沉管隧道

沉管隧道（通用7篇）

沉管隧道 篇1

沉管法隧道施工正越来越受到广大工程技术人员的重视,随着我国市政基础工程的投入不断加大,沉管隧道施工法的应用领域将会更加广阔。除了已运营的宁波常洪隧道、上海外环隧道、天津中央大道海河隧道等,我国正在建造的沉管法隧道还有世界上综合难度最大的珠海港珠澳隧道、国内内河规模最大的南昌红谷隧道等。相信在不久的将来,会有更多的沉管法隧道出现在我国的江河湖泊及沿海区域。

笔者参与了宁波常洪隧道、上海外环隧道、天津中央大道海河隧道、珠海港珠澳隧道的防水设计以及广州生物岛—大学城隧道的防水设计咨询工作。通过上述工程的设计与咨询工作,笔者就沉管法隧道的防水设计技术展开综合论述,以期为沉管法隧道的工程设计人员提供借鉴。

1 管节外包防水层设计

1.1 刚性管节外包防水层设计

如果沉管法隧道管节中的节段为整体刚性连接,宜在管节迎水面设置全外包防水层。

1.1.1 底板外包防水层设计

在我国,很多河流都存在腐蚀性,因此管节本体的防水与防腐是需重点解决的问题。沉管隧道如采用全包防水设计,外包钢板为目前管节底板较常见的防水措施,钢板既可以作为混凝土浇筑的模板,又可以作为底板的外包防水层,且钢板与混凝土结合性能良好,保证了两者成为一个整体。但钢板在腐蚀性环境中的耐久性能较差,钢板之间的焊接会对防腐涂层造成破坏,且涂层修补十分困难。另外从造价方面考虑,钢板成本较高,对整个工程的费用影响较大。

目前,管节底板采用钢板作外防水层时,钢板迎水面要求涂刷防腐涂层。防腐涂层宜结合采用电弧喷锌和无溶剂环氧涂层,电弧喷锌涂层厚度约为250μm,无溶剂环氧涂层干膜厚度约为130μm。钢板焊缝处铺贴防水卷材作为加强防水措施,防水卷材可选用双面自粘型预铺式沥青基聚酯胎防水卷材。

除钢板之外,采用PVC(聚氯乙烯)防水板作为底板外包防水层也是可行的方法。采用PVC防水板首先在理论上保证了防水层的耐久性,因为PVC防水板为有机材料,不受河流、海洋中腐蚀性介质的影响,只有在有机溶剂的侵蚀下才会被腐蚀,但此类情况发生的概率极低。

管节底板铺设的PVC防水板一般为带有肋条的平板,肋条的断面构造见图1,平板厚度约为2 mm,肋条的高度约为10 mm。肋条的构造形式既能使其与混凝土紧密咬合,又不会对底板钢筋绑扎、混凝土保护层控制产生不良影响。

防水板主要设置纵向肋条,每隔25 m左右需设置一道横向肋条。纵横向肋条的间隔设置将可能产生的渗漏水限制在局部范围内,防止了大面积窜水现象的产生。PVC防水板之间采用热熔焊接方式相连,纵横向防水板接头处,可先采用必要的工具对肋条断面加以切割,以确保肋条接头的平整度,保证焊接质量。图2所示为PVC防水板纵横向搭接构造。

防水板铺设至管节底板与侧墙转角处,需沿侧墙模板上翻至纵向水平施工缝之上作收头处理。防水板端部沿纵向加焊一道与防水板同等材质的外贴式止水带,以加强防水板端部的止水功效。

防水板与端钢壳为不同的材质,无法如底钢板与端钢壳之间顺利相接,需进行特殊处理,采用压条结合螺栓固定防水板的方式是较理想的解决方法。收头防水板无需设置肋条,端钢壳上预设螺孔,收头防水板与端钢壳搭接一定宽度,防水板端部同样预留对应的螺孔,然后通过压条结合螺栓压紧防水板端部,即完成对防水板的封闭。防水板与端钢壳之间的高差采用预制水泥砂浆倒角的方式,使防水板可平缓铺设至端钢壳内表面。另外,端钢壳预设螺孔两侧、预设螺孔与螺栓表面均需预先满涂遇水膨胀止水胶,然后再拧紧螺栓,此举封闭了收头防水板与端钢壳之间、螺栓与螺孔之间存在的渗水通道。图3为防水板至端钢壳处收头封边示意图。

防水板能满足管节底板外包防水层耐久性的要求,但也存在一定的缺点,特别是材质决定了其无法承受高温与火花,因此在管节施工阶段,需注意对防水板进行保护。

1.1.2 侧墙与顶板外包防水层设计

管节顶板、侧墙的传统外包防水层一般采用柔性防水涂层,并设置与防水涂层配套的保护层,但考虑到施工现场的实际情况或沉管隧道所处环境存在的腐蚀性介质,建议采用喷涂型聚脲防水涂料。此类涂料原先主要作为防腐涂料应用于海港工程的混凝土与钢构件表面,通过对产品的改性优化,其具有以下优点:1)固化速度快;2)拉伸强度高、延伸率大、粘结力强;3)无需设置保护层等。

1—螺栓;2—垫圈;3—钢压条;4—横向齿牙 PVC 防水板;5—收头 PVC 防水板;6—单组分聚氨酯膨胀密封胶;7—预设螺孔;8—焊缝;9—水泥砂浆;10—端钢壳

喷涂型聚脲防水涂料应符合GB/T 23446—2009《喷涂聚脲防水涂料》的性能指标要求,该标准中Ⅰ型、Ⅱ型涂料在性能指标上存在差异,但应用领域没有差别。考虑到沉管隧道的耐久性要求,Ⅱ型涂料宜为管节外防水涂层的首选。

聚脲涂料施工前,混凝土基面应预先涂刷相配套的封闭底涂。喷涂型聚脲防水涂料的施工厚度一般为1.5 mm,且应与底板上翻的防水层有一定的搭接宽度。

由于管节顶板人孔的钢盖板采用水下焊接,其外表面无法形成连续封闭的防水层,对于防水层的最终修补,可让潜水员下潜至钢盖板处,以手工涂抹的方式,将环氧类胶泥材料施作于钢盖板上。

1.2 柔性管节外包防水层设计

管节中的节段为柔性连接时,宜根据生产工艺,在管节的柔性接头处设置全包外防水层。全包外防水层的材质宜选用喷涂型聚脲类防水层。

2 管节接头防水设计

沉管法隧道管节接头应采用GINA橡胶止水带与OMEGA橡胶止水带形成双道防水措施,见图4。

2.1 GINA 橡胶止水带压件系统设计

2.1.1 GINA 橡胶止水带的材质

GINA橡胶止水带为管节接头首道也是最重要的一道防线,其材质一般为丁苯橡胶与天然橡胶的混合物。另外可根据隧道所处的不同地质区域作相应的材质调整,如处于地震多发带的管节GINA橡胶止水带,则宜采用纯天然橡胶为材质,以提高GINA橡胶止水带的物理性能。

2.1.2 GINA 橡胶止水带材质的性能指标

GINA橡胶止水带应符合GB18173.2—2014《高分子防水材料第2部分:止水带》的标准要求。

2.1.3 GINA 橡胶止水带的构造形式选择

荷兰、德国、日本为沉管隧道施工法应用较多的国家,各国采用的GINA橡胶止水带断面构造形式均有差异 (图5)。图5中:构造形式一、二为荷兰TRELLEBORG公司生产的GINA橡胶止水带,三为德国凤凰公司生产制造的GINA橡胶止水带,四为日本横滨橡胶株式会社生产制造的GINA橡胶止水带。构造形式一、二两种止水带剖面构造形式较为接近,其顶部端头与主体材料的硬度可以有所不同,使顶部更易于受压缩,增加了止水带的压缩值,对于管节接头的初期止水功效提供了可靠的保证。不同之处在于构造形式二中部开孔,较构造形式一更易于压缩,可产生相对较大的压缩量。德国生产商制造的止水带构造形式三则与荷兰生产的止水带有较大差别,它呈唇型构造,防水原理主要是依靠其顶部受压变形,外界水压作用于止水带本体越大,顶部端头与端钢壳会越压越紧,从而产生良好的止水效果。日本生产商制造的止水带构造形式四有不同的特点,其底部设有凸缘,当止水带受压变形后,底部单位面积相对承受的压应力较大,对止水带与端钢壳接触面之间的密闭止水有较好效果。止水带两侧凸缘较薄,是其采用穿孔固定止水带方式的需要(后有介绍),同时为防止止水带在外力作用下受剪损伤,两侧凸缘衬入了尼龙纤维,以加强此处的抗拉强度。

综合考虑防水性能、造价、工程应用实例、供货期等因素,目前国内施工的沉管隧道管节接头皆采用荷兰TRELLEBORG公司生产的GINA橡胶止水带。

2.1.4 GINA 橡胶止水带的选型计算

根据实际工况条件,混凝土管节制作、沉放后,会产生一定的轴向位移量,这主要是混凝土管节施工完毕后,由于:1)温差引起的管节长度上的收缩;2)干燥引起的管节长度上的收缩;3) 管节端面平整度的差异;4)管节沉放基础的沉降变化;5)发生地震而可能引起的管节接头的张合;6)GINA橡胶止水带本身在受压状态下所产生的应力松弛量等。上述6个变值可得出GINA橡胶止水带受压后的总轴向位移量。而每种止水带根据其不同的型号,拥有自身的水密性压缩曲线与压缩变形曲线(图6),止水带压密止水时的压缩量与止水带受压之后的总轴向位移量之和应小于止水带压缩变形曲线对应得出的压缩量,两者之差反映出安全程度的高低。

