沉管隧道技術的重點難點與經(jīng)濟分析

文｜廣州市市政工程設計研究總院有限公司 任斌

項目建設能夠完善天河區(qū)、海珠區(qū)路網(wǎng)結構，有效緩解珠江南北既有橋梁的交通壓力，提高珠江南北交通通行能力，改善道路擁堵狀況，也是廣州市積極推進城市化進程，加快實現(xiàn)“東進”發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，項目建設是十分必要的。

一、工程規(guī)模

工程全長1547m，其中沉管段長492m，管段雙向6車道，橫截面寬度為30.40m，高度為8.70m，截面面積為264.48m2。

二、技術重點分析

1.沉管浮運安裝

沉管浮運與潮水、流速、風速及封航時間等外部環(huán)境息息相關，直接影響著沉管浮運、安裝的成果，而沉管浮、安裝又是工序繁多、多人參與、多設備配合的一項工作。而沉管一旦起浮運出塢，若在浮運過程中出現(xiàn)錯誤，將會帶來巨大的負面影響。

2.沉管基礎處理

沉管基礎處理的質量直接關系著隧道運營的質量與安全，合理安排灌砂的順序及準確判斷砂盤是否最終形成是沉管隧道基礎處理的關鍵。

3.隧道施工范圍內管線的保護

本工程有高壓電塔、地下電纜及其他未知地下管線分布，施工前，必須做好保護工作。

三、技術難點分析

1.地鐵四號線的保護

在進行混凝土自拌時，需要選擇抗壓強度較高的硅酸鹽水泥，比較常用的水泥類型有普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥，不管采用何種水泥，水泥的強度都需要高于42.5MPa，如果低于這個強度，則不能作為自拌混凝土的攪拌材料，以避免抗壓強度不足。選用的攪拌粗骨料和細骨料，也應當從增強噴射混凝土抗壓強度出發(fā)，挑選堅硬耐久的材料，比如粗骨料可以選用碎石或者卵石等，這些石料的硬度高，能增強骨料堅硬程度，細骨料則可以選用中砂或者粗砂。粗骨料的粒徑需≤15mm，細骨料的模數(shù)則要≥2.5m。需要特別注意的是，不能選擇具有潛在堿活性骨料，且在使用堿性速凝劑時，要確保石料中不含有二氧化硅。速凝劑的摻量也必須嚴格控制，根據(jù)水泥用量，按照其3%或者5%摻入，在摻入前，施工人員首先需要將速凝劑和水泥做適應性試驗，觀察二者的適應情況，初凝≤5min，終凝≤10min，即符合標準。

2.沉管預制大體積砼質量控制

本工程混凝土設計要求為C40（抗?jié)B等級S10），屬常規(guī)強度、高抗?jié)B等級混凝土，結構設計基準年限100年，混凝土噴漿時需注意噴漿支護，常用的支護有放坡開挖、土釘墻、復合土釘墻、拉森鋼板樁、灌注樁與錨索、重力式水泥土擋墻、地下連續(xù)墻、SMW工法等幾種，土層較好且場地開闊的坡面適用放坡開挖，開挖時注意附近有無重要建筑物或者地下管線，放坡的高度應＞5m，如果坡面的開闊度足夠，則以最大坡度為作業(yè)目標，坡面的軟土地區(qū)需做好回護工作，放坡時盡量增加坡腳反壓，坡體中的水體需要及時引出，避免影響支出，可采用降水、截水或者泄水的方式來減少坡面殘留水體。如果坡面不夠開闊，則使用土釘墻，而軟土層區(qū)域或回填土區(qū)域則使用復合土釘墻。基坑較深的區(qū)域，可使用拉森鋼板樁或者灌注樁，如果是差土層，還需使用錨索控制變形，一些較難施工錨索的區(qū)段，可用鋼筋混凝土內支撐方式或者大冠梁支護替代。淤泥質土區(qū)域，可使用重力式水泥土擋墻，而地質條件復雜，基坑深度大的區(qū)域，可使用地下連續(xù)墻等。

