第6章 沉管施工技术

第六章沉管施工技术大连理工大学建设工程学部第六章沉管施工技术水下隧道是跨越江河湖海的一种有效交通方式，修建水下隧道所采用的主要施工方法有∶围堤明挖法、气压沉箱法、盾构法及沉管法。围堤明挖法比较经济，有条件时一般应尽先考虑采用。气压沉箱法只适用于航运不多的较小河道中。由于需要修建水下隧道处的航运通常比较频繁，采用围堤明挖法及气压沉箱法对水上交通干扰较大，所以在150多年来的水下隧道建设中大多采用盾构法及沉管法；至20世纪50年代后，沉管法的水下接头及基础处理等重大技术关键相继突破，使施工工艺大为简化，隧道防水性大幅度提高，且能采用容纳四车道以上的矩形断面。另外在一定条件下，沉管法隧道覆土浅、线路短、照明和通风代价较小、工程和运营费用低，使用效果好，故自1965年以来，世界各国建成的水下隧道，大多采用沉管法。引言沉管法技术发展概述课程内容contents6.16.2沉管法施工工艺6.3港珠澳大桥工程概况及关键技术沉管法施工技术的优缺点6.46.56.1概述沉管法也称预制管段沉放法，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，然后舾装好利用拖运、定位、沉放等设备，将其拖运至隧址位置，沉放到水下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。采用这种方法修建的隧道又称水下隧道或沉管隧道。6.1.1沉管法概念6.2沉管法技术发展1810年英国首次对沉管法修建水下隧道进行了施工试验，但试验未能解决防水问题；1894年美国首次应用沉管法修建了穿越波士顿港的城市排水管道——雪莉排水管隧洞，1904年美国底特津水底铁路隧道建成，宣告了沉管法的成功诞生。荷兰于1942年首次建成位于鹿特丹的Mass隧道，是世界上首次采用矩形钢筋混凝土管段建成的沉管隧道。1959年加拿大迪斯隧道成功建成，解决了水力压接法和基础处理两项关键技术，沉管法由此成为水底隧道最主要的施工方法，并得以快速发展。目前世界上建造沉管隧道最多的国家是美国、荷兰和日本。6.2.1国外沉管法发展历程我国的沉管法隧道技术研究起步较晚，但是发展速度很快。1972年香港建成了我国第一条跨港沉管隧道，1993年建成的广州珠江隧道是我国内地第一座沉管隧道，共六车道，是公路和铁路合一的大型水下隧道。1995年内地第二座沉管法隧道——宁波甬江隧道成功建成，这是我国第一座修建在软土地基上的沉管隧道。21世纪，宁波常洪、杭州湾、上海外环、南昌红谷、天津海河等沉管隧道相继建成，其中于2017年贯通的港珠澳大桥海底隧道由东西岛头的隧道预埋段和每节排水量达8万吨的33节预制沉管以及长约12米重达6500吨的“最终接头”拼接而成，全长约6.7公里，是迄今为止世界最长、埋入海底最深(最深处近50米)、单个沉管体量最大、使用寿命最长、隧道车道最多、综合技术难度最高的沉管隧道。该隧道与东西两个人工岛一起，被称为港珠澳大桥核心控制性工程，也被称为交通工程中的珠穆朗玛峰。6.2.2国内沉管法发展历程6.3沉管法施工工艺6.3.1沉管法隧道组成沉管法隧道一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成（如下图6-1所示）。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。图6-1沉管隧道纵断面示意图6.3.1沉管法隧道组成沉管隧道的横断面结构沉管隧道按其断面形式可划分为圆形和矩形两类，其设计、施工及所用材料有所不同。