一般包括：：预制厂（临临时干坞）准准备、管节制制作、管节浮浮运、沉管段段基槽开挖、、临时支座及及地垅设置、、管节沉放等等，具体的施施工程序如图图4.3所示。11/26/202234预制厂（临时干坞）施工管节制作管节浮运沉管段基槽开挖临时支座及垅设置管节沉放水下对接基础处理回填内部装修及机电设备安装竣工两岸洞口建筑施工岸上段施工洞口建筑及道路工程图4.3一般沉管隧道道的施工程序序11/26/2022354.2.3沉管隧道的的管节制作作1临时干坞矩形钢筋混混凝土预制制管段大多多数是在临临时干坞中中制作的，，因此在水水底沉管隧隧道开工之之始，就应应在隧址附附近建造一一个预制管管段专用的的临时干坞坞。这种干干坞应选在在地址条件件较好，场场地土具有有一定的承承载力，当当预制管段段浇筑后不不会产生过过大的不均均匀沉降，，并在干坞坞附近的航航道具备浮浮运条件和和浮存系泊泊若干节预预制好管段段的水域。。11/26/202236临时干坞一一般比较简简单，不象象造船工业业的船坞，，周边需要要有永久性性的钢筋混混凝土坞墙墙，很厚的的钢筋混凝凝土底板，，临时干坞坞它的周边边大多数是是采用简单单的、设有有护坡的天天然土坡，，底板做得得很薄，只只有在个别别情况下才才采用钢板板桩围堰。。因此临时时干坞实系系一临时性性的工作土土坑。临时干坞示示意图11/26/20223711/26/202238沉管管隧隧道道正正在在干干坞坞中中施施工工11/26/202239沉管管预预置置11/26/202240我国国上上海海外外环环线线沉沉管管隧隧道道的的干干坞坞方方案案确确定定，，经经过过对对干干坞坞的的坞坞址址确确定定、、规规模模大大小小、、结结构构形形式式以以及及其其位位置置与与隧隧道道轴轴线线的的关关系系等等进进行行了了反反复复论论证证和和斟斟酌酌，，最最终终确确定定分分为为两两个个干干坞坞、、一一次次性性制制作作所所有有七节沉沉管管段的的干坞坞方案案。2.临时干干坞的的主要要设备备一般都都用普普通土土建工工程中中常见见的通通用设设备。。如混混凝土土搅拌拌站设设备、、水平平运输输车辆辆、起起重设设备、、空压压机、、电焊焊机和和钢筋筋成型型设备备等。。11/26/202241上海外环沉管隧道临时干坞平面图11/26/2022424.3沉管隧隧道的的管段段制作作4.3.1管段制制作的的材料料要求求（1）粗骨骨料必必须采采用自自然连连续级级配，，粒级级5～25mm，泥块块含量量＜0.5%(水洗)，针片片状含含量＜＜1%和含泥泥量＜＜1%。这不不仅可可提高高混凝凝土可可泵性性，还还可减减少砂砂、水水泥用用量，，达到到减少少混凝凝土自自身收收缩的的目的的。（2）细骨骨料采采用级级配合合理的的中粗粗砂，，细度度模数数Mx为2.5～2.8，含泥泥量＜＜1.5%，泥块块含量量＜0.5%。这可可减少少用水水量从从而降降低混混凝土土的干干缩。。控制制粗细细骨料料的含含泥量量，可可减少少混凝凝土的的收缩缩，增增加混混凝土土的抗抗拉强强度。。11/26/202243（3）水泥泥选用用水化化热较较低的的52.5级普通通硅酸酸盐水水泥，，混凝凝土强强度等等级不不应小小于C30，水泥泥用量量应控控制在在300kg/m3，混凝凝土的的重度度一般般为23.8KN/m3。（4）粉煤煤灰磨磨细度度为二二级，，可改改善混混凝土土的和和易性性和可可泵性性，降降低水水化热热。（（5）必须须严格格控制制混凝凝土的的配合合比和和施工工质量量。一一般要要求水水灰比比应小小于0.5，坍落度度控制在在10～14cm，混凝土土中应掺掺入缓凝凝减水剂剂，同时时还要满满足泵送送混凝土土的要求求。