1、水下隧道沉管法设计与施工关键技术 杜朝伟，王秀英 (北京交通大学土木建筑学院，北京100044) 摘要 结合国内已建成的沉管隧道对沉管法施工干坞方案比选、管段及接头防水设计进行了探讨分析，对 沉管法施工的关键技术如管段制作、管节浮运、沉放及水下对接和基础处理方法进行了归纳。 关键词沉管隧道；方案比选；防水设计；施工技术 中图分类号 U45546 文献标识码 A 文章编号】 10091742(2009)07007605 1前言 自1910年美国底特律河建成世界上第一座水 下沉管隧道以来，水下沉管隧道技术经历了不断发 展完善的过程。截至2001年，世界上有近20多个 国家采用沉管隧道技术修建了13
2、0多座水下隧 道。著名的沉管隧道有美国旧金山海湾水下隧 道、连接欧亚两大洲的博斯普鲁斯海峡沉管隧道以 及连接丹麦与瑞典的厄勒海峡沉管隧道。我国香港 地区于1972年建成了跨越维多利亚港的城市道路 海底隧道，1993年底建成通车的广州黄沙至芳村珠 江水下隧道，成为我国大陆首次用沉管工法建成的 第一座大型道路与地下铁道共管设置的水下隧道。 以后相继建成了宁波甬江沉管隧道、澳门澳凼隧道、 上海外环隧道，正在建设的沉管隧道还有广州珠江 仓头岛一生物岛沉管隧道，这些隧道的相继建成，大 大推动了我国在这一技术领域的发展。笔者结合澳 凼隧道等对沉管法修建水下隧道的关键问题进行探 讨和归纳。 2干坞施工方案比
3、选 干坞根据其构造形式，一般分为移动干坞和固 定干坞两类。移动干坞方案就是修造或租用大型半 潜驳作为可移动式干坞，在移动干坞上完成管段的 预制，然后利用拖轮将半潜驳拖运到隧道附近已建 好的港池内下潜，实现管段与驳船的分离，再将管段 浮运到隧道位置完成沉放安装工作。固定干坞则是 在陆地上选择合适位置建造，根据与隧道位置的关 系又可以分为轴线干坞和另选位置干坞。干坞方案 的选择对沉管隧道工期、造价影响较大，合理选择干 坞非常重要。 移动干坞方案特别适合于建造在航道较窄、水 深较浅的内河中管段数较少(一般不超过4节)的 沉管隧道。与固定干坞相比，移动干坞具有节省干 坞建造时间、节省岸上施工场地和节省
4、航道疏浚费 用的优势 J。但是对于管节长度较大，管节数较多 的沉管隧道，往往并不适用。以澳门澳凼隧道为例， 该隧道为双向六车道，设计速度60 kmh，线路总长 2 550 m，其中沉管段长1 090 m，分10节管段，每节 管段长约1 10 m。采用移动干坞方案将会遇到半潜 驳数量有限、施工工期长、造价太高的问题。因为移 动干坞方案所需的最基本设备半潜驳除了要满足管 段预制所需的平面尺寸、船体刚度、载重能力等要求 外，还要满足能够注水下潜使船面下潜到水面以下 不小于10 m的功能。澳凼隧道每节管段长110 m、 宽322 m，不计施工荷载每节管段就重达33 000 t。 国内现有满足本工程所需
5、的大型半潜驳只有一条， 每节管段制作周期按5个月考虑则管段预制工期就 需要5O个月，远远不能满足业主规定的不超过32 个月工期的要求；若考虑重新建造合适的半潜驳，单 收稿日期20090316 作者简介 杜朝伟(1973一)，男，河南禹州市人，高级工程师，研究方向为隧道及地下工程；Email：dew73vipsinacorn 76中国工程科学 艘造价在15亿澳元以上，建造期12个月以上，更 不能满足本工程所需。另外，当沉管段规模较小、节 数不多(一般不多于4节)时，移动干坞方案在造价 上具有一定的优势，但是当沉管段规模较大、节数较 多时，其造价优势不复存在。以澳凼隧道为例， 50 000 t左右