圆形沉管隧道(船台型)的沉管内轮廓均为圆形，外轮廓则为圆形、八角形或花篮形，如图6-2所示。圆形沉管多数利用船厂的船坞制作钢壳，制成后滑行下水，并系泊于码头边上进行水上钢筋混凝土作业。图6-2圆形沉管隧道示意图6.3.1沉管法隧道组成圆形沉管有以下优点：1)圆形断面，受力合理，衬砌弯矩较小，在水深较大时比较经济有利；2)沉管的底宽较小，基础处理比较容易；3)钢壳既是浇筑混凝土的外模，也是浇筑隧道的外防水层，这种防水层不会在浮运过程中被碰损；4)当具备利用船厂设备的条件时，工期较短，在管段需要量较大时，更为明显。圆形沉管的缺点是断面空间为圆形，经常不能充分利用，且耗钢量大、钢壳本身需要做防锈处理，因此造价较高。6.3.1沉管法隧道组成矩形沉管隧道的断面形式如图6-3所示。自1942年荷兰的玛斯隧道首创矩形沉管以来，目前世界各国大都采用矩形沉管。矩形沉管一般在干坞中以钢筋混凝土灌注而成，其优点是：1)空间利用率高，每个断面内可以同时容纳2~8个车道，可实现铁路、公路共用隧道；2)隧道全长较短，挖槽土方量少；3)一般不需要钢壳，可节省钢材。其缺点是建造临时干坞的费用较大，另外由于矩形沉管干舷较小，要求在灌注混凝土及浮运过程中需要有一系列严格控制的措施图6-3矩形沉管隧道断面图6.3.2沉管法工艺流程沉管法施工的一般工艺流程如图6-4所示，其中管段制作、基槽浚挖、管段的沉放与水下连接、管段基础处理、回填覆盖是施工的主体。图6-4沉管法施工工艺流程图6.3.2沉管法工艺流程1.修建临时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，如图6-5所示。通常是在隧址附近开挖一块低洼场地用于预制隧道管段。干坞是一项临时性工程，隧道施工结束后便完成其使命。图6-5干坞示意图6.3.2沉管法工艺流程(1)干坞的设计干坞的设计包括干坞形式、位置的选择，深度、面积等规模大小的确定，还有坞墙、坞底、坞首、坞门、排水系统与车道的设计。干坞的平面形状多呈长方形，横向尺寸取决于管节的宽度、管节的列数、管节横向之间的距离、管节侧面与干坞底边的距离。纵向尺寸取决于每列预制管节的数量、管节的长度、管节端部之间的距离、管节端部至干坞两端边坡脚的距离。另外还需要考虑坞底车辆的运输线路、预制设备等。此外干坞内外需要修筑车道，以便运送设备、机具及材料。为防止坞内积水，干坞内还需设置排水系统，坞底设置明沟、盲沟与集水井等，坞外需要设置截水沟和排水沟。6.3.2沉管法工艺流程干坞按其活动性有移动干坞和固定干坞两种。移动干坞就是在可移动的船舶(半潜驳)上预制管段，在管段预制完成后，半潜驳潜到水下，将管段与船舶分离开来。固定干坞需要先修建一基坑用作制作管段的场地，管段制作完毕后进行干坞放水，然后打开坞门将管段浮运出坞。一般说来制作一个半潜驳代价高昂，但如果承包商本身拥有半潜驳，那采用移动干坞则可以降低工程成本。固定干坞(又称为岸上干坞)根据与隧址的关系又分为轴线干坞和异地干坞，目前我国已建成的沉管隧道大多采用固定干坞方案，少量采用移动干坞。也有利用造船厂作为干坞进行工厂化制作沉管管段的，这种方式适用于在一定区域存在大量的沉管隧道需要修建的情况。干坞是修建沉管隧道的关键工序之一，通过对各种干坞方案(移动干坞、轴线干坞和异地干坞)综合比选，研究不同干坞方案在不同环境中的适用性及其优缺点，进一步确定经济、合理的干坞方案，对于沉管隧道的修建具有重要的意义。6.3.2沉管法工艺流程干坞位置选择原则：1)干坞至隧址的航道应具备足够的水深和宽度，确保管段的良好起浮与拖运条件，便于管段浮运和缩短运距。2)干坞附近应具备浮、存、系泊若干节预制管段的水域。