海河隧道施工中沉管法施工技術

摘要：在海河隧道施工過程中，經常涉及到沉管法施工技術的應用。以實際工程為例，對沉管法施工技術進行了詳盡分析與研究，并簡要介紹了沉管接頭抗震以及管段預制及沉放等關鍵技術，為合理地進行工程設計和和優化施工工藝提供了科學依據，以保證工程順利施工。

關鍵詞：軟土地質;高震區;沉管隧道

1" "工程概況

本文涉及的工程位于天津市濱海區，屬于中央大道穿越海河的重要組成部分，具體地點在天津市濱海新區于家堡中心商務區和東西沽地區，是溝通該區中心商業區海河南北兩岸的重要通道。

具體施工參數如下：沉管分3節，長度為255m。施工過程中，主要采用南案干接法施工以及軸線干塢施工。混凝土總量預計34066.7m³，鋼筋總量預計7728.59t。基坑最大開挖深度為26m?；又ёo采用的是鉆孔灌注樁加止水帷幕和底線連續墻結構，主體結構主要有兩種形式，分別為雙層框架形式和單層框架形式。

2" "工程重難點

2.1" "管段的浮運、沉放、對接、基底處理

和其他工程區別較大的工藝流程主要包括管段的浮運、沉放、對接及最終接頭施工，這些施工過程也是沉管隧道施工中的關鍵技術。管段的浮運、檢漏以及試浮工藝的要求和操作極為復雜。

管段在定位和沉放施工過程中，要求管段位置精準，投放穩定，操作起來控制難度較大，具有一定的施工風險。沉管隧道最關鍵施工環節是最終接頭施工，該施工過程環節較多，對技術含量的要求相對較高。

2.2" "管段預制

大多沉管自身質量與體積較大，結構相對復雜，且大多為曲線管段，對沉管預制的幾何尺寸要求較高，為此必須采取分節預制。只有精準的確定沉管預制尺寸，才能保證管段后續施工質量。

在管段預制的過程中，不僅需要滿足結構的外力要求、干舷高度以及抗裂性能，還需要保證管段沉放和對接過程所需的臨時結構以及各類預埋件的質量。為了保證較好的防水效果，在對管段施工縫進行處理過程中，必須采取有效的防水措施。

2.3" "干塢施工

作為一種特大型臨水基坑，干塢地質大多相對較軟，地下水位相對較高，基坑深度和寬度都較大。干塢是隧道基坑結構的重要組成部分，是管段預制的施工作業場地，需要使用的時間較長。從干塢開挖到澆筑施工完成，必須保證基坑的穩定和安全，進而保證整個項目的施工安全。

3" "沉管法施工技術

本文涉及工程需要應用沉管法施工工藝，工藝中涉及到的管段，需要在南岸軸線干塢內完成預制。具體的施工流程見圖1。

3.1" "沉管管段預制

3.1.1" "管段結構

本文涉及工程的沉管需要分4節完成預制，分別為E1管段、E2管段、E3-1管段、E3-2管段，這4節管段的長度分別為85m、85m、80m、5m。管段斷面結構為矩形箱式結構，斷面尺寸為36.5m×9.66m，頂板厚度為1.34m，底板厚1.39m，中隔墻厚度為0.6m，外側墻厚度為1.0m。管段抗滲等級為S10，混凝土強度等級為C40。

3.1.2" "施工流程

隧道岸邊段N1連接井施工過程可能會給附近塢底產生不均勻沉降的影響，所以沉管管段預制的順序設置為E3-1

→E3-2→E2→E1。

管段在預制過程中注意要分段預制，每小段管段的混凝土澆筑分2次澆筑過程，分別為：外側墻和頂板以及底板與中隔墻[1]。三節管段施工過程采用3套6臺模板臺車同時進行施工，E3-2管段需要應用滿堂支架。管段外墻模板應用的為鋼框整體鋼模板，廊道應用滿堂支架、竹膠模板。混凝土運輸采用泵送的方式，需要澆筑時，用泵車將混凝土輸送至澆筑地點進行澆筑。

3.2" "岸拖浮運

考慮到海河隧道所在位置，海河南北岸距離較短，寬度為243m，管段浮運壓力較小，采取岸拖浮運的方式完成管段運輸。先在海河南北岸設置卷揚機，發揮動力牽引的作用，將3節管段按照一定順序拖浮到沉放位置。