6、的半潜驳，每天的租用费将在l5万元 以上，每节预制周期5个月，租用费为2 250万元， 10节管段租用费就是225亿元。再加上航道疏 浚、下潜港池开挖、管段临时系泊等费用，移动干坞 方案的工程总造价将接近3亿元。因此，在澳凼隧 道中没有采用移动干坞方案，而是选择了凼仔侧海 床围堰建造干坞方案。 3管段及接头的防水设计 毫无疑问，对沉管隧道来说，防水是一个非常重 要的工程 l4 J。沉管隧道的防水包括管段的防水和 接头的密封防水。管段结构形式有圆形钢壳式和矩 形钢筋混凝土式两大类，钢壳管节以钢壳为防水层， 其防水性能的好坏取决于拼装成钢壳的大量的焊缝 质量。为了保证焊缝的防水质量，应对焊缝质量进
7、 行严密检查。钢筋混凝土管段的防水又包括管段混 凝土结构的防水和接缝防水。自防水是隧道防水的 根本，对于混凝土管段来说，渗漏主要与裂缝的发展 有关。因此，在提高混凝土抗渗等级的同时，要采用 低水化热水泥并严格进行大体积混凝土浇筑的温升 控制，将管段混凝土的结构裂缝和收缩裂缝控制在 允许范围内。除了管段的自防水以外，管段外防水 层的敷设通常也是很有必要的。厄勒海峡隧道的建 设者们对不同的裂缝宽度估计了运营期间可能渗入 的水量，即使对于02 mm的裂缝，在100年通过的 总渗水量也达90010 t，可见潜在渗水危险是存 在的。因此，为了确保管段具有非常可靠的防水性 能，除发挥管段自防水性能外，在管
8、段外两侧面和顶 面涂抹一层很薄的外防水涂料是很有必要的。H 本、澳大利亚等国习惯采用底板铺设带键的防水板， 侧墙、顶板喷涂聚合物或环氧涂层的全包防水或半 包防水。上海外环隧道采用水泥基渗透结晶型防水 涂料做于管段顶板。 混凝土管节一般分若干个短段进行浇筑预制， 每个短段也按底板一侧墙一顶板顺序浇筑混凝土。 因此，管段存在垂直施工缝和水平施工缝，一般在缝 内设置遇水膨胀止水条和中埋式钢边橡胶止水带两 道防线。另外，在管段外表面所有横纵向施工缝处 加涂一层环氧一聚氨酯外防水涂料。 管段与管段之间的接头防水十分重要，常采用 GINA，OMEGA两种止水带来承担管段接头防水任 务，如图1所示。GINA
9、止水带的材质一般为天然橡 胶或丁苯橡胶，OMEGA止水带的材质一般为丁苯 橡胶。GINA止水带的型号根据各接头所承受的不 同水压确定。OMEGA止水带应与所选用的GINA 止水带相匹配，以充分适应管段间的变形。OMEGA 止水带安装完毕后，通过埋设于端钢壳内的水管，向 GINA止水带和OMEGA止水带之间形成的肋腔内 注水，以检测在一定的水压下，OMEGA止水带的密 封性。 图1 管段接头防水构造图 Fig1 Scheme of waterproof structure for tube joint 4沉管隧道施工关键技术 整个沉埋隧道由水底沉管、岸边通风竖井及明 洞和明堑组成，沉埋隧道的施工，主要有以下工序， 如图2所示。 图2沉管隧道的施工程序 Fig2 Construction process ofimmersed tube tunnel 在所有的工序中，管段制作，管节浮运、沉放、水 下对接和基础处理的难度较大，是影响沉管隧道成 2009年第11卷第7期7_7 本文共5页，欲获取全文，请点击链接http:/