材料料计量应应符合现现行《钢筋混凝凝土施工工及验收收规范》标准，即即控制水水泥误差差小于1％，砂小小于2％，碎石石小于2％，外加加剂小于于1％。11/26/2022444.3.2管段制作作的防水水要求（1）抗渗等等级不应应小于S8，结构防防水主要要依靠混混凝土本本身的密密实性达达到防水水要求，，即应以以自防水水为主，，外防水水为辅；；（2）施工缝缝、预埋埋件、施施工使用用贯穿结结构的管管道等特特殊部位位，应加加强防水水措施的的处理。。一般不不宜设置置贯穿结结构内外外的永久久性金属属构件或或管道。。（3）施工缝缝处的止止水带应应是闭合合的，由由于沉管管隧道的的壁厚较较大，一一般要在在施工缝缝处设置置两道止止水带，，其中一一道止水水带以金金属止水水带为宜宜。11/26/20224511/26/20224611/26/202247钢板止水水带11/26/202248（4）混凝土土浇筑时时必须考考虑水泥泥水化热热的影响响，严格格控制混混凝土的的入仓温温度在28℃以内，控控制混凝凝土内外外温差在在25℃以内，以以免由于于混凝土土的内外外温差而而引起混混凝土表表面裂缝缝和混凝凝土收缩缩裂缝。。施工时时，可采采取水化化热低的的水泥，，掺入减减水剂、、缓凝剂剂或粉煤煤灰等掺掺合料，，或在混混凝土中中掺入冰冰块、冰冰水，预预埋循环环冷水管管道等。。4.2.3管段的预预制管段的混混凝土预预制施工工工艺大大体上与与地面浇浇筑的混混凝土结结构相同同，但由由于管段段要采取取浮运沉沉设的施施工方法法，而且且最终要要埋设在在河底水水中，因因此对混混凝土匀匀质性与与防水性性要求特特别高，，这是一一般土建建工程中中所没有有的。11/26/202249矩形管段段在浮运运时的干干舷（满载水线线以上未未被水浸浸湿的舷舷侧板，，称为干干舷）只有l0～15cm，仅占管管段全高高1.2～2％左右，，如果混混凝土重重度变化化幅度稍稍大，超超过1％以上，，管段就就会浮不不起来。。此外，，管段浇浇筑时各各部分尺尺寸偏差差过大，，造成管管段构件件前后、、左右的的大小不不一或混混凝土重重度不均均匀，管管段就会会倾侧。。所以，在在管段制制作时要要严格控控制混合合物的匀匀质性和和模板的的变形与与走动，，要求混混凝土的的重度控控制在23.8KN/m3；要求顶顶、底板板、侧墙墙厚度精精度误差差小于1cm。具体要要求如下下：11/26/202250（1）模板的选用用模板要要有足够的刚刚度，能整体体移动，能保保证混凝土的的表面质量。。如内模可采采用专门设计计的钢模台车车，外模可采采用木模或钢钢框竹胶板模模板。钢模台台车可整体移移动，避免了了模板的装拆拆工作，生产产效率高。钢钢台模车管节节预制模板系系统如图4.5所示。图4.5管节预制模板板系统11/26/202251（2）施工缝的留留设施施工缝是渗漏漏的主要途径径，所以，在在构造上和工工艺上要采取取严格的防水水措施，在组组织施工时，，也要尽量减减少不必要的的留设。管段段在干坞预制制时，一般都都先浇筑底板板，隔若干日日后再浇筑外外壁、内壁和和顶板，因此此在管段的横横断面上一般般都要留设施施工缝，这个个施工缝，亦亦称作为纵向向施工缝。纵纵向施工缝，，一般留设在在管壁上，在在管壁的上下下端各留一道道，下端的一一道应高出底底板面30～50cm。如图4.6所示。图4.6管段的施工缝缝与变形缝的的位置1－纵向施工缝缝；2－止水带；3-变形缝11/26/202252（3）变形缝的留留设管段段制作过程中中，由于混凝凝土浇筑的体体积庞大，由由水泥水化热热、气温和地地基温度变化化等所引起的的混凝土的温温度变形，在在管段施工阶阶段和使用阶阶段会引起一一定的纵向变变形，这个变变形有时会导导致通透性的的横向裂缝。。