沉管隧道发展及关键技术

沉管法隧道技术发展及关键技术,贺维国,2013年9月 昆明,主要汇报内容,沉管法隧道发展 沉管法隧道关键技术 1）广州市仑头生物岛、生物岛大学城隧道工程2）佛山汾江路南延线工程3）港珠澳大桥海底隧道工程 3. 沉管法隧道关键技术 4. 沉管法隧道适用条件,何为沉管法隧道？沉管法是一种水下隧道的建设方法，即：通过预制的方式建造隧道，然后将预制段分别浮运到隧址，然后通过沉放对接的方式，在开挖的水下基槽内将各预制段一节一节连接起来，形成一个贯通的隧道。,1. 沉管法隧道技术发展,沉管法隧道工艺流程,1910年美国建成了第一条底特律河的双线铁路隧道，被公认为世界第一条真正意义上的沉管法隧道，本隧道沉管段由10节长80米的钢壳管段组成。,1. 沉管法隧道技术发展,全世界沉管法隧道最发达的地区主要是北美和欧洲，其次是亚洲的日本，根据国际隧协到1997年的统计资料，世界各国已建、在建的沉管隧道共有108条，目前已超过120条。,1. 沉管法隧道技术发展,各国已建设成沉管隧道统计表,里程牌项目,厄勒海峡是桥隧组合项目，中间通过人工岛实现桥隧间的转换，隧道沉管段全长3.51km，共分20个管节，首次采用了工厂化干坞，流水化方式制作管节。2000年建成。,工厂化干坞,ØRESUND,里程牌项目,ØRESUND,釜山巨济公路隧道长3.24千米，采用节段式管节，最大水深为50米。地基处理分别采用了挤密砂桩、深层水泥搅拌工法改良软海泥层，局部较薄软土采用了换填处理，解决了不均匀沉降问题。2010年建成。,釜山海底公路隧道,里程牌项目,Busan-Geoje,里程牌项目,Busan-Geoje,Fehmarn-Belt,在建的丹麦与德国之间Fehmern- Belt（费马恩）海底隧道，为公路双向4车道+铁路双线的两用跨海通道。隧道总长度20.4km，其中沉管段长18.6km，中部设置一个通风井。,里程牌项目,我国的沉管法隧道技术研究起步较晚，但是发展速度很快。 1994年建成了我国的第一座沉管法隧道广州珠江隧道，1996年建成了第二座沉管法隧道宁波甬江隧道。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，台湾省于1984年建成了高雄港道路沉管隧道。,1. 沉管法隧道发展,处于规划或者前期研究阶段的沉管法隧道还有十余条。包括深中通道工程等。,1. 沉管法隧道技术发展,我国大陆在建或建成的沉管隧道,港珠澳大桥海底隧道工程,港珠澳大桥海底隧道工程,港珠澳大桥海底隧道的几项重要技术： 1）人工岛快速修建技术 2）工厂化预制沉管隧道管段 3）先铺法碎石整平船 4）专用沉放船以及深水区沉放对接技术（无测量塔） 5）深厚软土处理技术,港珠澳大桥海底隧道工程,人工岛采用4050米高的大圆筒依次振冲形成封闭岛体,沉管法隧道的发展趋势：1、隧道越来越长2、水深越来越大3、环境条件越来越苛刻，水流速度大、风浪较大的海洋环境、海洋环境自然保护区4、隧道断面越来越大，多车道、公铁合建等,1. 沉管法隧道技术发展,3.沉管法隧道关键技术,干坞 管段制作 水下基槽开挖与临时航道疏浚 接头、护岸结构工程 管段浮运 管段沉放对接 基础处理 最终接头 结构防水,9项,3.沉管法隧道关键技术,干坞,3.沉管法隧道关键技术,干坞,港珠澳大桥海底隧道工程,工厂化干坞预制场,3.沉管法隧道关键技术,干坞,3.沉管法隧道关键技术,干坞设计,主要分普通固定干坞、工厂化干坞、移动干坞三大类。普通固定干坞、工厂化干坞主要考虑：1）干坞选址，场地情况、管段浮运路线水深情况2）干坞规模，管段分几批预制3）干坞设计，坞底标高、边坡设计（多次进排水）、坞底承载力工厂化还有：浅坞、深坞标高，工厂化流水线设计移动干坞主要考虑1）浮船坞的选择，大小、承载变形能力、浮运稳定性、行深2）管段制作码头3）浮船坞浮运路线及下潜港池设计,干坞,3.沉管法隧道关键技术,管段制作,混凝土配合比试验研究，解决大体积混凝土的防渗抗裂以及浮力设计问题 仑头-生物岛隧道工程 沉管段主体结构：C35、S10，重量：2.36t/m3(-0.01+0.01t/m3) 管段顶防锚层：C20，重量：2.35t/m3(-0.01+0.02t/m3) 管段内压舱混凝土：C20，重量：2.35t/m3(-0.01+0.02t/m3),管段制作几何尺寸允许误差,后浇带,根据管段预制质量及精度要求，管段混凝土采用横向分层、纵向分段进行浇注。