浅谈沉管隧道工程技术发展

浅谈沉管隧道工程技术发展摘耍：随着沉管隧道工程技术的不断提高，国内沉管隧道的建设也取得了飞跃式的发展，工程建设规模、难度H趋增大。本文以国内外几条代表性的工程为例，重点展示节段式管节、工厂化干坞、碎石管段基础、长距离管段沉放对接几方面关键技术的发展，为今后复杂环境下沉管隧道设计提供参考。关键词:沉管隧道;管段;节段;丁厂化「坞;碎右基础;沉放对接中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1刖S随着社会经济的迅速发展，越江跨海通道的需求越来越人。越江跨海的通道通常采用桥梁、隧道两种方式，但随着人们对生态环境要求的提高以及海上运输轮舶吨位的迅猛发展，桥梁建设的条件越来越苛刻，水下隧道的建设取得的飞越式的发展。目前修建水下隧道的方法冇：矿山法、盾构法、围堰明挖法和沉管法。沉管法是20世纪初发展起来的一种新型水下隧道修建工法，凭借其埋深浅、断面大、防水效果好等优势，随着丁程技术的不断发展，沉管隧道的建设也取得了快速发展。 2沉管隧道的发展丿力史2.1国外1910年美国在跨越美国与加拿大之间的底特律（Detroit）河修建的第-条单层钢壳沉管双线铁路隧道，目前美国已修建沉管隧道26座，世界排名第一，其中人部分以钢壳沉管隧道形式为主。1941年荷兰在鹿特丹马斯河下建造了第一条矩形混凝土沉管隧道，开创了矩形混凝土沉管新纪元，到目前为止，欧洲已修建了20多座沉管隧道，绝大部分采用矩型钢筋混凝土管段1944年日本在大阪庵治河下首次采用沉管法修建了一条单层钢壳箱形断面公路隧道，之后采用钢壳结构、钢筋混凝土结构形式修建了20多座沉管隧道。2.2国内我国修建沉管隧道起步较晚，1972年在香港首次采用单层钢壳眼镜形结构形式建成跨越维多利亚港的红确隧道，之后香港共修建了5座沉管隧道。台湾在1984年修建了下穿高雄港的公路沉管隧道。1993年在广州珠江修建了首座公铁合建沉管隧道，之后又陆续建成了1996年宁波甬江公路隧道、2002年宁波常洪公路隧道、2003年上海外环路公路隧道、2010年广州仑头隧道、官洲隧道。目前在建的有：广州洲头咀隧道、广州渔珠长洲岛隧道、天津海河隧道、佛山东平隧道、港珠澳大桥跨海隧道。迄今为止，全球已建超过120座沉管隧道。3沉管隧道发展趋势 近十年來，沉管隧道修建技术取得了飞越的发展，出现了一批有代表性的工程，如2000年通车的丹麦-瑞典的厄勒海峡隧道、2011年通车的韩国釜山-巨济沉管隧道、正在修建的土耳其Bosphorus沉管隧道、港珠澳大桥沉管隧道、丹麦-徳国Fehmern-Belt沉管隧道。通过这些隧道的修建,可以看出今后沉管隧道技术的发展。1）沉管隧道结构形式由钢壳结构向矩形钢筋混凝土结构发展矩形钢筋混凝土结构由于英断面利用率高，结构形式灵活，伴随着大体积混凝土防渗抗裂技术的提高，越來越多的下水沉管隧道逐步采用矩形钢筋混凝土结构形式。2）沉管隧道单个管段的长度越来越长1910年美国在跨越美国与加拿大之间的底特律（Detroit）沉管隧道每节管段长80m,后来修建的钢筋混凝土结构管段均采用分段浇筑的整体式管段，受管段纵向应力影响，管段长度一般控制在100m左右。2000年在丹麦与瑞典之间修建的厄勒海峡隧道，首次采用节段式钢筋混凝土管段形式，管段长度达175m。