针对上述6个变值,设计中应研究分析如何选取合适的数值进行计算:1)混凝土温度变化除了要考虑浇筑时的温差,还应考虑运营阶段管节内外的温差;2) 管节干燥产生的收缩量可由收缩位移公式计算得出;3)端面平整度误差由加工精度确定,设计上应加以限制;4)管节基础沉降变化;5)地震引起的管节接头张开量则根据施工地点的地质条件、基础处理方法及管节横断面的大小,抗震设防烈度,由设计人员确定具体数值;6)长期受压状态下的GINA橡胶止水带的应力松弛量可依照国外厂商提供的数据获知。

考虑到地震对GINA橡胶止水带性能可能带来的不利影响,供应商应提供地震工况对GINA橡胶止水带是否产生影响的动荷载试验报告。试验结束后,通过表面损伤检查和试验前后止水带的长、宽、高对比得出结论,确定地震工况是否对GINA橡胶止水带受压特性带来不利影响。

设计方最终的GINA橡胶止水带计算结果应与GINA橡胶止水带供应商提供的计算结果大致相同。

2.1.5 GINA 橡胶止水带压件系统设计

一般沉管接头的GINA橡胶止水带采用卡箍压件系统或穿孔压件系统固定。卡箍式系统即采用焊接于端钢壳上的压块和压板,卡住安装到位的GINA橡胶止水带两侧的凸缘,起到固定就位的作用。优点是GINA橡胶止水带本身不破坏,安装便利,但如若管节接头受到猛烈冲击(如地震),止水带就有从卡箍装置中脱落出来的可能性。穿孔式系统即在GINA橡胶止水带生产过程中,于其两侧凸缘间隔一定距离预留螺孔,安装时螺栓穿过压板、凸缘,最后固定于端钢壳上,其优点是止水带固定牢固,不会脱落。但安装时,螺孔对位精度要求较高,施工不便,且需在端钢壳上开孔,降低了端钢壳的整体防水性能。在多地震国家,采用穿孔固定方式更为保险(图7)。

由于管节之间存在不均匀沉降,GINA橡胶止水带往往产生偏移受压现象,此时止水带完全挤压在压件系统的一侧,根据对先前受损GINA橡胶止水带的检查,在产生偏移受压情况下,如压件系统存在较大突出的螺栓头等构件,会使止水带的本体受到较大破坏,严重影响其使用寿命。因此今后的GINA橡胶止水带压件设计,务必采用不会对止水带本体产生较大伤害的如图7所示的压件构造形式。

2.2 OMEGA 橡胶止水带及压件系统设计

管节接头防水除了GINA橡胶止水带作为首道防线外,OMEGA橡胶止水带也是相当重要的防水线。它与所选用的GINA橡胶止水带应相匹配,以充分适应管节间的变形。

2.2.1 OMEGA 橡胶止水带的材质

OMEGA橡胶止水带的材质为丁苯橡胶。

2.2.2 OMEGA 橡胶止水带材质的性能指标

OMEGA橡胶止水带应符合GB18173.2—2014《高分子防水材料第2部分:止水带》的标准要求。

2.2.3 OMEGA 橡胶止水带的压件系统设计

OMEGA橡胶止水带的压件系统主要采用端钢壳上焊接预埋套筒或组合式盖型螺母,然后在止水带的安装过程中,采用压板结合螺栓固定于预埋套筒或组合式盖型螺母内的方式压紧OMEGA橡胶止水带的边端,以起到防水功效。现场安装时,为使止水带适应较大的接缝张开量,可对其实施预压缩安装。

此压件系统的优点在于:1)设计充分利用杠杆原理,使止水带接触面压应力与螺栓的扭力呈加强关系,确保良好的压密止水效果;2)此系统螺栓不穿过止水带,无须担心止水带因开孔而造成渗水;3)能适应较大的三向变形,并可承受较高的水压;4)装置中的止水带可以在百年使用期内拆卸、修复、更换。图8所示为OMEGA橡胶止水带及压件系统构造。

2.2.4 OMEGA 橡胶止水带压件系统的特殊设计

由于各节管节之间、管节与岸边段之间存在相对沉降差异,导致上述相邻结构的端钢壳并不在同一平面上,特别是首尾管节自沉放到位至管节底部灌砂,到最后稳定阶段,会与岸边段之间产生较明显的沉降差异。这将给OMEGA橡胶止水带的安装和正常工作带来难题,经过研究,设计应提出OMEGA橡胶止水带安装时的找平装置(图9)。

2.2.5 OMEGA 橡胶止水带检漏

为保证OMEGA橡胶止水带在GINA橡胶止水带失效时的止水功效,在其安装结束后要对OMEGA橡胶止水带进行注水加压检漏测试。过高的检漏水压对OMEGA橡胶止水带的密封功效会有所伤害,检漏水压与该接头处的水深相比,应有一定的安全系数。目前,国内常以管节侧墙中心水头高度乘以系数1.5,或以底板迎水面所在水头高度乘以系数1.2的计算值作为检漏水压值,而国外一般取管节底板迎水面水头高度加5 m的水压值作为检漏水压值。上述各种水压值的取法都是较恰当的,而取管节底板迎水面水头高度加5 m的检漏水压值更加直观。

管节的端钢壳上预埋3根检漏管,两根检漏管埋设于管廊底板处,第3根埋设于顶板位置。底板一根检漏管在测试时作为注水管,另一根检漏管作为备用管,顶板检漏管为排气管。

3 管节本体接缝防水设计

3.1 刚性管节施工缝防水设计

管节横向垂直施工缝的防水措施以设置中埋式止水带为主,纵向水平施工缝的防水措施一般设置钢板止水带。为保证防水系统的整体统一性,中埋式止水带与钢板止水带应采用如下方式连接:利用中埋式止水带的钢边与钢板止水带搭接一定的宽度,搭接宽度之间设置一定厚度的丁基橡胶腻子薄片,使钢边与钢板止水带紧密相贴,并以铆钉固定,确保渗漏水不会侵入横、纵向施工缝所设防水材料的内侧(图10)。

3.2 柔性管节变形缝防水设计

节段接头为柔性构造时,钢筋在此处完全断开,通过设置混凝土剪切键和临时预应力拉索,来控制接头处的剪切位移和接头张开量。节段接头主要设置中埋式止水带、OMEGA橡胶止水带、遇水膨胀橡胶条(图11)。

1—2 厚喷涂聚脲防水涂料;2—10 厚聚苯乙烯泡沫板,单面胶水粘贴;3—20 厚聚苯乙烯泡沫板,单面胶水粘贴;4—遇水膨胀橡胶条;5—中埋式可注浆止水带;6—2 厚丁腈软木橡胶板;7—预埋式注浆管;8—注浆导管;9—OMEGA 止水带

3.2.1 中埋式止水带

根据结构设计人员分析计算,可将节段接头横断面分为受拉区与受压区。受拉区内的结构体较易产生裂缝,如在受拉区设置止水带,结构体受到横向荷载后可能产生的裂缝会垂直延伸至止水带的端边甚至越过止水带的端边向结构纵深发展,此时止水带即失去防水功效。因此宜尽量将止水带设置于受压区或受压区边缘(图12)。

1—水平向剪力键槽;2—临时预应力拉索孔;3—中埋式可注浆止水带;4—垂直向剪力键榫;5—受压区(阴影区域);6—水平向剪力键榫

中埋式止水带的材质为丁苯橡胶与钢片,止水带的宽度为500 mm,可最大限度地满足延长渗水途径的需要。另中埋式止水带也可与注浆管组合使用,但注浆管在混凝土浇筑之前易受到损伤,导致注浆钢管中的螺钉难以拔出,后期注浆无法进行。因此,如选择采用中埋式可注浆止水带,施工过程中需特别注意对注浆钢管进行保护。

3.2.2 OMEGA 橡胶止水带

节段接头OMEGA橡胶止水带的材质为丁苯橡胶,根据室内抗水压试验的测试结果,止水带在接头张开60 mm的情况下,可承受0.9 MPa的水压;其最大变形量为-40~+60 mm。因节段接头OMEGA橡胶止水带在高水压下可承受较大的接缝张开量,无需对其采用预压缩安装措施。另节段接头OMEGA橡胶止水带安装位置同样需预埋检漏管,进行注水加压测试。

3.3 最终水下接缝及管节与岸边段接缝防水设计

3.3.1管节水下最终接缝防水

在采用自密实防水混凝土的基础上,对后浇混凝土与预制管节混凝土的接缝防水应做重点设计。由于最终接缝的特殊结构形式,无法预埋中埋式或外贴式止水带,宜采用在预制混凝土结构的接缝面上预埋遇水膨胀橡胶止水条和预埋式注浆管的防水措施来达到防水功效。其中,遇水膨胀橡胶止水条既可作为接缝的初期止水材料,又可作为注浆时阻挡浆液流失的屏障。预埋式注浆管为全断面出浆的注浆管,采用此注浆管压注亲水性环氧浆液,可起到二次止水的良好效果,使管节水下最终接缝结构安全、耐久。

3.3.2 管节与岸边段接缝防水设计

管节与岸边段接缝如为刚性连接,宜设置预埋式注浆管、遇水膨胀止水胶于接缝处,接缝面应涂布水泥基渗透结晶防水涂料。如底板采用外包钢板或防水板,其端部宜采取防水加强措施;管节与岸边段接缝如为柔性连接,则宜设置中埋式止水带与内装可卸式止水带。