为了防止发生生这种通透性性的横向裂缝缝,目前在施工的的过程中均采采用设置温度度伸缩缝的方方法控制裂缝缝。伸缩缝的的间距波动很很大，从6m到40m。但是，在许多多情况下，要要求结构不留留伸缩缝，许许多工程(特别是地下工工程)的渗漏经常来来自伸缩缝，，对伸缩缝处处渗漏的治理理难度又高于于对裂缝渗漏漏的治理，所所以在施工条条件及施工技技术均较困难难的条件下，，常采用临时时性变形缝(即后浇带)这一有效控制制裂缝的方法法。11/26/202253施工时，可将将管段分为若若干个节段，，每个节段为为15～20m，可使施工期期间激烈温差差及收缩应力力得到显著的的释放。后浇浇带封闭的时时间与缝两边边混凝土浇筑筑时间的间隔隔越长越好，，间隔时间过过短将失去作作用，一般不不少于40d。见图4.7。后浇带的填充充材料可采用用膨胀混凝土土，也可采用用比缝两边混混凝土高一个个强度等级的的普通混凝土土，后浇带的的宽度为700～1500mm，钢筋可不断断，也可断开开，后者施工工麻烦，但释释放应力程度度略高。11/26/202254后浇缝浇筑混混凝土之前，，应将接缝处处的混凝土表表面凿毛，清清洗干净，并并保持湿润。。后浇缝浇筑筑的施工温度度应低于缝两两侧混凝土施施工时的温度度，且宜选择择气温较低的的季节施工。。后浇缝混凝凝土浇筑后，，其养护时间间不应少于28d。如上海外环线线隧道管段施施工，将每节节管段分为6节，每节13.50m～17.85m长，管节之间间设1.5m长的后浇带将将相邻制作完完成的管节连连接。施工时时，从中间往往两端展开，，如图4.7所示。11/26/202255图4.7后浇带留设及及管段制作总总体流程示意意图（4）混凝土浇筑筑后的养护管管段段混凝土浇筑筑完毕后，要要及时进行养养护，以创造造一定的温湿湿条件和防止止混凝土表面面散热过快。。在冬期施工工的条件下，，混凝土抹压压密实后应及及时覆盖塑料料薄膜，再覆覆盖保温材料料(岩棉被、草帘帘等)。11/26/2022564.3.4管段封门管段浇筑完完毕，模板板拆除之后后，为了使使管段能在在水中浮运运，需要在在管段的两两端离端面面大约50～100cm处，设置临临时封门。。封门一般般有钢端封封门和钢筋筋混凝土封封门两种形形式。钢端端封门制作作时首先焊焊接钢结构构立柱，然然后在立柱柱上焊接封封板，焊接接排水管、、通气管、、安装观察察入孔的水水密门，最最后进行灌灌水试验。。如图4.8所示。。图4.8钢端封封门的的结构构示意意图11/26/202257上海沉沉管制制作现现场管管段封封门示示意11/26/202258钢筋混混凝土土封门门是采采用钢钢筋混混凝土土浇筑筑而成成，优优点是是变形形小，，容易易保证证不漏漏，缺缺点是是拆除除比较较麻烦烦。4.4沉管隧隧道的的管段段沉放放预制管管段的的沉设设工作作是整整个沉沉管式式水底底隧道道施工工中重重要的的一个个环节节。它它受到到各种种条件件的制制约，，如气气象、、河流流自然然条件件、航航道自自然条条件等等。所所以在在沉管管隧道道施工工中，，并没没有一一套统统一通通用的的管段段沉设设方法法，一一般要要根据据气象象、河河流、、航道道等综综合条条件考考虑确确定。。目目前世世界上上通常常使用用的管管段沉沉放方方法如如下：：11/26/20225911/26/2022604.4.1分吊法分吊法就是是在管段沉沉设作业时时分别用2～4艘起重船或或浮箱，吊吊着预先在在管段顶板板上埋设吊吊点（吊点点一般在管管段预制时时埋设），，逐渐将管管段沉没到到规定位置置上。荷兰兰Boltek隧道采用双双起重船进进行管段沉沉放，其平平面布置图图和起重船船、管节的的定位锚固固系统如图图4.9所示。