四、施工組織設計

本項目沉管段長492m，縱向分4段在南岸獨立干塢內分兩次預制，管段按預制及浮運長度組成123+117+（3.5+123）+123m共4節(jié)，依次編號為E1、E2-1、E2-2+E3和E4；其中E1、E3、E4預制長度均為123m，E2-2為短管節(jié)，長度為3.5m，E2-1長度為117m。E2-2和E3在干塢內預先拉合，形成一體進行浮運沉放；最終接頭設置在E2-1和E2-2之間，長度2.5m，為水中接頭。

本項目沉管隧道施工是關鍵工序，沉管預制是工期控制的重點，其他主體工程也應盡早進行，為第一批沉管安裝創(chuàng)造有利條件。

根據(jù)施工順序的安排，具體施工部署如下：

第一階段：海珠段因施工便道影響，需盡快完成1期交通疏解工程及鋼棧橋搭設，解決施工便道問題，并盡快啟動干塢工程施工。交通疏解2期、3期則為相對獨立單項工程，對隧道主體工程影響較小，待1期交通疏解完成后，可依次安排進行。

第二階段：干塢施工完成后，進行沉管預制。因沉管預制工程是工期控制重點，根據(jù)進度計劃要求，擬投入沉管預制主要資源配置為：2臺TC7030B塔吊、2臺25+5噸龍門吊（干塢內沉管預制）、3臺5噸龍門吊（鋼筋加工區(qū)）、2臺50t輪胎吊機、臺車模板4套（每個管節(jié)各配備2套）、側墻模板2套（每個管節(jié)各配備1套）、底桁架模板4套（每個管節(jié)各配備2套），確保沉管預制在計劃工期內完成。沉管按E4→E3+E2-2→E1→E2-1的順序進行預制。

第三階段：海珠圍堰施工，因第一節(jié)沉管安裝在天河段，故海珠圍堰施工進度壓力相對較小，擬在天河段圍圍堰完成后進行施工。

第四階段：石磷橋涌改道工程是制約海珠工區(qū)隧道暗埋段及敞開段工程施工的關鍵，須優(yōu)先進行施工，待河涌改道完成后，對原河涌進行回填和圍蔽；然后進行隧道基坑支護工程、基坑開挖及主體結構施工；主體結構施工原則上由北向南方向進行；同時要先施工排水泵房，后進行隧道結構施工。

第五階段：海珠工區(qū)隧道接頭段暗埋結構施工完成后，進行隧道回填及堤岸沉箱素砼基礎施工，同時施工岸上鋼封門及臨時防洪堤。

第六階段：拆除海珠圍堰、沉管接頭處基槽開挖，進行沉管E1與岸上隧道暗埋段的對接。同時施工剩余岸上結構及回填。

第七階段：E1、E2沉管與海珠暗埋段接口主體對接后，施工剩余隧道暗埋段、敞開段結構及兩側回填料施工。

第八階段：沉管出運完成后，進行干塢的回填，塢口及隧道兩側堤岸恢復施工。

五、經(jīng)濟分析

結合上述沉管隧道技術重點難點分析結果，根據(jù)詳細的施工組織設計及工程圖紙，依據(jù)廣東省現(xiàn)行的市政工程計價體系和定額分析，沉管隧道的技術經(jīng)濟指標見表1（僅為建筑安裝工程費用指標）。

六、結論與建議

河床演變對沉管隧道而言是至關重要的，它直接影響到隧道的埋深、造價和運營后的安全。隧道的埋深必須考慮到下切的影響，隧道的頂面標高必須在河床面以下，且應該有一定的保護層厚度，對此還需要結合地形地質條件進一步分析論證，同時要重視航道、水利、地鐵保護等行業(yè)主管部門的基本要求，有效把控項目的重點、難點分析，才能更好地控制好項目投資。