4 特殊钢构件防腐

4.1 端钢壳防腐

以往传统的端钢壳采用环氧云铁或环氧富锌底漆与厚膜型环氧沥青面漆结合涂刷的方式为主要防腐措施。但一般的环氧类涂层防腐年限为15 a左右,且现场涂装道数较多,无法保证施工质量。随着防腐技术的发展,采用电弧喷涂与喷涂型聚脲涂料相结合的方法施作于端钢壳为理想的防腐措施。

电弧喷涂防腐原理是利用电弧喷涂设备,对两根带电的金属丝(如锌、铝等)进行加热、熔融、雾化、喷涂形成防腐涂层,外加有机封闭涂层可形成长效防腐复合涂层。该涂层的特点为:1)具有较长久的耐腐蚀寿命,在30 a使用期内无须其他任何防腐维护措施;2)电弧喷涂涂层与金属基体具有优良的涂层结合力(可达10 MPa以上),金属喷涂涂层以机械镶嵌和微冶金与基体金属相结合,在弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固、防腐长久有效,这一点是其他任何表面防腐涂层无法达到的。电弧喷涂锌、铝涂层实际为阴极保护,在腐蚀环境下,即使防腐涂层局部破损,仍具有牺牲自己保护钢铁基体之效果。

而喷涂型聚脲涂料既可作为端钢壳的防腐涂层,又可作为管节本体外防水层,保证了聚脲涂层的连续性、完整性。另外,对于因烧焊导致涂层受损处,应以同类涂层修补。喷涂型聚脲涂料应在端钢壳烧焊工作结束后再开始施工。

4.2 GINA、OMEGA 橡胶止水带压件防腐

根据已运营沉管隧道的设计回访,GINA橡胶止水带和OMEGA橡胶止水带的压件腐蚀较为严重,故两者压件系统中的螺栓、螺母、垫圈以及OMEGA橡胶止水带外侧局部设置的保护罩均应采用高等级的不锈钢材质。压板、压条、压块、圆钢表面采用电弧喷涂防腐处理,电弧喷涂涂层厚度以300μm为宜。

4.3 OMEGA 橡胶止水带检漏用预埋水管防腐

在OMEGA橡胶止水带安装结束后,要进行注水加压检漏测试。因此,通过端钢壳在GINA橡胶止水带与OMEGA橡胶止水带之间的空腔内预埋水管。此预埋水管可在检漏测试后长期保留,用于运营阶段观测管节接头的渗漏情况,还可在堵漏时发挥作用。基于上述用途,预埋水管需考虑长期使用功效,其材质宜采用高等级不锈钢。

4.4 管节接头钢绞线防腐

为防止管节接头在地震发生时出现过大的轴向变形,管节之间采用接头钢绞线连接。

目前随着防腐技术的不断发展,科研人员研发出新型的钢绞线防腐涂层。此技术采用熔融结合环氧粉末涂料作为其防腐涂层,生产工艺流程为钢绞线预热后,静电喷涂环氧粉末涂料,待涂层固化后强制冷却。该涂层具有如下特点:1)涂层与钢绞线的结合力强,且在钢绞线受力和变形条件下涂层不会开裂、脱落;2)涂层抗化学渗透能力好,可避免钢绞线受到腐蚀断裂;涂层自身机械强度高。另外,钢绞线和管节接口处设置钢绞线保护环,其材质为氯丁橡胶。此保护环可保证钢绞线在接头安装过程中,不会因拉伸、拖拽与管节混凝土磨擦受损。

5 结语

对沉管法隧道来说,防水是非常重要的工程。沉管法隧道防水,应从管节外包防水层设计、管节接头防水设计、管节本体接缝防水设计以及特殊钢构件防腐设计全面考虑,以保证防水工程的质量。

沉管隧道 篇2

生物岛～大学城隧道土建工程是连接仑头～生物岛～大学城隧道交通土建工程的二期工程，起点为生物岛，与仑头～生物岛隧道连接，终点止于大学城26号路与中环路交叉处，中间穿越生物岛与大学城之间的官洲河。生物岛～大学城隧道全长1338.587米，其中：水中沉管隧道长214米。

水中段沉管隧道施工采用固定轴线干坞法，在干坞内完成管节预制（管节分为E196m、E2114m、E34m三节），分E1、E2+E3二次浮运出坞，按由南端岸上段向北端依次沉放，在水下采用水力压接法完成E2+E3与E1的对接（E2与E3在干坞内完成对接）。本工程的特点是：工程量大（土方开挖60万方，造价人才网水下基槽土石方17.5万方，结构混凝土方量共40590方、钢筋用量6412吨，边坡支护锚杆97080根，围护桩110根，连续墙47槽段.）、工程范畴大、技术面广、涉及工法多、工序转换频繁（分为水中段、接口段和岸上段）、管节预制精度要求高（几何尺寸误差会影响管节浮运沉放、隧道安装位置、对接质量及接头水密性）、混凝土抗渗、抗裂、配比要求高（大面积混凝土温度裂缝控制难度大，干舷高度有严格要求，混凝土配比控制很关键）、工程防水施工要求高（各项技术细节的处理极为重要，管节结构防水为一级防水、工程监理岸上段为二级防水，一级防水设计要求不能出现渗漏——滴水不漏）、钢构件预埋件多且安装精度非常高、管节的浮运、沉放、对接、基底处理及最终接头施工工艺复杂，姿态测量定位难度大、管底处理填充难度大（为确保填充均匀、密实、管节运营期间不发生不均匀沉降，施工过程有大量的水下、水上作业，施工难度大）。根据生物岛～大学城隧道土建工程施工情况，监理部总结沉管隧道施工监理的重点与难点主要包括以下几个方面：

一、沉管隧道工程施工监理的重点

1、干坞支围护结构的安全稳定与基坑变形的监控。干坞深度平均为14米，坞口最深达22.826米且支围护结构形式多、止水抗渗要求高，干坞距官洲河仅15米，干坞深度范围均为遇水易崩解、裂隙发育较好且地下水丰富的<6>、<7>全风化岩和强风化岩地层。因此，干坞支围护结构的施工质量控制或支围护结构的安全稳定性与干坞基坑变形的监控是监理工作的重点。

2、管节砼的配制。根据施工图设计规定：沉管管节采用C35、S10砼，砼容重为2.39t/m3，容重允许偏差为-0.01～+0.01t/m3；管节砼容重是控制管节起浮时干舷值的的基本要素，砼质量的不均匀性会造成管节在完成一次舾装后、二次舾装前的起浮干舷值的严重偏差，施工图设计要求管节在完成一次舾装后的干舷值应控制在50～100mm，如果管节在完成一次舾装后的四个角点的干舷值偏差超出【50、100】mm范围时，必须经设计单位计算二次舾装件、调整防锚层的厚度及压载水箱的加载标高来控制管节完成二次舾装后的起浮干舷值，在管节起浮时的四个角点的干舷值满足50～100mm的条件下，保证管节平稳起浮、安全浮运。管节砼既要考虑容重的控制，又要兼顾管节的防水抗渗要求，对砼的配制工作就显得尤为重要，要经过反复多次的试配、比对才能确定砼的配比。

3、管节E2+E3、E1的浮运沉放与水下对接。根据施工图设计，管节E2与E3在坞内完成初步拉合对接并一次浮运出坞，在水下与E1管节完成对接。①在干坞内采用上、下二组共8台千斤顶，每台千斤顶的有效张拉力不小于2000KN，有效行程不小于500mm，进行E2与E3拉合对接施工，当GINA止水带压缩量达5.5cm时再采用PC拉索连接锁定E2与E3，完成E2与E3的初步拉合对接；②沉放。管节沉放采用对接端设鼻托、自由端设两个600T的千斤顶支撑，在沉放过程中应控制管节的姿态，即往管节内的压载水箱均匀加载，保证相邻水箱内最大水位差：E1≤28cm、E2+E3≤10cm使管节均衡下沉，当沉放的管节与对接端距离接近1米时，应放慢移位和沉放速度，要绝对避免沉管端头与对接端发生碰撞，当测量数据反映管节鼻托梁的上下导向装置开始接触后，通过千斤顶将管节缓缓地搁置在临时支撑垫块上并使用千斤顶配合吊缆调整沉管管节的设计纵坡、横坡；③水下对接是采用抽排水压密的方法完成沉管管节在水下的对接工作。在水下对接前，由潜水员进行管节端头的钢端壳、止水带等对接面预埋件的安装情况检查，检查完成确保无遗漏后，打开管节端封门上的进气阀与排水阀，抽排出接头间的水，利用管节之间不平衡水压力完成管节接头对接，当GINA止水带的压缩量达到9cm时，再采用PC拉索锁定连接，完成对接工作。可见，管节的浮运需大型工程驳船加上牵引导向装置完成，沉放与对接工作要在水下作业完成，施工精度要求高、安全作业风险大。因此，管节沉放与水下对接是沉管隧道工程施工的重点控制对象，是决定工程建设成功与否的关键环节。

4、沉管灌砂基础。沉管隧道的基础采用灌砂法施工，灌砂基础的材料为砂与水泥熟料的混合物。砂的粒径或级配、灌砂压力及灌入砂相应的扩散半径、灌砂的密实度、灌砂的方向顺序等都是决定沉管灌砂基础质量的关键因素，由此亦可知灌砂基础的质量优劣决定沉管隧道工程的正常使用功能与寿命周期，对于砂的级配、灌砂压力及相应扩散半径、灌砂密实度等施工技术参数必须采用1：1模型，模拟水下工况进行试验确定，做为指导施工的依据。在灌砂施工时应从对接端向自由端的方向按排数顺序，先中间、后两侧依次灌注，在自由端尾部留一排孔暂不灌砂，待下一管节沉放后再灌注，灌砂过程应派潜水员检查管节底部两侧砂盘扩散情况并监测管内千斤顶的顶力变化，发生异常应停止灌砂。灌砂基础施工完成后，拆除管内千斤顶，使管节完全坐落在砂基础上。