起吊吊沉管节的的悬吊系统统如图4.10所示。11/26/202261图4.9采用分吊法法吊沉管节节的平面布布置11/26/202262图4.10采用分吊法法吊沉管节节的悬吊系系统早期的双车车道船台型型管段，一一般都是用用起重船按按分吊法来来进行沉设设的。后来来荷兰的柯柯恩（Coen，1966）隧道和培培纳斯克斯斯（1967）又采用大大型浮筒代代替了浮吊吊，并在工工艺上作了了一些改革革（见图4.11）。11/26/202263图4.11浮筒吊沉沉法（a）侧面图图；（b）横剖图图其后，比比利时的的斯凯尔尔特(E3——Scheldt，1969年建成)隧道又改改以浮箱箱代替了了浮筒，，形成了了一种新新的沉没没方法。。浮箱吊沉沉法的主主要特点点是设备备简单，，尤适于于宽度特特大的大大型管段段。通常常于管段段顶板上上方用2、4只方形浮浮箱直接接将管段段吊起来来。浮箱箱之间可可用钢桁桁架联系系起来，，并用四四根锚索索定位。。11/26/202264起吊卷扬扬机和浮浮箱的定定位卷扬扬机均安安设在浮浮箱顶上上。管段段本身则则另用六六根锚索索定位(边锚四，，前后锚锚各一)，其定位位卷扬机机则安设设在定位塔顶顶部。使用浮浮箱吊沉沉法，有有的工程程又将浮浮箱组的的定位锚锚索全部部略去，，只用管管段本身身上的六六根定位位锚索来来控制座座标方位位，使水水上作业业大为简简化。图图4.12表示浮箱箱吊沉法法的全过过程。图4.12浮箱吊沉沉法示意意11/26/2022654.4.2扛吊法此法亦称称方驳扛扛吊法。。即用““扛棒””和“方方驳”等等相互连连接来完完成管段段的吊沉沉作业。。扛吊法法按使用用方驳的的多少，，又分““四驳扛扛吊法””和“双双驳扛吊吊法”。。“四四驳扛吊吊法”吊吊沉时用用二副““扛棒””来完成成吊沉作作业，每每副“扛扛棒”的的二个““肩”就就是二艘艘方驳。。左右二二艘方驳驳之间的的“扛棒棒”采用用型钢梁梁或钢板板梁做成成。前后二组组方驳之之间，用用钢桁架架相连接接形成一一个整体体的驳船船组。驳驳船组用用六根锚锚索定位位，管段段本身另另用六根根锚索定定位(均是四边边锚及二二前后锚锚)。所有的的定位卷卷扬机均均安设在在驳船上上。吊索索的吊力力作用在在“扛棒棒”钢梁梁上，通通过“扛扛棒”传传到方驳驳上。起起吊卷扬扬机则可可安设在在方驳上上，亦可可直接安安设在““扛棒””上。11/26/202266“双驳扛吊法法”吊沉时只只用二艘方驳驳，左右两边边用扛棒相连连系，前后两两边用绷索相相连接，将管管段的定位锚锚索改用对角角方向张拉的的斜索系定于于整体稳定性性较好的双驳驳船上。双驳驳扛吊法的优优点是整体稳稳定性较好，，缺点是设备备费用较大（（大型驳船费费用较贵）。。双驳扛吊法法示意图如图图4.13所示。图4.13双驳扛吊法示示意图1-方驳；2-扛棒；3-绷索；4-吊索；5－斜索；6-方驳定位索；；7-指挥室11/26/2022674.3.3骑吊法骑吊法即是水水上作业平台台“骑”在管管段上方，完完成管段吊放放沉没，如图图4.14所示。图4.14骑吊法管段沉沉放示意图1-定位杆；2-拉合千斤顶水上作业台亦亦称自升式作作业台，是海海洋钻探或开开采石油的专专用设备。它它的工作平台台实际上是个个钢浮箱(常是方环形)。11/26/202268就位时，向浮浮箱里灌水加加载，使四条条钢腿插入海海底或河底，，需要入土较较深时，可反反复灌水、排排水加荷压沉沉，直到钢腿腿插入深度达达到设计要求求为止。当需要移位时时，可排出箱箱内贮水，使使之上浮，将将四条钢腿拔拔出。在外海海沉设管段时时，只能用此此法，其它方方法均不能胜胜任。