3)干坞所在场地的地质条件要好，即场地土应具有一定的承载力，不会产生过大或不均匀沉降，能满足巨型混凝土管段的制作要求，同时周边支护结构或边坡防渗体系、技术措施简单、工程量小，造价低。4)交通运输及材料来源要方便，具有良好的外部施工条件。5)征地拆迁费用较低，具有可重复利用的开发价值。6.3.2沉管法工艺流程6)能尽量缩短工期和降低造价，确保其造价合理。7)干坞周边应该有足够的场地，并可满足以下要求：堆放与储藏骨料、水泥、钢材等各种原材料，具备停放各种机械设备和机械与材料加工的场地，干坞周边可设混凝土拌和站(能就近获取商品混凝土可不考虑混凝土拌和站)。8)干坞所在地的地理环境要好，可适用于大范围开挖的需求，场地面积的大小应能满足预制所有管段的工期需要。9)如在该地区内已有适当规模的码头或船厂，需对其规模和使用条件做出调查，经过方案比选与论证后，可考虑采用移动干坞方案。6.3.2沉管法工艺流程2.预制管段制作沉管管段是在地面预制的，所以其基本工艺与地上制作其他大型钢筋混凝土构件类似。由于沉管预制管段采用浮运沉放的施工方式，而且最终是埋设在河底水中，因此对预制管段的对称均匀性和水密性要求很高。为保证浮运和下沉，管段上还要设置端封墙和压载设施。图6-6沉管管段制作图6.3.2沉管法工艺流程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。混凝土的防水性及抗渗性要求较高，要慎重处理施工缝及变形缝。(1)管段水密性和均质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。(2)封墙在管段浇注完成、模板拆除后，为了便于水中浮运，需在管段的两端离端面50～100cm处设置封墙，通常叫端封墙。(3)压载设施管段下沉由压载设施加压实现，容纳压载水的容器称为压载设施，一般采用水箱形式。(4)检漏与干舷调整管段制作完成后，须做一次检漏。如有渗漏，可在浮运出坞前做好处理。经检漏合格浮起管段，并在干坞中检查干舷是否合乎规定，有无侧倾现象。通过调整压载水的重量，使干舷达到设计要求。6.3.2沉管法工艺流程3.基槽浚挖沉管隧道的浚挖工作一般有沉管的基槽浚挖、航道临时改线浚挖、出坞航道浚挖、浮运管段线路浚挖、舾装泊位浚挖。(1)基槽设计1)沉管基槽横断面设计。沉管基槽的横断面主要由底宽、深度和边坡坡度三个基本要素确定，如图6-7所示。图6-7沉管基槽横断面示意图6.3.2沉管法工艺流程2)沉管基槽纵断面设计。基槽开挖纵断面形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致，在采用临时支座作为管段沉放的定位基准时，临时支座基底标高可作为纵断面设计的控制标高，无临时支座时以上述的开挖深度作为控制标高。3)沉管基槽平面设计。基槽开挖的平面轴线应与沉管段平面轴线相一致，基槽开挖的宽度要与沉管段平面轴线相对称，并随管段埋设深度及边坡稳定性要求不同而变化。4)临时支座的设计。管段采用鼻托式对接时，每节管段需配置2块临时支座，采用定位梁搭接时，每节管段需配置4块临时支座，临时支座一般为钢筋混凝土支承块。6.3.2沉管法工艺流程(2)基槽施工基槽施工主要是利用浚挖设备，在水底沿隧道轴线、按基槽设计断面挖出一道沟槽，用以安放管段。选择浚挖方式时应尽量使用技术成熟、生产效率高、费用低的浚挖方式。浚挖作业一般分层、分段进行。管段基槽浚挖亦可分粗挖和精挖两次进行。粗挖挖到离管底标高约1m处，精挖在临近管段沉放时超前2～3节管段进行，这样可以避免因管段基槽暴露过久、回淤沉积过多而影响沉放施工。