3）沉管段长度越来越大1970年美国海湾地区快速交通铁路沉管隧道长度为5825m,是H前世界上最长的钢壳结构沉管隧道。2000年在丹麦与瑞典之间修建的厄勒海峡沉管隧道长度为3510m,是目前世界上最长的矩形钢筋混凝土结构沉管公 路隧道。如今，在建的港珠澳大桥沉管隧道长度达5655m,而拟建的丹麦-德国Fehmarn-Belt沉管隧道长度将达到18565m。4)沉管隧道水深越來越大対于矩形钢筋混凝土管段，以往修建的隧道水深一般在20m左右，随着水上施工技术的发展，沉管隧道的埋深越来越大，正在修建的港珠澳大桥沉管隧道水深达45m,即将建成的韩国釜山-巨济沉管隧道水深达51m,在建土耳其博斯普魯斯海峡(Bosphorus)铁路沉管隧道水深达61m。4沉管隧道关键技术4.1节段式管段技术以往隧道穿越的水域一般在lKm左右，管段均釆用整体式，整体式管段由纵向受力、接头抗震受力、变形等因素的影响，管段长度一般在100m左右，但随着隧道跨越水域的宽度越来越大，采用整体式管段会大大增加工程浮运、沉放费及管段接头费用，2000年在丹麦与瑞典之间修建的厄勒海峡隧道，采用节段式钢筋混凝土管段形式，管段长度达175mo由8个管段组成，每个管段长度为22m。管段与管段之间釆用橡胶止水带连接，所有管段之间釆用纵向预应力钢索连接使各管段形成一个整体，在节段式管段设计时，根据节段接头、管段接头的抗震设计、各工况下的纵向、横向受力等分析來综合确定。 图1管段节段式接头构造4.2工厂化干坞技术在丹麦-瑞典的厄勒海峡隧道设计中，首次采用工厂化干坞方案，干坞由管段预制厂棚、浅坞池、深坞池三大部分组成。厂栅内由钢筋加工厂、钢筋吊装、模板台车、浇筑平台、顶推系统等组成；浅坞池由管段滑行轨道、出厂滑动闸门组成；深坞池由系泊锚、浮动坞门组成，干坞的平面布置及干坞内管段预制工序如下图所示。图2工厂化干坞内管段预制工序图工厂化干坞与普通固定干坞相比，具有以下特点：①管段在工厂内预制，受外界气候影响小，可全人候施工，流水作业，劳动力利用率高，机械化程度高，人人减少的外界因素对工程质量、工期的影响。②土方开挖量少，仅深坞池需要开挖，开挖土石方可以用于蓄水围堰的修筑，干坞完成后，围堰的土方可以用于深坞池的回填。③在封闭的厂房里施工，管段分小节一次浇注成形，养护条件好，早期裂缝控制好、质量高，管段无需外防水层，耐久性好。④所有管段制作仅采用2套钢模板，且管段侧墙无需设冷却水管，管段制作成本低。⑤管段预制工期短，一节管段的预制周期仅7天左右，整个管段的 预制周期为2个月。而普通的干坞预制整个管段的周期为6个月，分次预制的间距时间为2个月，因此，一条工厂化干坞生产线相关于4条管段同时预制。4.3管段碎石基础技术碎石基础是先将级配碎石利用机械进行摊铺，示续管段直接坐落了基础上，该种方法对基础顶面的平整度要求较高，一般控制在±25mm以内,以免在底板产生过大的附加弯矩。碎石基础的特点：①在相对较人的波浪和水流情况下仍能适用。②基础垫层和管段沉放施丁速度快③管段沉放连接后能快速形成保护和管段的稳定。④采用的设备可用于回填的施工。⑤管段沉放前，与隧道接触的垫层顶面可以进行可视化检查。碎石基础在地震时的抗液化性好，该工法在厄勒海峡沉管隧道、韩国釜山-巨济沉管隧道已成功采用，目前我国在建的港珠澳大桥沉管隧道也是采用该种基础。