沉管隧道建設關鍵技術控制的探討

李樹光等

[摘要] 本文是根據沉管隧道建設管理的先進技術，對水下沉管隧道建設關鍵技術控制進行深入研究，為后續水下沉管隧道的建設管理提供參考，對于移動干塢方案的技術可行性分析和沉管隧道建設經驗及教訓總結。

關鍵詞：沉管隧道 建設 關鍵技術

1 沉管隧道建設關鍵技術控制研究工作簡介

侖頭隧道和官洲隧道是經過侖頭-生物島-大學城的主要通道，于2010年8月31日建成通車，此項建設工程榮獲2012年國家市政金杯獎 。其中侖頭隧道（侖頭-生物島）在國內首次采用移動干塢預制沉管管段工藝，即利用半潛駁作為沉管管段的制作平臺，管段預制完成后通過拖輪將半潛駁拖航到隧址位置沉放對接。這項新技術的成功應用是沉管隧道發展史上的一項革新。官洲隧道（生物島-大學城）采用傳統的軸向干塢浮運沉放對接。

1.1 沉管隧道建設關鍵技術控制研究工作的意義

沉管隧道建設研究，對水下隧道建設管理工作具有較好的實用價值，特別對沉管隧道建設提供參照性的技術指導經驗。隧道建設方案的選定，既要求節約投資和相關資源，又保障交通暢通和安全，產生較高的社會意義和經濟效益。通過收集沉管隧道關鍵技術相關資料，吸納了外地水下隧道建設管理的先進經驗，為后期水下隧道建設管理研究建立良好的技術支持。

1.2 沉管隧道建設關鍵技術控制研究內容：侖頭隧道和官洲隧道建設管理，以科研與工程建設相結合，通過對沉管隧道技術進行針對性研究。

2 沉管隧道建設管理關鍵技術控制研究

侖頭—生物島—大學城隧道工程位于廣州市的東南部，隧道為雙向4車道，工程含兩條過江隧道。工程總造價約為15.53億元，2003年立項開始建設，于2010年8月建成通車。

本工程分為水中段和岸上段，其中水中段分別穿越侖頭海和官洲河，岸上段分為侖頭段、生物島段、大學城段。主要施工內容有：侖頭海水中段采用移動干塢法進行管段預制施工，官洲河水中段采用軸線干塢進行管段預制施工，其基礎為水下爆破開挖到巖石，管節預制完浮運沉放對接后基礎灌砂。

2.1 沉管隧道技術特點綜述

2.1.1 沉管法隧道及其傳統工法

早期沉管法隧道采用傳統工法固定干塢工法，其具有工藝成熟，施工安全、質量可靠，便于組織施工等優點，但修建干塢征地面積大、造價高、工期長；征地、工期與造價之間難于尋求更合理的解決方案，一直是制約沉管隧道更廣泛運用的主要因素；目前建成通車的一百多座沉管隧道，通常都是采用固定干塢工法施工的。

2.1.2 移動干塢新工法

移動干塢工法是利用半潛駁或浮船塢的甲板平臺和下潛性能，替代固定干塢，作為沉管制作、運輸、試漏及出運平臺，是為解決傳統工法的局限或不足而創新的一種沉管預制及出運工法如下圖1。

移動干塢工法包括移動干塢平臺及靠泊碼頭、沉管制作、航道疏浚及拖航運輸、下潛坑開挖及下潛、試漏、出運及寄放等主要工序。其關鍵技術如下：

a移動干塢平臺改造及變形控制技術；

b高性能混凝土配制技術；

c大型移動模板的設計與施工技術；

d動態平臺的測量技術；

e沉管混凝土的溫控防裂及裂縫控制技術；

f復雜航道上的拖航及下潛技術。

移動干塢工法可以充分利用現有的船舶設備和基礎設施，不需要另外征地建造干塢，解決了城市臨時征地難的問題，與傳統的固定干塢工法相比，具有工期短、造價低等優勢。如下圖2.

移動干塢工法的成功運用，具有重大意義，不僅解決了工程建設的難題和節省了工程造價，而且進一步發展和豐富了沉管隧道工程的設計與施工技術，實現了沉管隧道建設史上的重大突破，創造了“隧道船上造”的奇跡，對沉管法隧道的進一步推廣應用有非常積極的示范效應。特別是征地困難的工程來說，移動干塢工法具有明顯的優勢。避免了因干塢開挖對周邊環境造成破壞，既節省工程成本和時間，又加快了工程建設速度，因此侖頭至生物島隧道江中段工程采用移動式干塢是建設較佳方案。

2.1.3 沉管管段浮運沉放

管節預制及接口段止推結構完成后，完成岸控系統布設。抽水進干塢內分別進行低、高水位兩次檢漏。如下圖3

高水位檢漏完成后，破除塢門，進行臨時支撐墊塊安裝。調節壓載水箱水，管段起浮、出塢；塢外基槽內臨時系泊，進行二次舾裝并方駁就位，調節干弦值。

塢內臨時系泊，進行拖航前的系纜等準備工作；以岸控拖航為主，輔以拖輪導航；高水位檢漏完成后，破除塢門，進行臨時支撐墊塊安裝。調節壓載水箱水，管段起浮、出塢；塢外基槽內臨時系泊，進行二次舾裝并方駁就位，調節干弦值

雙方駁提供足夠的浮力；通過調節水箱壓載水以提供負浮力進行下沉，同時通過方駁提供的浮力以控制下沉速度；沉放過程中通過測量系統實時定位系統以保證精確定位。如下圖4

2.2沉管隧道關鍵技術控制

2.2.1半淺駁測量控制

采用半潛駁船作為移動式浮船塢完成大型結構預制件的制作，在移動干塢上制作管段，技術上所存在的主要困難在于測量控制系統的建立。沉管管段制作的精度要求較高，在活動的船上制作管段，制作精度的控制是保證工程成敗的關鍵。在不穩定的半潛駁上進行測量工作，不可能象在陸地上一樣以大地水準面為基準。即使在制管前駁船具有較好的穩定性，可以建立滿足大地測量基本條件的控制系統。但隨著工期的進行，船上荷載不斷變化，駁船的穩定性必然會受到破壞，加上船體在荷載會產生各種變形，從而使后續的工作中無法在以已有的控制系統為基準。因此必需建立符合駁船工作條件的測量控制系統。在駁船上設立坐標系統并實施測量是可行的，為減少誤差和便于工作，應采用固定支座和基座。從理論上講，后交法可以用于求解各點的儀器姿態，但需要將各測站的基座調整到統一坐標系統。建立船體坐標系統是一種實用方案，精度可以滿足構件制作要求。