在内河河或港湾内沉沉设管段时，，如流速过大大，也可采用用此法施工。。它的优点是是不需抛设锚锚索，作业时时对航道干扰扰小。缺点是是设备费用较较大，因此一一般不用此法法施工。11/26/2022694.5沉管隧道沉设设作业4.5.1沉设前的准备备在沉没开始前前的一、二天天，应作好管管节沉放点的的基槽检查和和基槽的清淤淤工作，同时时还要检查临临时支座的的的安放位置、、标高，岸上上管段对接位位置等。所有有工作尽量在在岸上作好，，以保证管段段能顺利地沉沉放到设计位位置，避免沉沉没中途发生生搁浅，临时时延长沉没作作业时间，打打乱港务计划划。最后向港务、、港监等部门门申请沉放时时间。沉放时时间确定后应应及早通知有有关方面。沉沉放前须做好好水上交通管管制，并须抓抓紧时间设置置好封锁线标标志，包括浮浮标、灯号、、球号等。同同时须埋设管管段定位及作作业船组定位位用的地锚。。地锚上都须须设置浮标。。11/26/202270为防止误入封封锁线的船只只于紧急抛锚锚后仍刹不住住，有的工程程施工中还沿沿着封锁线在在河底上敷设设勾锚链，以以策安全。4.5.2管段就位在高潮平潮之之前，将管段段用浮箱或作作业船组拖运运到指定位置置上，并带好好地锚，校正正好前后左右右位置。一般般管段要拖运运到中线与隧隧道轴线基本本重合（误差差不应大于10cm）,离规定沉设位位置10～20cm之处就位。同同时管段的纵纵向坡度亦应应调整到设计计坡度。定位位完毕后，可可开始灌注压压载水，至消消除管段的全全部浮力为止止。11/26/2022714.5.3管段下沉管段下沉的全全过程，一般般需要2～4小时，因此应应在潮位退到到低潮平潮之之前l～2小时开始下沉沉。开始下沉沉时的水流速速度，应小于于0.15m／sec，如流速超过过0.5m／sec，应采取一些些辅助措施。。下沉作业一般般分三个步骤骤进行，即初初次下沉，靠靠拢下沉和着着地下沉。1.初次下沉先灌注压载水水至规定下沉沉力值的50％，随即进行行对位校正。。校正完毕后后，再继续灌灌水至规定下下沉力值的100％。然后开始始按40～50cm／min速度将管段下下沉，直至下下沉到离设计计高程4～5m为止。11/26/202272●下沉时要随时时校正管段位位置。当管节节顶面下沉至至距水面4m时，管节受力力状态最为复复杂，各种作作用力变化很很大，必须引引起重视，并并要有足够的的安全保证措措施，以防万万一。2.靠拢下下沉将管段段向前前节已已安设设管段段方向向平移移，平平移至至距已已安设设管段段端口口2m左右处处。随随后再再将管管段沉沉到管管底离离设计计高程程0.5～1m左右，，并校校正好好管段段位置置。3.着地下下沉先将管管段继继续前前移至至距前前节已已安设设管段段约0.5m处。经经校正正管段段位置置后，，即开开始着着地下下沉。。下沉沉时要要利用用对接接定位位装置置不断断减少少管节节的横横向摆摆幅，，并自自然对对中，，以提提高安安装精精度。。11/26/202273一般要要求管管节的的左右右误差差小于于±20mm，高程程误差差小于于±20mm。在沉沉放过过程中中，要要注意意管节节底面面下的的河(海)水的重重度将将随着着管底底与基基槽间间隙的的减少少而逐逐渐加加大，，尤其其是在在泥砂砂含量量较高高的江江、河河中更更为明明显，，需及及时调调整下下沉力力或采采取其其他措措施，，保证证管节节能继继续下下沉就就位。。