二、沉管隧道工程施工监理的难点

1、不良地质条件下的锚索施工质量控制。本工程干坞的支围护结构形式主要包括：桩锚支护、墙锚支护、挂网锚喷、钢支撑与钢筋砼支撑。干坞土体开挖根据支围护结构的形式划分，干坞坞口段为垂直开挖段、坞体为放坡开挖段，垂直开挖段按照“先支护、后开挖”的原则，放坡开挖段按照“边开挖、边支护”的原则组织施工，在开挖过程对支围护结构的应力、应变情况实施监测。在诸多支护结构形式中，锚索施工质量受不良地质条件的影响最大，本工程干坞土体开挖深度范围处于<6>、<7>地层，属于遇水易崩解的全风化、强风化地层，且裂隙发育较好、地下水丰富，对于锚索施工质量控制极为不利，只能从改善施工方法、工艺方面去解决锚索施工的质量问题。

2、管节砼浇注的温度控制与砼抗裂缝措施。根据施工图设计，管节砼主要技术指标包括：强度指标、防渗抗裂指标，要求管节砼强度达到C35条件下，满足砼具有S10的抗渗能力并且不允许出现大于0.1mm宽、25mm深的裂缝。沉管管节做为水下工程主体结构要承受水深22米的水压，就工程正常使用功能而言，其防渗抗裂技术指标就显得尤为重要。据分析，管节砼裂缝主要来源于砼内外温度差、砼干缩二大方面。因此，在裂缝的控制措施方面必须从砼配制、砼内部降温、保湿养生与保温等方面综合考虑。

3、管节对接预埋件安装精度的控制。管节端头涉及对接、拉合的预埋件包括：钢端壳、PC拉索、鼻托梁、钢剪切键与钢筋砼剪切键等，管节端头预埋件的安装精度是保证管节顺利、准确对接、拉合的条件。施工图设计规定，钢端壳的面板、翼板做为安装GINA止水带、OMEGA止水带的构件，在管节对接拉合后要满足接头的止水防渗要求，要求其表面平整度≤3mm；PC拉索做为管节与管节之间的连接构件，要保证管节两端PC拉索能顺利对接，要求其平面位置偏差≤5mm；剪切键做为管节与管节对接的主要受力构件，要满足管节对接后的高程偏差≤5mm。据分析，影响管节端头各预埋件安装精度的主要因素如下：①钢构件的加工制作偏差与焊接变形；②预埋钢构件在砼浇注时，受砼侧向压力、砼振捣力影响产生变形、偏位；③砼收缩变形对预埋钢构件平面位置的影响；④现浇钢筋砼构件在砼浇注时支架、模板的变形及砼自身的收缩变形。要确保管节端头对接拉合构件的安装或施工精度，要充分考虑上述影响因素，在构件预埋或安装完成后、砼浇注过程、砼浇注完成等阶段进行多层次监测控制，出现偏差及时调整。可见，管节端头对接拉合预埋件的设计安装精度要求高、施工影响因素多、质量保证难度大，是沉管隧道施工质量控制的关键工程部位。

4、坞门拆除。根据干坞坞门支围护结构的形式、管节浮运沉放的施工工艺顺序及坞门所处于的工程地理位置，坞门临江，在施工图设计时既考虑干坞土体开挖的支护与止水，又考虑到方便拆除，所以其支围护结构形式有钢管桩、锚索、素砼地下连续墙支护与高压旋喷桩止水，当干坞内管节预制完成进入浮运沉放施工阶段时，必须将坞门拆除而引入江水，达到坞内管节起浮拖运出坞要求。因此，坞门拆除涉及的工作内容包括：解锚、爆破拆除素砼地下连续墙与水下割除钢管桩等。坞门拆除过程要充分考虑二方面的影响因素：①炸破施工与水下作业的施工安全问题；②素砼地下连续墙爆破时产生的振动波对已完岸上段主体结构（距坞门6米）及周边建筑物的影响。在方案可行、措施到位、安全可靠的条件下开展坞门的拆除工作。

5、二次围堰。本工程二次围堰采用梯形混凝土重力坝的结构形式，通过水下浇筑不分散混凝土施工。二次围堰的稳定牢固及有效止水是关键，因本工程二次围堰分层浇筑水下混凝土，水下作业要充分考虑水流速、水位、涨退潮等对模板安装、混凝土浇筑的影响，尤其是浇筑至形成截水层时，涨退潮时水流作用力对模板会造成冲击变形甚至冲垮及混凝土被冲刷流失造成质量问题，从而造成分层施工缝不紧密而渗漏水。

谈公路水底隧道沉管施工方法 篇3

关键词：公路,水底,隧道,沉管,施工方法

随着城市人口的不断增多, 特别是沿海城市的快速发展及西部大开发, 其工业、交通及市政建设的加快发展, 在城市主要道路干线上往往需要克服江河、海峡, 以城市内道路干线之间或道路与铁路之间互相交叉等而引起的障碍, 常须修筑城市道路隧道和水底隧道。近年来, 由于沉管法施工技术在国际上已经达到相当高的水平用沉管法修建成功的水下隧道数量越来越多, 成为公路穿越有航运要求的江河及港湾的重要手段之一。在穿越河口及通航河道, 河流不太宽, 土质较差的地段, 以及为多车道大断面的道路隧道, 为使隧道延长较短, 施工速度较快, 则常采用沉管法施工。

1 水底隧道及其主要施工方法

在通海轮的江河或港湾地区, 道路穿越水路时, 虽然可以建高架桥梁, 桥下净空高度, 一般要求比桅高加高2m以上, 常达40~50m以上或开启式桥梁。但造价及用地均较多, 且当航运繁忙时, 常常导致交通不畅。此时, 水底隧道则成为较经济、合理、可行的渡越方式。

水底隧道有五种主要的施工方法:盾构法、矿山法、围堤明挖法、气压沉箱法和沉管法。盾构法施工, 一般适用于软土地层;矿山法适用于岩石地层;气压沉箱法仅适用于水面较窄、深度较小的河道水底隧道;围堤明挖法是一种较经济的施工方法, 但围堤明挖施工对水路交通干扰很大, 常常难以实施;沉管法施工是修建水底隧道的最主要的施工方法。

2 沉管隧道施工方法

采用沉管法施工的水底隧道, 亦称沉埋法或称沉放法。沉管法施工时, 先在隧址附近修建的临时干坞内预制管段, 预制的管段采用临时隔墙封闭, 然后将此管段浮运到隧址的规定位置, 此时已于隧址处预先挖好的一个水底基槽。待管段定位后, 向管段内灌水、压载, 使其下沉到设计位置, 将此管段与相邻管段在水下连接, 并经基础处理, 最后回填覆土, 即成为水底隧道。

1810年, 在伦敦采用沉管法修筑水底隧道施工试验, 但因为管段防水问题没能解决, 使这试验未能成功。1894年美国采用沉管法在波士顿建成一个城市地下水道工程。并于1904年采用此法建成了底特律河水底铁路隧道才宣告沉管施工法的成功诞生。又于1928年建成沉管道路隧道。自1959年加拿大迪斯隧道成功的使用水力压接法进行预制管段水底连接后, 沉管法施工修筑水底隧道变得更为优越, 并很快为世界各国普遍采用, 目前已发展到可能取代盾构法成为水底公路隧道最主要的施工方法的程度。

我国第一条以沉管法施工的水底隧道, 是于1984年在广州珠江和宁波甬江水底隧道工程进行论证, 并对沉管法施工的各项关键性技术进行了大量的基础理论研究, 对关键性工序的施工工艺作了充分的论证。于1993年广州珠江沙面建成我国第一条沉管隧道, 之后, 于1995年又在宁波甬江建成我国第二条沉管隧道。这二条江底沉管隧道的建成为我国继续在长江、黄河、海峡等修筑沉管隧道积累了许多宝贵经验。另外, 我国台湾省亦于1984年在高雄市首次建成一条海底沉管隧道。我国香港特别行政区穿越维多利亚海湾连接九龙半岛与香港岛的公路交通中, 没有修建一座桥梁, 均为沉管隧道。目前, 已建成5座沉管公路隧道, 这样既解决了繁忙的交通问题又使得隧道施工时和施工后均不影响海湾船舶通航, 同时保持了海湾的自然景观和做好了环保工作等。

3 沉管法修筑公路隧道特点

3.1 优点

3.1.1 施工质量有保证

预制管段是在临时干坞里浇筑的, 施工场地较集中, 便于进行全天候、全方位的工程质量管理, 管段结构和防水措施的质量亦可以得到保证。由于需要在隧址现场施工的隧道管段接缝非常少, 漏水的可能相应地大大减少。

3.1.2 对地质水文条件适应性强

能在流砂层中施工而不需特殊设备或措施。因为沉管法在隧址的基槽开挖较浅, 基槽开挖和基础处理的施工技术较简单, 又因沉管受到水浮力, 作用于地基的恒载较小, 因而对各种地质条件适应性较强。由于管段采用先预制再浮运沉放的方法施工, 避免了难度很大的水下作业, 故可在深水中施工, 而且对于潮差和流速大小的适应性也较强。沉管隧道也可以浅埋, 与埋深较大的盾构隧道相比, 沉管隧道路面标高可抬高, 使之与岸上道路较容易衔接, 引道可较短, 从而使路隧连接的引道的线型较好。

