天津海河沉管隧道管段分节方案比选研究

谢 新

（天津市海河建设发展投资有限公司，天津 300010）

1 工程概述

沉管法[1]是指在干坞内或大型驳船上先预制管段，再浮运到指定位置下沉对接固定,进而建成过江隧道或水下构筑物的施工方法，采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道[2]。沉管隧道自诞生以来，已经在美国、荷兰、日本等国家得到广泛应用。我国修建沉管隧道起步较晚，但是发展迅速。目前已经建成的沉管隧道有宁波甬江隧道、宁波常洪隧道、广州珠江隧道、上海外环隧道[3]、广州仓头-生物岛隧道、广州生物岛-大学城隧道[4][5]，在建的有广州洲头咀隧道、舟山沈家门海底隧道、佛山汾江路南延线东平河隧道、港珠澳大桥海底隧道。

天津滨海新区中央大道是滨海新区中心商务商业区的南北向中轴线，中央大道海河隧道是沟通滨海新区商业商务区海河南北两岸的重要通道,隧道全长3463 m，其中穿越海河段采用沉管施工工艺。

为充分利用地下空间，发挥各市政管线系统的社会效益、经济效益和环境效益，中央大道海河隧道在沉管段和两侧连接段为两孔三管廊结构，两孔为车行道范围。三管廊为综合管廊，用于放置过境的电力、热力、给水、通讯等综合管线。综合管廊的设置体现了设计理念的科学性和先进性。断面全宽36.6 m，高为9.65 m。其中底板厚1.40 m，顶板厚1.35 m，外侧墙厚1.0 m（见图1）。

图1 海河隧道横断面图（单位：cm）

沉管隧道的管段长度与分节数的确定，须综合考虑管段制作、接头数量、拖运沉放、河道通航条件、河床形态、纵剖面线型拟合、管段受力和合理性、工程的经济性，以及工期等因素后确定。本文将详细比较分析不同管段分节方案的优缺点。

2 管段分节方案

根据海河隧道工程建设场地现状，干坞设置在沉管隧道北侧。沉管管段先沉放北侧，由北向南依次沉放，其岸边最终接头在南侧。结合上述施工工工艺和工序，本文对管段分节设置提出两节管和三节管两个方案。

2.1 方案一：两节方案（见图2）

图2 两节方案分节示意图

两节管段的方案，沉管段工程设计起止桩号为K28+517.400～K28+757.400，全长 240 m，由 2节预制管段组成，管段长分别为120 m和110 m+10 m。北侧管段进岸长度约8 m，南侧管段进岸长度约18 m。

2.2 方案二：三节方案（见图3）

图3 三节方案分节示意图

三节管段的方案，沉管段工程设计起止桩号为K28+492.000～K28+747.000，全长 255 m，由三节预制管段组成，管段长85 m、85 m、80 m+5 m。北侧管段进岸长度约20 m，南侧管段进岸长度约40 m。

3 管段分节方案分析

3.1 管段平面形态

根据平面推荐线路，方案一管段起讫点里程K28+517.4～K28+757.4，由两节预制管段组成，管段长E1=120 m、E2=110 m+10 m；其中E1管段大部分位于2000 m平曲线段，E2管段全部位于直线段。平面线形对管段制作的影响适中。

方案二管段起讫点里程K28+505～K28+780，全长255 m，由三节预制管段组成，管段长E1=85 m，E2=85 m，E3=80 m+5 m。其中E1管段全部位于半径2000 m平曲线段，E2管段部分位于平曲线段、部分位于直线段，E3管段全部位于直线段。两个方案均为部分管段在直线段上，部分管段在曲线段上。

3.2 河床形态、航道要求

工程所属河段河床呈不对称“V”型，纵剖面线型设计时，设R=3000 m竖曲线，根据航运部门所确定的航道宽度不小于160 m、航道底标高-9.2 m的要求，航道范围内方案一和方案二管顶标高均能满足距航道底边角1 m竖向净距的控制要求。

3.3 干舷高度

沉管隧道的设计与施工除了必需满足结构空间和受力要求以外，还应同时考虑隧道管节在水中拖运和沉放的干舷高度等因素。在沉管隧道管段设计中，干舷高度的计算与其允许值是沉管隧道的外形尺寸的控制性因素[9]。

本文提出的两个方案中，方案一管段干舷高度适中；方案二由于管段长度的减小，导致管段干舷高度略小，但是也满足施工及安全要求。

3.4 干坞位置选择与规模

该工程干坞坞址选择有蓝鲸岛干坞、轴线干坞和移动干坞等方案。干坞坞址及规模的选择与管段分节数量和管段长度密切相关。管段数量少，可以减小干坞规模。但是管段分节长度小，又有利于干坞选择的灵活性。同时干坞坞址的选择还应结合周边地形地貌及后期开发利用等因素。

3.5 拖运、沉放、接头费用

方案一单节管段长度达120 m，如选用蓝鲸岛干坞则需要单独清理河道。如选用移动干坞，则对驳船要求需提高。而方案二单节管段仅85 m，拖运和沉放的均较为灵活。

尽管多设一节管节，就得多增加一组接头等附属设施等，增加了附属设施费用。但是两管段方案对干坞位置的选择具有一定局限性，而三管段方案增加了干坞位置选择的灵活性。

3.6 管段接头位置的合理选择

线路沿线河床形态、地形标高等资料显示，近岸侧管顶覆土厚度变化急剧，江中管顶覆土厚度相对较为平缓。管段进岸长度过长，则由于近岸覆土厚度急剧的变化，易造成管段纵向受力的不均匀，且可能会造成与相邻管段接头部位产生较大的变形，加大接头处理的难度。

经过综合比较，确定方案一北侧管段进岸长度约8 m，南侧管段进岸长度约18 m。方案二北侧管段进岸长度约20 m，南侧管段进岸长度约40 m。

表1为管段分节方案综合比选汇总表。

表1 管段分节方案综合比选汇总表

4 结论

本文分别从管段平面形态、河床形态与航道要求、干舷高度、拖运沉放、干坞规模及管段接头位置等多方面比较天津中央大道海河沉管隧道两节管段和三节管段两个方案的优点与不足。考虑到工程特点，推荐三节管段的方案为工程实施方案。

[1]陈韶章.沉管隧道设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]王艳宁，熊刚.沉管隧道技术的应用与现状分析[J].现代隧道技术，2004，（4）:1-4.

[3]上海市建设和管理委员会科学技术委员会.外环沉管隧道工程[M].上海：上海科学技术出版社，2005.

[4]傅琼阁，沉管隧道的发展与展望[J].中国港湾建设，2004，（5）：53-58.

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[6]唐英，管敏鑫，万晓燕.沉管隧道接头的理论分析及研究[J].中国铁道科学.2002，23（1）：67-72.

[7]杨秀军，石志刚，颜静仪.沉管隧道防灾救援系统研究[J].地下空间与工程学报，2012,8（7）：1571-1575.

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[10]陆海军.沉管隧道主体结构设计关键技术分析研究[J].隧道建设，2007,27（1）：46-50.