(3)浚挖设备基槽开挖一般采用吸泥船进行，如链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、自航耙吸式挖泥船、抓斗挖泥船、铲扬式挖泥船等等。6.3.2沉管法工艺流程(4)航道疏浚航道疏浚包括临时航道和管段浮运航道的疏浚。临时航道疏浚必须在基槽开挖以前完成，以保证施工期间河道上正常的安全运输。浮运航道是专门为管段从干坞到隧址浮运时设置的，管段出坞拖运之前，浮运航道应疏浚好。浮运路线的中线应沿着河道的深槽，以减少疏浚航道的挖泥工作量。浮运航道要有足够水深。根据河床地质情况应考虑一定的富余水深(0.5m左右)，并使管段在低水位(平潮)时也能安全拖运。6.3.2沉管法工艺流程4.管段浮运和沉放(1)预制管段浮运预制管段浮升后用地锚钢绳固定，再由干坞坞顶的绞车逐节牵引出坞，出坞后在坞口系泊，分批预制管段时，也可在临时拖运航道边选一个具备条件的水域临时抛锚系泊。管段向隧址浮运可采用拖轮拖运或岸上绞车拖运，拖轮大小与数量应根据管段几何尺寸、拖航速度及航运条件(航道形状、水流速度等)，通过计算分析后选定。拖轮拖运形式包括四轮拖运和三轮托运两种形式，四轮托运为两艘拖轮排前领拖、后两艘反拖并制动转向或—艘领拖，旁侧两艘帮拖，后一艘制动转向，三轮拖运为两艘主拖一艘反拖并制动转向或一艘主拖，两艘靠帮导向。6.3.2沉管法工艺流程(2)预制管段沉设方法预制管段沉放是整个沉管隧道施工中的重要环节之一。它不仅受气流、河流自然条件的直接影响，还受到航道、设备条件的制约。因此沉管施工中并没有统一的通用方案。须根据自然条件、航道条件、管段规模以及设备条件等因素，因地制宜选用经济合理的沉设方案。管段的沉放方式大致分为吊沉法和拉沉法。吊沉法中根据施工方法和主要起吊设备的不同又分为分吊法(包括起重船法和浮箱法)、扛吊法和骑吊法等。(3)管段沉放作业管段沉放作业全过程可以分为三个阶段。6.3.2沉管法工艺流程1)放前准备。沉放前必须完成航道疏浚清淤，设置临时支座，以保证管段顺利沉放到规定位置。2)管段就位。在高潮平潮之前，将管段浮运到指定位置，此时可距规定沉设位置10-20m处，并挂好地锚，校正好方向，使管段中线与隧道轴线基本重合，误差不应大于10m。定位作业主要由锚碇系统完成，常用的锚碇方式有“八字型”和“双三角型”，如图6-8所示。定位完毕后即可开始灌水压载，至消除管段的全部浮力为止。图6-8锚碇方式示意图6.3.2沉管法工艺流程3)管段下沉。沉放作业的步骤一般可分初次下沉、靠拢下沉和着地下沉三个步骤进行。5.管段水下对接管段沉放就位后，还要与已连接好的管段连成一个整体。该项工作在水下进行，故又称水下连接。管段水下连接主要有两种方法，一种是水下混凝土连接法，另一种就是现在常用的方法水力压接法。6.基础处理与回填尽管沉管隧道基础所受荷载通常比较低，但在挖槽的过程中总会在槽底留有不规则的空隙，造成地基土受力不均匀而产生不均匀沉降，这样会造成沉管自身结构受到局部应力开裂，还会导致接缝处发生渗漏，密封性降低，后果严重，所以基础需要做填平处理。6.3.2沉管法工艺流程沉管隧道基础处理的方法很多，主要分先铺法和后填法两大类。在管段沉放前进行的处理方法称先铺法，又叫刮铺法，包括刮砂法和刮石法。后填法是先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后再补填垫实，它包括喷砂法、灌砂法、灌囊法、压注法等。刮铺法如图6-9所示，是在管段沉放前采用专用刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫料(粗砂或碎石或砂砾石)作为管段基础。