3.1.3 沉管隧道工程造价较低

沉管隧道挖水底基槽比地下挖土单价低, 且土方数量较少;每管段长达100m左右, 整体制作、浇筑、养护后从水面上整体拖运, 所需的制作和运输费用, 比盾构隧道管片分块制作及用汽车运输所需的费用要低得多;管段接缝数量少, 费用相应减少, 沉管隧道可浅埋, 比相对深埋的盾构隧道要短很多, 所以工程总造价可大幅度降低。

3.1.4 沉管隧道施工工期短

沉管每节预制管段很长, 一条沉管隧道只需要用几节预制管段就可完成, 而且管段预制和水底基槽开挖可同时进行, 浇筑预制管段等大量施工工作, 不在隧位现场上进行, 而是构筑的临时干坞上浇制预制管段, 管段浮运沉放就位也很快, 这就使沉管隧道施工的工期比采用其它施工方法的工期要短得多;特别是隧位现场施工期较短, 使隧址受施工干扰的时间较短, 这对于在市区内修建水底隧道时, 尤其是在水上运输繁忙的航道上建设水底隧道, 因隧址现场施工作业而受干扰和影响的时间, 以沉管法施工工期为最短。

3.1.5 施工作业条件比较好

基本上没有地下作业;完全不用气压作业;水下作业也极少;施工较安全;管段预制和浮运及沉放等主要工序大部分在水上进行, 水下作业极少, 只有少数潜水员在水下作业, 工人们都在水上操作, 因此说沉管隧道施工作业条件比较好、较安全。

3.1.6 沉管隧道可建成大断面多车道

因为采用先预制后浮运沉放就位连接的施工程序, 可以将燧道横向尺寸做得较大, 一个横断面内可同时容纳4~8个车道, 断面空间利用率高;而盾构隧道施工时, 盾构采用纵向顶推前进受到盾构尺寸的限制, 不可能将隧道横断面建得很大, 一般适宜为双车道的隧道。

3.2 缺点

3.2.1 制作管时, 混凝土工艺中要求采用一系列严格的技术措施, 以保证干舷和抗浮安全系数;

普通的混凝土管段难以防水, 因此须采用有效的防水措施;

3.2.2 当隧道管跨度较大时, 则浮运到位沉放作业的水、土压力较大, 达到0.

3~0.4MPa时, 沉管结构的底、顶板受到的剪力相当大, 这时如不采用预应力, 就必须放大支托。但放大后的支托又不容许侵入多车道净空建筑限界, 因此只能相应增加沉管结构的高度。

参考文献

[1]公路隧道勘测规程[M].北京:人民交通出版社, 1985.[1]公路隧道勘测规程[M].北京:人民交通出版社, 1985.

沉管隧道 篇4

随着水下隧道的发展,沉管隧道已越来越多的被应用在穿越江河的水下工程领域。已有的研究成果[1,2,3,4,5]对复合地基中垫层作用及机理的研究较多,但是对于垫层在沉管隧道中发挥的作用机理分析很少。张良、罗强等通过离心模型试验对软土地基路堤的加筋垫层效应进行了研究[6,7];陈胜立、 张建民等以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究[8];郑刚、刘双菊等对刚性桩复合地基褥垫层的工作机理进行了分析[9]。离心模型试验以其能满足主要的关键条件相似而被称为与原型相等的“全真型”模型试验,它能再现土的应力及应变状态,故在岩土工程领域得到了广泛应用。

本文以港珠澳沉管隧道天然地基某断面为研究对象,采用离心模型试验模拟了不同垫层厚度工况下开挖、铺设垫层、沉管沉放、回填回淤的施工过程,对沉管隧道中垫层、沉管及地基相互作用的机理进行了研究,探讨垫层在沉管隧道中的作用及重要性,为沉管隧道的设计施工提供一定的理论依据。

1 离心模型试验

1.1 试验方案

取典型横断面,土层分布由上到下分别为淤泥、粉质粘土、粘土夹砂、粘土、中砂及粗粒砂,进行了垫层厚度分别为0m、1m、1.5m及2m工况下的四组离心模型试验,试验中垫层材料为缩小比例后的碎石垫层,其中各工况仅垫层厚度不同,其他条件完全相同,模拟固结、开挖(至3m厚粘土层)、沉管模型沉放及回填回淤整个施工过程,分析不同垫层厚度下沉管隧道结构的应变特征、基底应力分布特征及地基沉降特征,以此揭示沉管隧道中垫层、沉管及地基相互作用的机理,并进一步探讨垫层在沉管隧道中的作用。

试验所采用模型箱的净空尺寸为70cm×40cm×50cm。试验中选择模型相似率为n=100,离心加速度为100g。

离心试验过程如下:

(1)将基底土分别加水至饱和,充分搅拌排除土中气体,配制成重塑土样。选用有机玻璃为沉管材料,沉管模型长宽分别缩小为原型的1/100,根据相似定理,保证模型底板、边墙及中隔墙刚度EI=E*bh3/12与原型相等,反算确定它们的厚度,以保证作用于基底的应力相等为原则,计算模型高度,加工沉管模型,各参数详见表1所示;

(2)为加速土体固结及减小模型箱的边壁摩擦效应,在模型箱四壁涂抹硅油。按照断面实际地基土层分布,将各土层深度均缩小为实际深度的1/100并分层置于模型箱中,每填置一层土后,开机使其在离心加速度100g作用下进行一次预固结。用涂抹凡士林的环刀从模型箱中按原状土取样标准取出4个试样,对其进行直接剪切试验,通过与现场试验结果对比,直至达到初始固结状态;

(3)模型箱尺寸限制,上覆土不能完全置于模型箱,按照试验相似理论,将上覆土体折算为高密度重量块代替,以满足基底应力不变的条件。将制好的模型箱放入离心机吊蓝中,连接土压及孔压传感器,并安置激光位移传感器;

(4)模拟施工过程:取出重量块,模拟开挖,使地基土在上部卸荷情况下应力释放并回弹;之后铺设碎石垫层,沉管隧道模型沉放,回填回淤土折合成的重量块放置。根据实际工况进度分级加载,至t=15min时(现场环境下约104d),离心加速度达到100g,此时相当于回填后原型的实际状态。此后,离心机在加速度100g下持续运转156min,相当于模拟现场回填回淤完成后3年内的运行状况;

(5)读取试验过程各量测系统数据并进行处理。

1.2 试验量测

为监测试验过程中地基土及基槽底部应力分布、孔隙水压力发展过程及回填后基底再压缩位移情况,在地基土中布置了土压力盒及孔隙水压力盒,模型箱顶部安装激光移传感器,如图 1所示(S1-S9为土压力盒传感器;P1、P2为孔隙水压力盒传感器;W1、W2为激光位移传感器)。沉管底面及两侧分别布设高灵敏度应变片(见图2),以有效测量试验过程中沉管应变,以上测试均由DDS 数据采集系统自动完成。

2 试验结果分析

根据相似定律,将模型试验数据结果换算为原型对应数值进行分析,其中应变为负表示方向向下,应力为负表示受拉。

2.1 应力结果分析

2.1.1 基底应力分析

各种工况下断面基槽底部应力分布曲线如图3所示,根据试验前的理论分析及测试结果看,沉管两侧测得结果应是相互对称的,且离心机的传感器接头有限。在试验时,沉管最左端没有设置压力盒,故图中曲线呈现不对称现象。由图可见,不同垫层厚度下曲线均呈马鞍形分布,沉管左右两侧端点处基底应力值最大,中隔墙对应的基底应力值次之,沉管隧道车行道部位基底应力最小。对比不同垫层厚度工况下的曲线可知:垫层厚度为0m时,基底应力分布曲线很不均匀,其沉管在中隔墙及侧墙处对应的基底应力值最大,行车道部分对应基底应力相应较小;垫层厚度为2m时对应基底应力分布曲线最平缓。由此可得:垫层厚度对地基工作性状有很大影响,垫层厚度越小,基底应力曲线变化梯度越大,应力集中现象越显著;沉管两侧墙及中隔墙处对应基底应力值随垫层厚度的减小而增大。垫层在地基中起着“找平”的作用,在荷载作用下垫层通过侧向挤密变形保证基底不产生较大的应力集中,垫层的设置使得基底竖向反力均匀程度提高,对基底应力有一定的均化效果。

2.1.2 地基竖向应力分析

图4为回填后各工况下,沿地基竖向中轴线方向应力分布曲线。由图可知:应力值沿地基中轴线随深度增加而增大,由于各土层密度不同,应力曲线在各土层斜率不同,应力曲线在不同土层分界处出现转折;垫层越薄,相同深度处应力值越大,且随深度增加,应力值相差逐渐变小,这是由于垫层越薄,沉管中隔墙部分应力集中越明显,其作用于基底的应力值就越大,但随深度增加其影响减弱。

2.2 应变结果分析

图5为不同垫层厚度工况下沉管底板应变分布曲线,从图中可看出:施工完成后,离心机转速稳定,沉管模型的应变曲线均呈马鞍形分布。沉管两侧边墙及中隔墙底板部位属下侧受拉状态,而沉管行车段部位但属上侧受拉状态。对比不同工况下沉管应变试验曲线可知,无垫层时对应的沉管应变曲线变化幅度最大,两侧边墙及中隔墙测点下侧受拉产生的应变量比有垫层情况下的应变量大;而沉管行车段部分上侧受拉产生的应变量也比无垫层情况下应变量大;相比之下,垫层为2m工况下对应的沉管底板应变曲线最平缓,其对应的应变值都较小。可见,垫层厚度越小,沉管底板各点产生的应变值越大,应变分布曲线的分布幅度越大。