再在沉管頂部位置設置浮駁，并遵循對稱的原則，緩慢向管段內壓載水箱加水，配合定位系泊錨塊移動錯位的管段。最后利用沉管下沉，調整管段，直至管道就位完成安裝。

3.2.1" "沉管岸拖浮運的準備工作

為了保證沉管浮運的效率和質量，在正式開始浮運管段前，應在干塢內開展水密性檢驗和試浮試驗，調整干舷值，避免沉管漂移。同時，檢查管段一次舾裝件安裝情況，確保止水帶保護罩、吊索、拉合座、滑車、導向裝置等構件安裝就位，進排水管道系統、照明系統及通風系統也處于正常狀態。

此外，還要檢查各個沉管沉放設備，確保各施工設備數量充足、性能穩定、精度達標，起重船、超聲波測距儀、卷揚機、鋼絲繩、浮駁等沉管沉放設備均已就位。

結束沉管預制施工后，測量人員要在沉管施工南北岸封門附近布置4個測量點，根據施工圖紙測量定位沉管位置。測量完畢后應復核檢查，確保定位的精準性。設置2條水平連通管，并在沉管內部的邊隔墻面上安裝測量標尺。將傾角儀安裝至人孔附近隔墻預留孔洞上，監測測量沉管位置，標記沉管狀態。在沉管頂板表面上測量放線，先標記控制點形成軸線，并設計4個監測點，測量監測沉管的位移和沉降量。

選擇在干塢塢口位置安裝浮尺，如實記錄管段拖浮和沉放施工中的水位變化情況。結合海河航道斷航公告，并在施工區域的上下游位置布置警戒船，避免在開展浮運和沉放施工過程中出現船只干擾作業。通過控制海河閘門的方式調整作業水位，保證施工過程中水位大沽高程為0.8～1.0m。加強與氣象部分的溝通和聯系，密切關注天氣情況，確保最佳施工時段，避免極端天氣干擾浮運、沉放及對接施工，影響施工質量。

3.2.2" "沉管岸拖浮運

每一節管段上布置6個控制點，并在干塢塢口南北兩側岸壁結構上設置2臺卷揚機，控制沉管管段和帶動管段浮運。當管段前端頂部移動到北側干塢塢口時，采用錨艇拖拉牽引纜索。將纜索固定在管段前端上，利用岸壁上的卷揚機拉動管段，使得管段沿著軸向方向向前移動。

當管段浮運到干塢外時，海河北岸的纜索繼續控制沉管管段，使管段向前移動，并配合兩側的固定船只和干塢塢口的纜索牽引管尾，調整前進方向，到達沉放和對接施工現場，完成浮運作業。

在不同浮運段內，沉管管段的前進浮運速度略有不同，干塢內浮運速度不得超過0.5m/min，而在干塢外浮運的浮運速度不得超過1.0m/min。

3.3" "沉管基槽浚挖施工

3.3.1" "挖泥施工工藝

浚挖分區分層。沉管基槽浚挖采用的開挖方法如下：分段分區、立面上分層，具體施工時，分3段進行基槽開挖，控制每段基槽長度約為90m，涉及到兩岸相接位置的施工需要和接頭施工一起進行。每段基槽開挖施工時需要按基槽斷面分層進行。開挖過程中注意立面上分層，逐漸加大施工深度，一般來說，控制每一層的施工深度不超過2m。

布設挖條導向標必須根據挖槽以及船舶的相關狀況，采用右邊對標和左邊對標的施工方法。基槽底部需要控制在底寬線位置，為了保證基槽施工精度，施工到基槽位置時，需要用三角標加以標記。每間隔10m的位置以及浚挖起、止位置需要設置立里程標，與船上的標記互相配合，控制向前移動的距離。

挖泥船完成就位方法如下：船艏將八字錨拋下，遷移方向憑借前左（右）錨進行控制，基槽方向和所拋方向的夾角在35～45°。船艏橫移方向憑借前右（左）錨進行控制，挖槽方向和所拋方向的夾角為45°，船尾橫移方向憑借船尾拋交叉錨進行控制。