采用刮铺法开挖基槽底应超挖60~80cm，在槽底两侧打数排短桩安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。图6-9刮铺法示意图1-粗砂或砾石垫层；2-驳船组；3-车架；4-衍架及轨道；5-钢；6-锚块6.3.2沉管法工艺流程喷砂法如图6-10所示，是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底下的喷管向管段底喷注、填满空隙。砂垫层厚度1m左右。可沿着轨道纵向移动的台架外侧挂三根L形钢管，中间为喷管两侧为吸管。图6-10喷砂法示意图1-喷(砂)管

2-(回)吸管6.3.2沉管法工艺流程基础处理结束后，就是沉管隧道施工的最终工序—覆土回填，其包括沉管侧面与管顶压石回填，以此来确保隧道的永久稳定。回填材料为级配良好的砂、石。为了使回填材料紧密地包裹在沉管管段上面和侧面不致散落，需要在回填材料上面再覆盖石块、混凝土块。沉管外侧下半段一般采用砂砾、碎石、矿渣等材料回填，上半段则可用普通土砂回填。全面回填工作必须在相邻的管段沉放完后方能进行。采用压注法进行基础处理时，先对管段两侧回填，但要防止过多的岩渣存落管段顶部，管段上、下游两侧(管段左右侧)应对称回填，在管段顶部和基槽的施工范围内应均匀地回填，不能在某些位置投入过量而造成航道障碍，也不得在某些地段投入不足而形成漏洞。图6-11回填示意图6.4沉管法施工技术的优缺点6.4.1沉管法施工技术的优点与其他水下隧道施工方法相比，采用沉管法施工的水下段隧道具有较多优点。主要有：(1)容易保证隧道施工质量因为沉管管段采用预制法施工，因此混凝土施工质量有保证，易于做好防水措施。另外通常情况下每节管段的长度都在100~200m之间，接缝很少，大大减少了漏水机会，而且采用水力压接法处理管段接头可以实现接缝不漏水。(2)工程造价较低水下挖土单价比水底挖土单价低，管段的整体制作和浮运费用比制造、运送大量的管片低得多，同时因为接缝少而使隧道每米单价降低。另外沉管隧道顶部覆盖层厚度可以很小，有时候只有几十厘米，甚至在某些条件下可以不需要覆盖层。而盾构法所需埋深通常大于该隧道的直径，钻爆法的埋深要求更高，由此隧道长度可缩短很多，最终导致工程总价大为降低。6.4.1沉管法施工技术的优点(3)可平行作业沉管隧道工程施工时，预制管段(包括修筑临时干坞)等大量工作均无需现场进行，因此可采取平行作业的方式，合理安排施工人员的调动，在时间和空间上相互协调作业，可大大缩短工期。(4)操作条件好、施工安全除极少量水下作业外，沉管隧道工程施工时，基本上没有地下作业，更不需要气压作业，因此施工操作条件优于盾构法和钻爆法。(5)适用水深范围较大因大多作业在水上操作，水下作业极少，沉管隧道施工几乎不受水深限制，如果采用潜水作业适用深度范围可达70米。(6)断面形状、大小可自由选择6.4.1沉管法施工技术的优点目前沉管隧道大多采用钢筋混凝土管段，可以根据工程需要设计成不同的断面尺寸，断面空间可充分利用，大型的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。除此之外，与钻爆法、盾构法相比，当地址条件较差时，钻爆法增加断面尺寸会需要强支护、超前支护等措施；盾构法增加断面尺寸需要更大直径的盾构设备，增加机械设备费用开支。相比之下城管隧道增加断面面积所需的费用相对较少。(7)对地基能力要求不高沉管隧道要满足管段起浮要求，管段的内净报读比较大，因此管段会受到较大的水浮力，不需要很高的地基承载力。