沉管沉放于垫层上,回填荷载作用于沉管结构,沉管边墙及中隔墙承受较大的应力,沉管结构产生相应的应变,垫层通过自身的变形及移动,对沉管及垫层自身的变形起到一定的协调作用,故垫层的适当设置有利于减小沉管变形。

因此,垫层在沉管隧道中起着重要的调节作用,在地基设计及施工中应重视垫层厚度问题及施工质量,这对减小变形和提高稳定性都大有裨益。

2.3 沉降结果分析

由于该断面中间段分布有厚度3m的软黏土层,它们为回弹现象发生的主要因素[7],当前期施加于该部分黏土的压力开挖去除后,土颗粒原来的弹性挠曲发生卸荷回弹,并结合电磁力作用,原来应力状态下被挤出的结合水又被吸入,粘附于土颗粒表面,表现出膨胀回弹。故回填完成后,在回填荷载作用下,地基首先产生一定量的再压缩现象,由激光位移传感器量测各工况施工完成后的地基再压缩位移量及施工完成3年后的工后沉降量如表2所示。由表2可以看到,各工况在回填完成后的再压缩量相差不大,垫层厚度为2m时对应的再压缩量最小;垫层厚度为0m时,其3年后工后沉降量最大,这是由于垫层厚度减小,加之基底分布一定厚度的软粘土,故其再压缩量偏大;垫层为2m工况下对应的再压缩量最小,但其工后沉降量并非最小,3年后最小沉降量对应的垫层厚度为1.5m。

由激光位移传感器量测各工况下在施工回填完成后的3年内地基沉降随时间变化曲线如图6所示。对照表2及图6可知:施工完成后,基底沉降量变化较小,再压缩主要在加载过程中完成,达到稳定转速后沉降量随时间增长变化速率逐渐减小,曲线后期基本平缓,垫层厚度与工后沉降无明显的线性关系,但是合理的垫层厚度能达到减小工后沉降量的目的。从文中图3可以看出,应力分布为马鞍型,在马鞍两个突出部分(即对应沉管隧道行车道部分),应力大致是随垫层厚度的增大而增大的,测工后沉降的激光位移传感器也安放在沉管行车道对应部分的上方(见图2),由图6可见,对于行车道部分,垫层厚度越大,工后沉降越小,与图3垫层厚度越大,应力越大相符合。总之,垫层厚度的增大减小了回填再压缩量;考虑沉管与垫层相对刚度等因素,确定合理的垫层厚度,能够充分发挥垫层的作用,对控制施工沉降起到一定的作用。

试验结束后,各工况下取出沉管模型后垫层变化情况有一定差别,垫层为1m的工况下,试验结束后已有部分粘土泥浆渗入垫层材料中,且垫层底部分布很不均匀;垫层为2m工况下试验结束后,垫层的完整性较好,这正是垫层对沉管及基底应力及位移调节的结果,也是不同垫层厚度工况下应力分布及位移量不同的原因。

3 结论

(1)垫层在沉管隧道地基中起着“褥垫”及“均化”的作用,其厚度对地基工作性状有很大影响,垫层厚度越小,基底应力曲线变化梯度越大,应力集中现象越显著;沉管两侧墙及中隔墙处对应基底应力值随垫层厚度的减小而增大。

(2)在回填回淤荷载作用下,垫层通过侧向挤密变形,使沉管与垫层,垫层与地基的变形得以协调,减小了沉管的应变,均化了基底应力分布,使得基底竖向反力均匀程度提高。

(3)施工完成后,沉管模型的应变曲线均呈马鞍形分布,垫层的设置能减小沉管底板各点的应变值,减小其应变分布曲线的分布幅度。

(4)垫层的设置不仅减小了不均匀沉降,对工后沉降量也有一定程度的减小。但是厚度过大对沉降量控制效果不佳。合理的垫层厚度,既能减小沉管结构产生过大的应力集中,又能对地基沉降起到一定的控制作用,为沉管隧道的设计及施工提供依据。

参考文献

[1]李进军,黄茂松,史三元等.复合地基桩土应力比与褥垫层厚度关系的试验研究[J].工程勘察,2003,(4):11～14.

[2]李宁,韩烜.复合地基中褥垫作用机理研究[J].岩土力学,2000,21(1):10～15.

[3]沈才华,任明,许永明.复合地基中砂垫层作用机理研究[J].河海大学学报(自然科学版),2003,(5):569～572.

[4]金宗川,顾源兴,汪稔,陈善雄.垫层作用下石灰桩复合地基工作性状[J].岩土工程学报,1998,(2):37～40.

[5]栗冰.CFG桩复合地基褥垫层作用机理及按变形控制设计方法的研究[D].同济大学,2007.

[6]张良,罗强,裴富营,陈亚美.基于离心模型试验的软土地基路堤加筋垫层效应研究[J].铁道学报,2009,(4):108～114.

[7]张良,罗强,陈虎,张敏静,裴富营.基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析[J].岩土力学,2010,31(9):2772～2779.

[8]陈胜立,张建民,张丙印,殷昆亭.软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究[J].岩土力学,2006,27(5):803～806.

沉管隧道 篇5

关键词：进度计划,可视化管理,沉管隧道工程

一、工程概况

某隧道工程线路呈南北走向, 线路总长1118.198米, 其中暗埋隧道的长度总达790米, 隧道桩号K1+445-K1+730主要运用的施工工艺为沉管法, 沉管施工线路长度为295米。该隧道工程总共有5节段, 依次为E1、E2、E3、E4、E5, 包括基槽开挖 (分粗挖与精挖, 实施航道抽淤) 、基础处理以及管节预制与沉放 (沉放坑内水的深度与平面尺寸分别为:≥-15米, 150×50米) 、管槽回填等施工项目, 18个月为该工程的合同工期。

二、沉管隧道工程项目进度计划编制

在该隧道沉管工程的进度管理中, 充分结合工程实际进行工程项目进度计划的编制, 主要包括工程项目结构分解、确定各项工作的所需材料设备、时间、劳动力等。其中, 在工程项目的结构分解中, 在综合考虑工程项目的进度控制精度等因素的基础上, 从施工工序的角度出发, 将工程项目结构分解为水下挖泥 (分开挖管槽表层土与深水开挖两阶段) 、围堰拆除与基槽清理、管段预制与运输、管段沉放安装与回填以及管内施工与二次围堰5个部分。工程进度管理实施“项目部→施工队→班组”式的层级管理与控制, 并根据管段施工具体情况进行支付进度款, 如支付基础开挖进度款必须在E1管段的所有基础开挖施工全部结束之后再支付。就作业方式而言, 该工程主要分为平行作业、依次作业和流水作业三种方式, 其中基础处理与基槽开挖采用平行作业方式, E1、E2管段实施同时预制, 完成这两管段预制之后采用依次作业方式对后续管段进行预制作业。另外, 在确定工作持续时间时, 要以工程施工实际工作量与定额为依据进行合理估计确定。例如, 该工程各管段的工作持续时间分别为:E1管段160工作日, E2、E3、E4、E5分别为185、235、210、190工作日。根据以上分析, 在该沉管隧道工程项目进度计划编制中, 运用“Project”对项目摘要信息、开始时间、分解结构编号、工作时间、工作结构分解图、工期、工序排序、进度安排计划、进度计划修改、进度计划网络图等各项进行设置, 通过这一系列操作, 自动生成该沉管隧道工程施工进度计划横道图[1]以及网络计划图。例如, 在进度安排计划的设置中, 可采用关键路径法[2], 进行工程进度横道图格式设置, 并通过“Project”自动生成项目的进度计划, 设置方法如下:菜单格式→横道图向导→关键路径显示→日期显示→格式设置→推出向导。最后, 在项目进度计划编制完成之后, 对工程项目实施跟踪管理, 随着工作日期的不断推进, 其工作的完成量也会不同。因此, 在工程项目进度计划模型编制中, 还应对进度计划进行更新与调整。如以百分比表示进度, 通过跟踪管理中工作进展实际情况, 并由“project”实现进度计划的自动更新, 并生成更新后的进度计划图, 如图1所示。

三、沉管隧道工程项目3D模型构建

以上文对该沉管隧道工程项目分解结构为主要依据, 同样对该工程3D模型实施5段模型分解, 每一管段的3D模型再依据该管段施工的具体工序分解为若干个子模型, 如基础处理、基槽开挖、管段安装与回填子模型等。在构建3D模型时, 采用Auto CAD中较为典型的实体模型[3]进行操作。在构建模型过程中, 运用工程断面尺寸数据或者是空间几何坐标输入的方式输入图形数据。输入断面尺寸方式可确定工程的结构点、线、面等的相对位置, 以充分反应工程内部结构实体形态;而运用空间几何坐标输入法, 主要确定工程实体的平面位置。在构建工程项目3D实体模型过程中, 主要运用Visual Basic语言进行3D模型控制[4], 显示工程进度状况。如结合工程施工设计中所给的断面尺寸数据, 首先生成工程项目地形实体模型之后再进行开挖断面模型、实体模型等的绘制, 最后根据工程项目实体剪切, 最终生成该沉管隧道工程开挖状态模型, 对该实体模型实施着色处理, 形成3D模型效果图。

3D模型生成之后, 通过Auto CAD输出DWG文件。在实际的跟踪管理中, 根据工程的实际进度状况, 将工程的进度数据转化为该隧道工程实体尺寸数据, 并将其导入到实体模型程序之中, 便可对该沉管隧道工程的实际进度进行形象地反映[5]。例如, 2012年10月25日该工程施工现场, E2管段成属于基础处理施工阶段, 而在E3管段正在进行基槽开挖与管段预制工作。通过数据统计与转化, 该沉管隧道工程实际进度数据有:准备工作E1基础处理、基槽开挖、管段预制与沉放安装、回填等完成情况皆为100%, E2管段基础处理进度情况为80%、E3管段基槽开挖完成50%等, 通过每项数据输入, 并导入实体模型程序之中, 便可对该工程实际进展实施可视化管理, 其3D进度模型可见图2。

综上可见, 通过运用project对工程项目进度计划进行编制以及采用Visual Basic语言进行3D模型输出控制, 对沉管隧道工程项目进度实施可视化管理, 可对工程的实际进展情况进行清晰地反映, 同时根据施工时间的变化, 可对工程的进度情况实施3D形态模拟, 从而实现对工程全过程的跟踪管理, 有助于及时反映与改进施工中的问题, 提升工程的施工质量, 保障工期。

参考文献

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[3]方昱, 刘开云.隧道监控量测数据分析与管理系统的设计与开发[J].隧道建设, 2010, (3) .