挖泥船在施工過程中，要嚴格遵守電子圖形顯示系統的指示，分條分段開展開挖，同時控制條與條的搭接寬度約為2m。為了使疏竣區槽底平整，控制開挖深度約為0.3m。完成基槽開挖后，對基槽開挖質量進行驗收，防止基槽出現淺點。

在基槽進行驗收的過程中，定位船艏艉布八字錨需要橫向設置在需驗收的基槽位置。定位船沿基槽縱向進行移動，控制每次移動的距離約為6m，一旦刮刀檢測到障礙物存在，立即安排潛水員進行探摸，進而確定障礙物的距離位置。

施工過程需要投入的作業船只需要根據回淤速度數據及特點進行確定，而回淤速度則通過回淤實驗確定。初步確定清淤方法以及清淤船只，將基槽地面進行合理的平整。在沉管段浮運之前進行二次清淤施工，間隔時間不宜過長。

3.3.2" "臨時鋼管樁施工

鋼管樁沉放施工主要應用的機械為振動錘，該振動錘可以提供45t的定向振動力，基本可以達到施工要求。起吊設備為自身質量為30t起重船。起重船完成拋錨定位后，一般先憑借鋼管樁重力插入到覆蓋層中，待樁身穩定后，憑借浮吊吊上振動沉樁機夾住鋼管樁，開始振動沉樁機，直到沉管完成就位。

鋼管樁進行沉放的過程需要注意以下內容：控制樁中心軸和振動錘中心處于同一直線，連續下沉每一根樁，中間不能停頓，防止土的摩阻力增加，阻礙下沉施工。在沉放施工過程中，必須加強觀測，控制鋼管樁偏位<10cm，樁頂高程不能超過5cm，垂直度<0.1%。

打樁過程中需要注意：開始打樁控制振動錘的振動力要偏小，振動時間不宜過長，以保證振動壓力瞬間傳遞給樁身，鋼管樁插入土層具有較好的垂直度。待鋼管樁的垂直度符合相關要求，且狀態穩定后，方可恢復正常的振動頻率，直到鋼管樁達到設計深度。

3.4" "沉管段浮運沉放對接及基礎處理施工

3.4.1" "管段基礎處理

基礎處理是沉管法隧道施工中較為重要的施工環節，該環節能否保質保量的完成，直接關系到管節的沉放安裝質量，進而影響隧道完成建筑后的運營情況。基礎處理一般包括兩個部分：一是管節沉放以前的基礎處理，其中包括基槽開挖、基槽清淤、基槽驗收。二是沉放后的基礎處理。本文涉及沉放后的基礎處理，主要指40cm的注漿以及60cm碎石墊層等工作。在管段進行注漿施工前，先進行管段的鎖定回填工作。

3.4.2" "最終接頭

在E3-1+E3-2沉放前施工前，需要安裝止漿帶。E3-2管頂施需要設置臨時圍堰，管段澆筑混凝土分兩側進行填充，在南側岸邊段和E3-2之間需設置水下臨時鋼支撐。E3-2管段一般在管內底部完成注漿。對南側岸邊端面和E3-2管段的混凝土表面來講，鑿毛清洗需要按照后澆帶施工縫具體要求進行。嚴格按防水設計要求施工，做好施工縫防水工作。

將最終兩側的鋼筋連接起來，鋼筋之間的焊接必須嚴格按照相關施工工藝要求進行，并嚴格按相關驗收規范進行驗收。完成最終接頭混凝土的澆筑，對接頭兩端混凝土表面充分清洗。

3.5" "基槽回填

基礎注漿完成后，為了保護管節，同時也為了保證管節處于穩定狀態，立即開展管外拋填施工。拋填施工從下向上進行，沉管面層1m厚拋石回填、管兩側一般基槽回填。

4" "結束語

綜上所述，中央大道海河隧道工程是國內首座在軟土地質、高震區條件下建設的沉管隧道，通過對管段柔性接頭體系進行分析、管段預制及浮運沉放、干塢穩定性分析、護岸結構穩定性分析等關鍵技術進行總結，為合理地進行工程設計和和優化施工工藝提供了科學依據，可為今后類似工程提供參考。

參考文獻

[1] 王廷伯.寧波象山港海底隧道方案比選研究[D].西安：長安大學，2007.