11/26/202274沉管管组组件件箱箱涵涵（（沉沉箱箱在在干干坞坞中中））11/26/202275沉管管出出运运11/26/20227611/26/20227711/26/20227811/26/202279沉管管沉沉放放11/26/202280水下下作作业业下下锚锚碇碇11/26/202281上海海外外环环线线隧隧道道出出口口11/26/202282上海海外外环环线线隧隧道道出出口口11/26/202283管段段浮浮运运11/26/20228411/26/20228511/26/20228611/26/2022874.6沉管管隧隧道道的的水水下下压压接接4.6.1管段接头头管段接头头是沉管管隧道的的重要环环节，其其首先要要满足水水密性要要求，即即在施工工阶段和和日后运运营阶段段不渗漏漏；第二二是具有有抵抗各各种外力力的能力力，这些些外力包包括地震震力、浮浮力、温温度变形形和地基基变形等等；第三三是方便便施工和和保证施施工质量量。11/26/2022881.管段接头头的种类类管段在水水下完成成对接时时，无论论连接时时采用水水下混凝凝土法或或水力压压接法，，均需在在水下混混凝土或或胶垫的的止水掩掩护下，，在其内内侧构筑筑永久性性的管段段接头，，以使前前后两节节管段连连成一体体。永久久性管段段接头的的构造，，按其连连接方法法主要有有刚性接接头和柔柔性接头头两种：：11/26/202289两种接头头方式中中，刚性性接头和和柔性接接头各有有利弊，，刚性接接头的优优点抵抗抗外力的的作用较较好，但但防水密密封性较较差；柔柔性接头头由于防防水密封封性较好好，但抵抵抗外力力的作用用较弱。。近几年年来，沉沉管隧道道施工中中，为了了吸取两两者接头头的利弊弊，又研研制了““先柔后后刚（刚刚性接头头）”式式接头。。2.刚性接头头刚性接头头指管段段于水下下完成连连接后，，在相邻邻两节管管段的接接头部位位，在两两层钢板板之间沿沿管段两两侧外墙墙、底板板和顶班班之间浇浇筑一圈圈钢筋混混凝土，，形成一一个永久久性接头头。刚性性接头要要具有抵抵抗轴力力、剪切切力和弯弯矩等外外力的强强度，因因此一般般要求其其强度要要不小于于管段本本身结构构的强度度。11/26/202290在水力压压接法出出现之前前，所有有的沉管管隧道都都采用刚刚性接头头。但其其最大的的弱点是是水密性性不可靠靠，使用用不久往往往就会会因沉降降不均、、温度变变形等因因素出现现渗漏和和滴水现现象。自从水力力压接法法出现之之后，目目前许多多沉管隧隧道仍采采用刚性性接头，，但现在在的刚性性接头与与以前的的接头有有较大的的不同，，它的外外圈采用用CINA橡胶止水水带，内内侧采用用连接钢钢板和后后封钢筋筋混凝土土。这种接头头方式称称为“先先柔后刚刚”式。。内侧的的后封钢钢筋混凝凝土一般般要等沉沉降基本本结束之之后再进进行浇筑筑。如图图4.15所示。11/26/202291图4.15刚性接头头（先柔柔后刚））“先柔后后刚”式式接头，，按构造造形式又又分为两两种：一一种为““无接圈圈式”。。即水力力压接所所用的胶胶垫直接接安装在在管段端端面上，，接头后后封钢筋筋混凝土土厚度，，比沉管管外壁稍稍小。另另一种为为“接圈圈式”，，即接头头后封钢钢筋混凝凝土厚度度与沉管管外壁相相同。11/26/202292水力压压接时时所用用的胶胶垫不不直接接安设设在管管段端端面上上，而而另用用钢筋筋混凝凝土或或钢结结构沿沿管段段周边边外边边沿做做成悬悬壁，，用来来安设设胶垫垫。“无接接圈式式”刚刚性接接头的的优点点是施施工方方便，，是目目前在在沉管管隧道道施工工中采采用最最多的的一种种接头头方式式。“无接接圈式式”和和““接圈圈式””接头头的构构造形形式如如图4.16所示。。图4.16““先柔后后刚””式接接头示示意图图11/26/2022933.柔性接接头柔性接接头一一般是是采用用水力力压接接法来来形成成初始始密封封，即即用GINA橡胶止止水带带作为为第一一道防防水。。