[4]贺俊斌.隧道三维自动建模与可视化的研究[D].西安科技大学, 2012.

沉管隧道 篇6

20世纪90年代中期,为了改变香港与珠江西岸交通联系薄弱的状况,珠海政府与香港政府曾讨论修建珠海连接香港的伶仃洋跨海大桥。1997年12月,国家计委批准了伶仃洋跨海大桥项目建议书。到了21世纪,香港、澳门与内地有关方面提出了修建连接香港、珠海与澳门跨海大桥的建议,这一建议得到中央政府与香港、澳门特别行政区政府及有关部门的高度重视和认可。目前,该项目已进入工程实质性建设阶段。

港珠澳大桥是由隧、岛、桥组成的跨海交通集群工程,粤、港、澳三地共同建设的主体工程长约29.6km,其中穿越伶仃西、铜鼓的航道段约5.99 km采用隧道方案,约22.9 km采用桥梁方案,桥隧转换采用海中筑岛方式,在隧道两端各设置一个海中人工岛(即东、西人工岛)[1]。海中桥隧主体工程按双向六车道高速公路标准建设,设计时速为100 km/h,桥梁总宽33.1 m,隧道净宽为2×14.25 m、净高为5.1 m,设计使用寿命为120年,抗震设防烈度为Ⅶ度。

2 隧道防水设计

本工程的海底隧道采用沉管法施工,是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一,隧道承受的最大水头压力约为44 m。沉管隧道全长5 664 m,东、西人工岛暗埋段各长163 m,海中段采用W形布置。沉管段由33个管节组成,管节标准长度为180 m,采用节段式方案处理,每个标准节段长22.5 m,180 m管节由8节22.5 m节段组成。隧道横断面宽度为37.95 m,高度为11.4 m,采用两孔一管廊布置(图1)。最终接头采用水下现浇。管节采用C50钢筋混凝土预制,节段防水主要采用混凝土结构自防水。

3 管节接头与节段接头的防水设计方案

3.1 管节接头防水设计方案

管节接头防水主要由GINA止水带、OMEGA止水带组成[2],GINA止水带和OMEGA止水带之间设置超压释放充气管(图2)。

1)GINA止水带

GINA止水带是管节接头首道、也是最重要的一道防线,其材质为天然橡胶。本隧道管节接头数量较多,整条隧道两端的管节接头平均低潮位中心水压约为5.7 m,隧道最深处的管节接头平均低潮位中心水压约为36.9 m,两者水压值相差较大。如按照以往整条隧道采用统一类型的GINA止水带的传统方法,则隧道两端管节的GINA止水带压缩量会非常小,而每节管节由干燥收缩引起的偏差、端面允差、基础沉降引起的偏差、温差收缩引起的偏差、地震引起的偏差等因素所造成的接头张开量值却较接近,因此隧道两端管节接头极有可能因较小的压缩量而无法承受较大的张开量,导致接头渗漏。基于上述情况,设计人员通过与产品供应商的沟通,拟采用同一尺寸断面(图2)、不同硬度的橡胶来实现使各管节GINA止水带压缩量较为接近的目标。目前橡胶主体的硬度初步划分为40、50、60、65邵尔A硬度,所有GINA止水带的压缩量基本控制在121~159 mm。此处列出硬度40和65的GINA止水带的材质性能指标(表1—2)以及硬度40和65的GINA止水带压缩变形曲线(图3—4)。虽然60和65的硬度值较为接近,但两者压缩变形曲线的差异却较明显,且本工程不同硬度的GINA止水带需求数量较多,就生产过程而言,实际硬度偏差控制在相当小的范围内是完全可以达到的,故未将硬度60和65的GINA止水带合并。但为了确保GINA止水带鼻尖止水功效的一致性,鼻尖硬度划分为40、50、50、50邵尔A硬度。

如采用不同断面构造尺寸的GINA止水带,也可达到GINA止水带压缩量较为接近的目的,但会对供应商的生产、施工单位的采购以及与GINA止水带配套压件系统的准备带来一定的影响,增加较多工作量,故此方案未予采用。

另外,考虑到地震可能会对GINA止水带性能带来不利影响,所以请供应商提供了地震工况影响GINA止水带的动荷载试验报告。通过表面损伤检查和试验前后GINA止水带的长、宽、高对比得出试验结论:地震工况未对GINA止水带受压特性带来不利影响。

2)OMEGA止水带

OMEGA止水带的材质为丁苯橡胶,拟选用的断面构造形式如图5所示。根据对管节接头OMEGA止水带的室内抗水压试验,可知在接头张开20 mm工况下,可承受0.9 MPa水压;最大变形量为-100~+90mm。在现场安装时,为使止水带适应较大的接缝张开量,可对其实施预压缩安装。

3)超压释放充气管

考虑到地震对管节接头可能带来负面影响,拟设置超压释放充气管于GINA止水带与OMEGA止水带之间。地震发生时,管节接头可能会瞬间张开,使一定量的海水涌入,随后管节接头又立刻闭合,而充填于GINA止水带与OMEGA止水带之间的海水无法在短时间内排出,于是海水会对OMEGA止水带产生较大的膨胀压力,有可能导致OMEGA止水带破裂。超压释放充气管的设置,化解了此危险因素,充气管在正常工况下呈充气膨胀状态,当发生地震管节接头闭合后,海水产生的膨胀压力作用于充气管,充气管通过与外界相连的管道迅速排出空气,体积收缩,海水作用于OMEGA止水带上的压力被释放,确保了OMEGA止水带的安全。另外,以充气状态存在的充气管本身占据了一定的空间,也限制了海水的涌入量。由于节段接头采用柔性接头,同样拟设置超压释放充气管于中埋式可注浆止水带与OMEGA止水带之间。

管节接头超压释放充气管抗内压性能指标为:0.55 MPa(可承受的平均内压),0.7 MPa(可承受的最大内压);节段接头超压释放充气管抗内压性能指标为:0.55 MPa(可承受的平均内压),2 MPa(可承受的最大内压)。

但目前只有韩国釜山沉管隧道设置了超压释放充气管,其功效究竟如何还未经地震工况的检验,且此充气管造价较高,最终是否采用需由决策层决定。

3.2 节段接头防水设计方案

节段接头为柔性接头,钢筋在此处完全断开,通过设置混凝土剪切键和临时预应力拉索,来控制接头处的剪切位移和接头张开量。节段接头主要设置中埋式可注浆止水带、OMEGA止水带以及密封条(图6)。

另外,22.5 m长度的节段混凝土为一次浇筑完成,不存在纵向水平施工缝,无需考虑此类接缝防水。

1)中埋式可注浆止水带

本工程通过结构设计人员的分析计算,将节段接头横断面分为受拉区与受压区。受拉区内的结构体较易产生裂缝,如在受拉区设置止水带,结构体受到横向荷载后可能产生裂缝,且裂缝会垂直延伸至止水带的端边,甚至越过止水带的端边向结构纵深发展,此时止水带即失去了防水功效。因此,宜尽量将止水带设置于受压区或受压区边缘(图7)。

中埋式可注浆止水带主要由中埋式止水带与注浆管组成。中埋式止水带的材质为丁苯橡胶与钢片,主要断面构造形式有3种,见图8。

中埋式止水带的短期抗水压试验结果表明:图8中的断面构造1在接头张开90 mm工况下,可承受0.9 MPa水压;断面构造2在接头张开60 mm工况下,可承受0.9 MPa水压。

中埋式止水带的200次循环抗水压试验结果表明:断面构造1在接头张开45 mm工况下,可承受0.5 MPa水压;断面构造1在接头张开31 mm工况下,可承受0.75 MPa水压;断面构造2在接头张开30 mm工况下,可承受0.5 MPa水压;断面构造2在接头张开21 mm工况下,可承受0.75 MPa水压。

国外目前多采用止水带构造形式1和2应用于变形缝。由上述试验数据得知,国外工程技术人员认为断面构造1、断面构造2足以具备止水带在一定变形条件下的高抗水压能力,无需再采用断面构造形式3的止水带,且中部开孔的止水带在生产过程中较难保证开孔周边橡胶厚度的均匀性,在变形较大的情况下,易造成止水带的破损。因此,断面构造3的止水带在国外应用情况不多。本工程根据上述试验数据与综合国内外工程实例,拟采用断面构造1作为节段接头中埋式止水带的选用形式。

2)OMEGA止水带

节段接头OMEGA止水带的材质为丁苯橡胶,拟选用的断面构造形式如图5所示。根据对节段接头OMEGA止水带的室内抗水压试验,可知其在接头张开60 mm工况下,可承受0.9 MPa水压;其最大变形量为-40~+60 mm。因节段接头OMEGA止水带在高水压下可承受较大的接缝张开量,无需对其采用预压缩安装措施。