而钻爆法或者盾构法修建水下隧道，都需要较高的地基承载力，要求较高的地质条件。6.4.2沉管法施工技术的缺点与其他水下隧道施工方法相比，沉管隧道具有以下缺点：(1)施工占用的场地较多沉管隧道施工需要在隧址附近寻找合适的区域建造干坞来预制管段。国内的沉管隧道通常位于城市交通繁忙区域，难以找到合适区域预制管段。采用轴线干坞预制管段虽能节省场地，但会拖延两岸主体结构施工，影响工期。比如广州某沉管隧道工程施工时，因周围没有合适的区域建造干坞，最终多方对比采用移动干坞，在驳船上预制管段。

(2)容易受到自然环境影响国内的沉管隧道多分布在广州、上海、江苏等区域，主要是因为这些地区海势变化较小，水流速度较缓慢，水深较浅，满足管段浮运、沉放对水流的要求。除此之外，管段施工期间还需要考虑风速、潮汐等外界影响，我国已建的沉管隧道大部分都在广东省内，夏季施工容易受到台风影响，延误正常工期。6.4.2沉管法施工技术的缺点(3)影响河道航运基槽开挖多采用水下爆破与挖斗船相互配合的方式，采用水下爆破开挖基槽，施工期间需要封运隧址上下游，除此之外封运时间也有限制，再加上水下爆破可能出现意想不到的事故，很可能导致基槽开挖作业延长工期。管段浮运、沉放期间也需要封运航道，短则两三天，长则一周不等。(4)影响环境管段水下爆破需要在可监控的范围内作业，但水下爆破有时难以达到要求。如果隧道周围建筑物众多，就需要注意水下爆破可能会影响建筑安全。同时水下爆破也会影响隧址处生态环境。6.5港珠澳大桥工程概况集关键技术6.5.1港珠澳大桥工程概况港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海和澳门，是一国两制三地的海上通道。项目东起香港大屿山石湾，西至珠海拱北和澳门明珠，总长约35.6km，包括3项工程内容:①海中桥隧主体工程；②香港口岸及珠海、澳门口岸；③香港连接线、珠海连接线和澳门连接线。其中，海中桥隧主体工程东自粤港分界线，穿越铜鼓、伶仃西主航道以及青州航道、江海直达船航道、九洲航道，止于珠澳口岸人工岛，总长约29.6km，岛隧工程为海中桥隧主体工程的控制性工程，长约6.7km，海中隧道采用沉管工法，沉管段长约5.7km，人工岛各长625m。6.5.1港珠澳大桥工程概况图6-12港珠澳大桥主体工程岛隧工程平面与纵断面图6.5.1港珠澳大桥工程概况岛隧工程建设的主要难点有：(1)建设标准高国家一级公路，双向6车道，设计时速100km/h；设计使用寿命为120a；地震基本烈度为Ⅶ度。(2)水文气象条件复杂工程处于外海环境，台风频繁，海流、涌浪复杂，受冬季季风影响。(3)海底软基深厚工程所处海床面的淤泥质土、粉质黏土深厚，下卧基岩面起伏变化大，基岩埋深基本处于50～110m范围。(4)受规划中的30万t航道(通航深度-29m)影响隧道水深、埋深回淤量大。6.5.1港珠澳大桥工程概况(5)隧道距离超长沉管段长约5.7km。(6)通航环境复杂航线复杂，船舶流量大，最大日流量约4000艘次。(7)环保要求高工程穿越国家一级保护动物中华白海豚的保护区核心区。(8)珠江口防洪纳潮要求高阻水率要求控制在10%以内。因此，在如此苛刻的建设条件下建设大型海底沉管隧道，已有的内河沉管隧道建设技术和经验已远远不能满足工程需求，需要进行技术创新和突破。6.5.2管节对于超长距离沉管隧道，其管节的长度与型式直接影响到隧道结构纵向受力、施工工艺、干坞(预制厂)规模、工期和造价，需综合各因素进行合理选择。