然后后在已已经形形成水水密性性的沉沉管段段内，，在各各接头头上安安装OMEGA橡胶止止水带带。对于有有抗震震要求求的柔柔性接接头，，根据据其采采用的的纵向向弹簧簧构件件的不不同，，主要要有两两种形形式：：一种种是在在管节节之间间采用用W型钢板板和型钢板板作为为纵向向弹簧簧构件件的柔柔性接接头；；另一一种是是在管管节之之间采采用预预应力力钢索索及连连接装装置作作为纵纵向弹弹簧构构件的的柔性性接头头。如如图4.17所示。。11/26/202294（a）采用用预应应力钢钢索及及连接接装置置的柔柔性接接头（b）采用用或W型钢板板的柔柔性接接头图4.17柔性接接头的的主要要形式式11/26/2022954.6.2水下压压接水下压压接主主要是是完成成管段段接头头止水水带的的压接接。止止水带带的压压接是是管段段沉放放过程程中的的一个个重要要部分分。整整个压压接过过程可可分为为两个个阶段段，即即初步步压接接和最最终止止水压压接。。初步压压接时时主要要进行行GINA止水带带的尖尖头压压缩，，达到到接头头初步步止水水的效效果；；最终终止水水压接接是依依靠管管段自自由端端的水水压力力将GINA止水带带进一一步压压缩，，达到到最终终止水水的目目的。。OMEGA止水带带是管管段接接头的的第二二道防防水线线。由由于管管段接接头是是柔性性接头头，所所以要要求OMEGA止水带带在一一定水水压和和变形形条件件下，，以及及任何何可能能的工工况条条件下下(如沉降降、位位移、、地震震和温温度变变化等等)保证接接头的的水密密性。。如图图4.18所示。。11/26/202296水下压压接具具体施施工操操作步步骤如如下：：管节沉沉放精精确就就位后后，拆拆除GINA橡胶止止水带带保护护罩，，派潜潜水员员检查查GINA橡胶止止水带带及清清除附附着物物，然然后用用拉合合式千千斤顶顶对GINA橡胶止止水带带进行行预压压。对对接拉拉合的的速度度应不不大于于7cm／min，当两两端面面相距距210mm时，对对管节节进行行精细细调整整，满满足安安装精精度后后，再再继续续拉合合到初初步止止水工工况。。图4.18GINA和OMEGA橡胶止止水带带示意意图11/26/202297初步止止水工工况经经检查查没问问题后后，排排除前前后两两节沉沉管封封墙之之间被被胶垫垫所包包围的的水，，进行行水力力压接接(施工人人员在在管节节内打打开排排水阀阀及进进气阀阀，开开动排排水水水泵，，抽掉掉两管管节间间隔舱舱中的的水，，形成成负压压)，水力力压接接速度度应不不小于于2cm／min。水力力压接接完成成后，，即进进行OMEGA止水带带的安安装。。为了保保证安安全，，OMEGA止水带带安装装必须须在管管段沉沉放后后和两两管段段接头头的相相邻封封门拆拆除前前进行行。先先进行行初步步安装装，即即止水水带就就位，，并将将压板板基本本固定定；然然后待待管底底基础础处理理完成成，管管段沉沉降基基本稳稳定后后，拧拧紧压压板螺螺栓，，完成成安装装。第第二道道OMEGA橡胶止止水带带安装装完毕毕后，，可拆拆除接接口隔隔舱两两侧的的端封封墙，，沉放放、对对接作作业即即告完完成。。11/26/2022984.7基础处理基础处理是是沉管隧道道的重要工工序。基础础处理主要要目的是将将基础垫平平，而不是是象地面基基础处理主主要是增加加基础的承承载力。因因为沉管隧隧道主要的的问题不是是怕地基承承载力不够够，而是怕怕沉管段浮浮起。沉管隧道沉沉管段一般般不需构筑筑人工基础础，但施工工时仍须进进行基础处处理。其目目的主要是是解决基槽槽开挖作业业所造成的的槽底不平平整问题，，而不是为为了解决地地基土的固固结沉降。。