纵向根据每节管段的长度进行分段，每小段长1518米，相邻两小段之间设置1.5米的后浇带。横断面分底板、侧墙和顶板两次浇筑。,3.沉管法隧道关键技术,管段制作,系缆桩,舾装设备,管段制作中存在大量的舾装设备安装以及临时结构的施工 为了满足管段浮运、沉放对接的需要，管顶的舾装设备包括：接头拉合装置、系缆桩、人孔、测量塔、控制塔、导向装置、滑轮组、吊点等。,测量塔,吊点,拉合座,滑轮组,人孔,3.沉管法隧道关键技术,滑轮组,管段制作时先将各类舾装设备的底部构件进行预埋，管段沉放前二次舾装时再安装其上部构件。,系缆桩,人孔,吊点,拉合座,舾装设备,3.沉管法隧道关键技术,单柱系缆桩,双柱系缆桩,人孔,舾装设备,3.沉管法隧道关键技术,为了满足管段在浮运、沉放期间整体抗浮的需要，在管段内部设置了压载水箱，水箱采用型钢作骨架，4mm厚的钢板作水箱内模。各管节水箱数量根据抗浮计算确定。,3.沉管法隧道关键技术,压载水箱,3.沉管法隧道关键技术,压载水箱,预应力钢索,上鼻托梁,水密门,端封墙,3.沉管法隧道关键技术,端封墙等,GINA止水带安装,3.沉管法隧道关键技术,3.沉管法隧道关键技术,水下开挖注意：1）开挖方式的选择，尤其是普通开挖与水下爆破开挖的界线2）开挖对环境的影响3）回淤对开挖的影响4）与临时航道改移方案匹配5）沉管隧道基槽开挖的一般要求：分层、分段，不得有浅点等6）临时航道疏浚应注意满足行船宽度、行深及转弯半径要求,水下基槽开挖与临时航道疏浚,接头钢管桩,岸上段和沉管段的接头是沉管隧道设计的的一个难点。 岸上段施工时在接头处需要做临时围护结构。岸上段施工完毕，为了满足管段沉放，接头段需要拆除，然后进行基槽开挖。所以接头段除了要满足前期岸上段施工时的结构安全，还要满足后期拆除的方便、可行。,3.沉管法隧道关键技术,接头钢管桩上部为1040mm的钢管、下部为钢筋笼，整体吊装入1100mm的钻孔中，再水下灌注混凝土至基槽开挖面。接头破除前工人从钢管内部将钢管截断，然后将钢管整体拔出。,接头钢管桩,接头钢管桩平面,接头钢管桩加工,3.沉管法隧道关键技术,护岸结构,沉管沉放前需要进行水下基槽开挖，基槽开挖使基槽两侧的既有堤岸失去保护，也使其原有的基础遭到破坏，从而危及堤岸安全，因此需作护岸结构，这部分护岸结构由于一侧临江，无法设计内支撑。,3.沉管法隧道关键技术,浮运方案与干坞形式、干坞位置有关一般干坞离隧道很近时，通常采用岸控方式将管段从坞内绞移到隧址即可。干坞位置较远时，需全面调查气象、水文、航道情况，研究确定管段的浮运方式、拖航路线等。,顶推浮运方式,拖轮浮运方式,拖轮、驳船组合浮运方式,3.沉管法隧道关键技术,管段浮运,3.沉管法隧道关键技术,管段沉放,常用的沉放方案有三种：,抗 吊 法,起重船沉吊法,双浮驳骑吊法,港珠澳大桥海底隧道工程,专用沉放船,3.沉管法隧道关键技术,管段沉放对接采用在管首设鼻托，管尾设两个垂直千斤顶的三点支撑方式。沉放对接完成后再通过基础处理进行竖向受力的置换，然后拆掉鼻托、及支撑千斤顶。为了浮运沉放的需要，在管段端部需设置临时端封墙，端封墙有钢面板与混凝土面板两种。,上鼻托,下鼻托,支撑杆,上鼻托,下鼻托,3.沉管法隧道关键技术,管段沉放,基础处理,沉管隧道受浮力的作用，沉管段对各种地质条件的适应性强，一般不需专门构筑人工基础，但施工时为解决槽底的不平整问题，须进行基础处理。,本隧道的基础处理采用灌砂法。管段预制时就在其中隔墙和侧墙中预埋灌砂管，管段沉放对接后用砂驳工程船通过预埋的灌砂管灌砂。灌砂盘半径暂定为8米，灌砂压力等参数根据实验结果确定。,3.沉管法隧道关键技术,预埋灌砂管,侧墙上的灌砂管口部,中隔墙上的灌砂管口部,基础处理,3.沉管法隧道关键技术,沉放顺序,E1，55米,E2，67米,E3-2，71.5米,E4，77米,为了加快施工进度，管段沉放考虑从两侧岸上往江中沉放，最终接头设在江中E3-1和E3-2间，采用的是水下最终接头。,最终接头2.5米后浇带,E3-1，4米,3.沉管法隧道关键技术,水面,止水带,接头基础处理,水下最终接头施工工艺：,3.沉管法隧道关键技术,3.沉管法隧道关键技术,结构防水设计,需考虑管段防水与接头防水管段防水包括混凝土自防水、施工缝防水与附加防水层附加防水层，国内最常用的措施是：防水底钢板+墙、顶防水涂料接头防水包括：GINA+OMEGAGINA止水带的选型OMEGA止水带的选型,Thank You !,