3)密封条

密封条主要设置于节段接头的外表面,主要功效是阻挡泥沙进入接头,以保证接头处于安全的工作状态。根据先前实际工程经验,拟在底板节段接头处设置密封钢板(图9),侧墙与顶板节段接头处预埋橡胶密封条。密封钢板应有必需的防腐措施。

3.3 安全系数和设计使用年限

GINA止水带、OMEGA止水带、中埋式可注浆止水带拟取的安全系数见表3。安全系数主要以历史最高水位为基数,乘以具体的安全系数数值,即为止水带所需满足的最大设计水位要求。

本工程设计使用年限为120年,如何论证止水带的寿命是一个较大的难题。目前主要采用国际公认的阿累尼乌斯公式,来对止水带材质的耐久性作出判断。而特殊断面的止水带在120年之后防水功效如何,还没有大家都认可的论证方式。现阶段主要采用止水带的短期抗水压试验结果,在此试验数据的基础上拟合出发展趋势公式,从而对120年后的防水性能作出推断。

4 结语

GINA止水带、OMEGA止水带、中埋式可注浆止水带显示的性能数据表明,这些止水带皆可满足本工程的防水要求,且有一定的安全系数保证。本文所述管节接头防水、节段接头防水的方案已处于最后讨论阶段,接头防水设计方案需得到各方设计人员的一致同意,方可最终确定。

参考文献

[1]王吉云.港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道施工新技术介绍[J].地下工程与隧道,2011(1):22-26.

港珠澳大桥沉管隧道沉降分析研究 篇7

港珠澳大桥主航道间沉管隧道中间段埋置较深，位于相对均匀分布的粉质粘土及砂层;两端人工岛附近沉管隧道埋置较浅，位于非常软弱的淤泥质土层中;考虑到地层的纵向变化、上覆荷载差异等可能带来的不均匀沉降会严重影响隧道正常使用，对基础沉降进行分析研究，为提出控制基础不均匀沉降方案提供理论基础[1,2]。

以港珠澳沉管隧道设计方案和地勘资料为基础，根据地基沉降理论，结合FLAC有限差分计算软件对港珠澳沉管隧道基础沉降进行分析研究，研究隧道基础不均匀沉降特性，提出可行的解决方案。

1 沉降计算荷载

沉管隧道的荷载包括隧道的结构自重、保护层、回填、回淤等荷载。取施工后隧道的抗浮安全系数为1.1时沉管隧道结构自重，隧道顶部保护层不同区段厚度在2 m～4 m范围变化，其中块石保护层浮容重11 k N/m3，扭工字体浮容重5.6 k N/m3，回填土体(包括隧道两侧的块石保护层)浮容重11 k N/m3，回淤的浮容重取5.6 k N/m3。采用以上荷载参数计算沉管隧道基础承担荷载。

2 纵断面基础沉降计算

在附加荷载的差异作用下，计算分析隧道纵向特征断面沉降变形，地基内的应力分布采用各项同性均质线性变形体理论。其最终变形量s按下式计算:

其中，s为地基最终沉降量;s'为按分层总和法计算出的地基变形量;ψs为沉降计算经验系数;n为地基变形计算深度范围内所划分的土层数;p0为对应于荷载效应准永久组合时基础地面的附加应力，k Pa;Esi为基础底面下第i层土的压缩模量，MPa;zi,zi-1分别为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，m;αi，珔αi-1分别为基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附近应力系数[3]。

沉降变形与应力水平的大小有直接关系，根据相关的荷载工况确定基础荷载。在隧道纵断面沉降计算中，取横断面相同的特征点，忽略隧道结构横断面上荷载分布差异的影响(包括隧道两侧回填土体的附加应力作用)，沉降计算值只反映隧道单位长度上所受荷载作用下理论沉降值。取典型的16个断面，分别计算沉管隧道施工后纵向沉降，沉管隧道基础荷载纵断面分布图和地基基础未处理情况下回淤前和回淤后总沉降纵断面分布图见图1，图2。

基础未处理情况下，回淤后其沉降量大于回淤前，在沉管隧道中间段更加明显，淤后基础沉降约为淤前基础沉降的2倍～3.5倍。基础沉降量较大的区域主要位于沉管隧道的两头埋深较浅的地段，此段沉管基底主要为淤泥、淤泥质土和粘土，因此此段应进行基础加固处理。

3 基础横断面沉降数值模拟计算

基础横断面沉降数值模拟计算采用FLAC3D软件数值模拟的方式来对未加固土体进行基础沉降计算分析。选取了靠近人工岛的K7+463断面和隧道中间段的K9+607断面进行数值计算，计算几何模型水平方向尺寸采取各断面初步设计基槽实际水平开挖尺寸，竖直方向尺寸根据实际土层厚度延伸到基岩;本构模型采用了FLAC自带的Mohr-Coulomb模型，模型参数根据各断面临近钻孔揭露的地质条件进行选取。

3.1 K9+607断面

根据K9+607断面隧道结构设计断面尺寸和岩土体参数，包括1 m厚的碎石垫层，隧顶2 m厚的块石保护层，基底附加荷载同时考虑了隧道两侧土体的附加应力影响，建立了数值模拟计算模型，如图3所示。计算模拟了沉管隧道结构在施工和施工完成后各个阶段的沉降情况，包括沉管隧道基槽开挖，隧道施工后沉降即隧道沉放及回填、压重混凝土后基础沉降，回淤工况1即回淤至隧道回填顶部时沉降，回淤工况2即回淤至基槽两侧变坡比处时沉降，回淤工况3即全回淤工况时沉降(见图4～图6)。

通过FLAC3D计算结构荷载和回填土荷载共同作用下，隧道结构基础荷载均值为76 k Pa，全回淤后为212 k Pa;在地基未处理情况下，隧道在回淤前的沉降值约为55 mm，回淤后为166 mm。

3.2 K7+463断面

根据K7+463断面隧道结构设计断面尺寸和岩土体参数，包括1 m厚的碎石垫层，隧顶2 m厚的块石保护层，基底附加荷载同时考虑了隧道两侧土体的附加应力影响，建立了数值模拟计算模型，如图7所示。

计算模拟了沉管隧道结构在施工和施工完成后各个阶段的沉降情况，由于K7+463断面隧道顶面与原始海床较近，计算了隧道结构回填荷载和全回淤(隧道顶部薄层采用施加面力的方法模拟)两种工况(见图8～图10)。

通过FLAC3D计算结构荷载和回填土荷载共同作用下，隧道结构基础荷载均值为80 k Pa，全回淤后为103 k Pa;在地基未处理情况下，隧道在回淤前的沉降值约为125 mm，回淤后为170 mm。

3.3 基础横断面沉降特性

在假设沉管隧道横断面基底土层水平成层均匀分布的情况下，各工况下基底沉降值基本按水平均匀分布，基底竖向沉降差异不大。

如表1两个典型断面基底荷载和沉降汇总所示，K9+607和K7+463断面基底岩土分布的差异导致K9+607断面的回淤前沉降远小于K7+463断面;但两断面回淤后最终沉降值差异不大，这是由于K9+607断面回淤荷载明显大于K7+463断面回淤荷载而导致。数值模拟K9+607和K7+463断面沉降计算结果与对应断面采用GB 50007-2002建筑地基基础设计规范方法沉降计算结果相差不大，二者可以互相验证，说明计算结果基本可靠。

4 基础处理措施

综上计算分析结果表明港珠澳大桥主航道间沉管隧道埋置较深，两端人工岛附近沉管隧道埋置较浅，考虑到地层的纵向变化、上覆荷载差异等带来的不均匀沉降会严重影响隧道正常使用，故需在两端人工岛附近采用相应的沉管隧道基础处理措施。

海底隧道中间段基本位于相对均匀分布的粉质粘土及砂层中，综合考虑到开挖卸载及浮力的作用，原地基适合用于管段基础，不需进行处理。隧道人工岛附近位于非常软弱的淤泥质土层中，必须进行地基处理，可采用水泥深层搅拌法(CDM)控制沉管隧道沉降值;且为控制隧道纵向软硬岩过渡的不均匀沉降，考虑到附加荷载差异作用，在暗埋段、首节管段局部使用桩基[4,5,6]。港珠澳大桥海底隧道土体条件与釜山隧道项目很相似，而水泥深层搅拌法(CDM)在釜山隧道使用效果良好，使用CDM工法处理沉降值一般控制约为5 cm～8 cm;并且港珠澳大桥海底隧道和釜山隧道基础从桩基至CDM的过渡与控制隧道纵向软硬岩过渡的不均匀沉降的处理措施也非常类似，基础处理方法可行[7]。

5 结语

以港珠澳沉管隧道设计方案和地勘资料为基础，根据地基沉降理论，结合FLAC有限差分计算软件对港珠澳沉管隧道基础沉降进行分析研究。分析结果表明基础未处理情况下，假设沉管隧道横断面基底土层水平成层均匀分布，基底横断面沉降值基本按水平均匀分布，沉降差异不大。回淤后基础沉降约为淤前基础沉降的2倍～3.5倍，基础沉降量较大的区域主要位于沉管隧道的两头埋深较浅的地段，应进行基础加固处理。为控制隧道纵向的不均匀沉降，可采用水泥深层搅拌法(CDM)控制沉管隧道沉降值，且考虑附加荷载的差异作用，在暗埋段、首节管段局部使用桩基，使隧道基础由硬岩向软岩过渡。

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