11/26/202299因为不论使使用任何种种类的挖泥泥船，浚挖挖后的基槽槽底表面，，总留有15～50cm的不平整度度(铲斗挖泥船船可达100cm)，这使基槽槽底表面与与管节底面面之间存在在凹凸不平平的空隙，，导致管节节结构受力力不匀而局局部破坏。。所以沉管管隧道的基基础处理就就是将基础础垫平，以以使管片结结构受力均均匀。基础处理方方法大体上上分为两类类，即先铺铺法和后填填法。先铺铺法是在管管段沉没之之前先铺好好砂、石垫垫层；后铺铺法是先将将管段沉没没在槽底事事先预制好好的临时支支座上，随随后再补填填垫实。两两类方法按按施工工艺艺的不同又又可划分为为：11/26/2022100先铺法——刮砂法、刮刮石法；后铺法——灌砂法、喷喷砂法、灌灌囊法、压压浆法、压压混凝土法法和压砂法法。4.7.1先铺法先铺法实际际上只有刮刮铺法一种种，按铺垫垫时所采用用的材料不不同，又分分为刮砂法法和刮石法法两种。两两者的操作作工艺基本本相同。早早期的沉管管隧道多用用刮铺法作作基础处理理。刮铺法按使使用机械或或人工分为为机械刮平平和人工刮刮平。采用用简易刮平平机刮平，，施工步骤骤如下：11/26/20221011.在基槽开挖挖时往下超超挖60～80cm。2.在基槽底两两侧打设二二排短桩，，安放控制制高程及坡坡度用的导导轨。3.通过刮铺机机的输料管管，投放铺铺垫材料(粗砂或最大大粒径不超超过100mm的碎石和砾砾石)，投放铺垫垫材料的宽宽度为管节节底宽加1.5～2m，长度则与与一节管节节长度相同同。4.按导轨调整整铺垫料的的厚度、高高程以及坡坡度，用简简单的钢犁犁或特制的的刮铺机刮刮平，如图图4.19所示。11/26/2022102图4.19刮铺机1-方环形浮箱箱；2-砂石喂料管管；3-刮板；4-砂石垫层；；5-锚块；6-沟槽底面；；7-钢轨；8-移行钢梁刮铺法的表表面平整度度，使用刮刮砂法时只只能达到±5cm；使用刮石石法时只能能达到±20。为使垫层层表面进一一步平整，，可在管段段沉没后加加一“压密密”工序，，即在管段段内灌足压压力水，进进行加压砂砂石料，使使之发生超超荷而使垫垫层进一步步压实平整整。当采用用刮石法时时，可在管管段沉设完完毕后，通通过管段内内预先预埋埋的压浆孔孔向垫层内内压注水泥泥膨润土（（粘土）混混合砂浆。。11/26/2022103当采用水下下人工刮平平工法，施施工步骤如如下：1.设置水下导导轨支座。。2.铺设行走导导轨，要求求导轨面标标高误差不不超过±20mm。3.给砂(或石)装置沿导轨轨行进，由由工程船舶舶上的给料料斗不断供供砂(或石)由潜水员在在水下人工工刮平。先铺法的主主要缺点是是：(1)须制造专用用刮铺船舶舶，费用昂昂贵。如用用简单的钢钢犁进行刮刮平作业，，则精度较较难控制，，作业时间间亦较长。。(2)须按设计高高程、坡度度、厚度要要求，在水水底架设导导轨。导轨轨的安装精精度较高，，否则易造造成基础处处理失败。。11/26/20221044.7.2后铺法后铺法基本本工序为：：在开挖基基槽时先超超挖100cm；然后在槽槽底安设临临时支座；；管段沉设设搁在临时时支座后，，往管底空空隙回填垫垫料。按施施工工艺不不同具体又又分为：1.灌砂法管节沉放完完毕后，通通过导管从从水面上向向管节底部部灌填粗砂砂，构成纵纵向垫层。。此法设备备简单，施施工方便，，较适用于于底宽较小小的钢壳圆圆形、八角角形或花篮篮形管节，，不适用于于管度较大大的管段。。这是一种种最早的后后铺法的基基础处理方方式，美国国早期的沉沉管隧道沉沉管段的基基础处理常常用此法，，1969年建成的阿阿根廷Parana(Hernandias)隧道，亦用用此法。11/26/20221052.喷砂法管节宽度较较大时，