港珠澳大桥沉管隧道的沉管段长约5.7km，在综合考虑装备能力和工期的影响下确定标准管节长180m，在国际上看来，跨海沉管隧道的管节长度有进一步增长的趋势。沉管管节的结构型式主要有钢壳结构和钢筋混凝土结构2种型式，也有钢壳与钢筋混凝土的复合结构型式。凭借混凝土结构防水及控裂技术的进步、柔性接头的出现和横断面利用的优势，矩形箱式钢筋混凝土结构成为当今沉管隧道的主流结构型式。根据港珠澳大桥建设标准及规模要求，单向3车道的行车隧孔单孔跨度达14.55m，加上隧道深埋回淤上覆荷载偏大，一般的矩形箱式钢筋混凝土结构已不能适应，因此采用了折拱式横断面予以解决。6.5.2管节图6-13港珠澳大桥沉管隧道折拱式横断面整体式管节采用管节接头把各管节通过沉放安装连接为沉管段，每管节纵向分为若干施工段，各施工段通过纵向钢筋连接在一起，各施工段之间为施工缝连接，加上可使用外包防水措施，因此管节本身具有良好的水密性；节段式管节本身纵向亦分为若干节段，节段之间纵向钢筋断开，各节段通过临时预应力拉索连接在一起(在隧道完工后临时预应力拉索被剪断)，节段之间形成变形缝作用的节段接头，这种结构形式改善了管节受力条件，但变形缝(节段接头)增多，这便将结构的受力矛盾转嫁为水密性矛盾。港珠澳大桥海中沉管隧道的标准管节采用8×22.5m方案，岛隧设计施工总承包商为提高长管节节段接头的水密性，提出将浮运沉放过程中的纵向临时预应力保留为永久预应力。6.5.3隧道纵向分析传统上，整体式管节和节段式管节也分别被称为“刚性管节”和“柔性管节”。节段式管节在沉放完成后剪断纵向临时预应力，在计算分析中一般不考虑其纵向刚度，以节段接头的变形适应地基的不均匀沉降，从而减小结构内力。港珠澳大桥岛隧设计施工总承包提出的保留纵向预应力的目的，是利用节段接头接触面摩擦力提高节段接头抗剪能力，通过增加节段接头抗弯刚度以减小可能的张开量，在增强结构的同时又提高了水密性。6.5.4管节工厂化生产在传统干坞中预制管节，从钢筋绑扎、模板架立、混凝土浇筑到拆模养护等工作，都是围绕着管节实体在固定的非常有限的空间内进行，工序和台班易受扰动、模板经常拆卸移动而使得预制质量与工作效率不高。港珠澳大桥沉管隧道由于距离长、工期紧，需要预制的管节长、体积大、数量多，混凝土的控裂质量也直接影响着结构耐久性和防水，若使用传统干坞，则还需要临时系泊存放而占用较大的海域面积，造价高而效率低，因此，管节预制应寻求更高效率的生产方式和工艺。港珠澳大桥沉管隧道工程是世界范围内第2个成功实现管节工厂化的建设项目，在消化吸收厄勒松海峡沉管隧道工厂化生产技术的基础上，不但成功实现了工厂化生产的5大关键设施：管节混凝土模板系统、混凝土搅拌及供应系统、混凝土温控及养护系统、管节顶推与导向系统和管节支承系统，还作了4项重要技术创新：6.5.4管节工厂化生产①将顶推系统从管节截面顶推改进为底部支座顶推；②因地制宜，将深坞与浅坞平行布置，将深坞的管节存储量从2节增加到4节，并将系泊区与深坞舾装区合并；③进一步实现了流水化的底、侧、顶钢筋加工及拼装生产线，采用了摩擦焊接和数控钢筋加工技术，大大提高了钢筋笼精度和施工自动化水平；④采用了大型自动化液压混凝土模板及其两侧的大型混凝土结构反力墙，大大提高了管节制作精度和工效。港珠澳大桥沉管隧道管节预制厂在2条流水线同时作业的情况下，每2月生产2个管节，每个标准管节混凝土用量约2.7万m3，质量超过7万t，每个节段混凝土方量约3400m3，采用全断面一次浇筑，温度裂缝控制效果良好。6.5.5地基与基础1.地基设计传统的沉管隧道一般基槽开挖量不大，上覆荷载很小或没有，怕浮不怕压，对地基要求不高。港珠澳大桥沉管隧道由于上覆回淤荷载大，下卧