沉管隧道建设关键技术控制的探讨

李树光等

[摘要] 本文是根据沉管隧道建设管理的先进技术，对水下沉管隧道建设关键技术控制进行深入研究，为后续水下沉管隧道的建设管理提供参考，对于移动干坞方案的技术可行性分析和沉管隧道建设经验及教训总结。

关键词：沉管隧道 建设 关键技术

1 沉管隧道建设关键技术控制研究工作简介

仑头隧道和官洲隧道是经过仑头-生物岛-大学城的主要通道，于2010年8月31日建成通车，此项建设工程荣获2012年国家市政金杯奖 。其中仑头隧道（仑头-生物岛）在国内首次采用移动干坞预制沉管管段工艺，即利用半潜驳作为沉管管段的制作平台，管段预制完成后通过拖轮将半潜驳拖航到隧址位置沉放对接。这项新技术的成功应用是沉管隧道发展史上的一项革新。官洲隧道（生物岛-大学城）采用传统的轴向干坞浮运沉放对接。

1.1 沉管隧道建设关键技术控制研究工作的意义

沉管隧道建设研究，对水下隧道建设管理工作具有较好的实用价值，特别对沉管隧道建设提供参照性的技术指导经验。隧道建设方案的选定，既要求节约投资和相关资源，又保障交通畅通和安全，产生较高的社会意义和经济效益。通过收集沉管隧道关键技术相关资料，吸纳了外地水下隧道建设管理的先进经验，为后期水下隧道建设管理研究建立良好的技术支持。

1.2 沉管隧道建设关键技术控制研究内容：仑头隧道和官洲隧道建设管理，以科研与工程建设相结合，通过对沉管隧道技术进行针对性研究。

2 沉管隧道建设管理关键技术控制研究

仑头—生物岛—大学城隧道工程位于广州市的东南部，隧道为双向4车道，工程含两条过江隧道。工程总造价约为15.53亿元，2003年立项开始建设，于2010年8月建成通车。

本工程分为水中段和岸上段，其中水中段分别穿越仑头海和官洲河，岸上段分为仑头段、生物岛段、大学城段。主要施工内容有：仑头海水中段采用移动干坞法进行管段预制施工，官洲河水中段采用轴线干坞进行管段预制施工，其基础为水下爆破开挖到岩石，管节预制完浮运沉放对接后基础灌砂。

2.1 沉管隧道技术特点综述

2.1.1 沉管法隧道及其传统工法

早期沉管法隧道采用传统工法固定干坞工法，其具有工艺成熟，施工安全、质量可靠，便于组织施工等优点，但修建干坞征地面积大、造价高、工期长；征地、工期与造价之间难于寻求更合理的解决方案，一直是制约沉管隧道更广泛运用的主要因素；目前建成通车的一百多座沉管隧道，通常都是采用固定干坞工法施工的。

2.1.2 移动干坞新工法

移动干坞工法是利用半潜驳或浮船坞的甲板平台和下潜性能，替代固定干坞，作为沉管制作、运输、试漏及出运平台，是为解决传统工法的局限或不足而创新的一种沉管预制及出运工法如下图1。

移动干坞工法包括移动干坞平台及靠泊码头、沉管制作、航道疏浚及拖航运输、下潜坑开挖及下潜、试漏、出运及寄放等主要工序。其关键技术如下：

a移动干坞平台改造及变形控制技术；

b高性能混凝土配制技术；

c大型移动模板的设计与施工技术；

d动态平台的测量技术；

e沉管混凝土的温控防裂及裂缝控制技术；

f复杂航道上的拖航及下潜技术。

移动干坞工法可以充分利用现有的船舶设备和基础设施，不需要另外征地建造干坞，解决了城市临时征地难的问题，与传统的固定干坞工法相比，具有工期短、造价低等优势。如下图2.

移动干坞工法的成功运用，具有重大意义，不仅解决了工程建设的难题和节省了工程造价，而且进一步发展和丰富了沉管隧道工程的设计与施工技术，实现了沉管隧道建设史上的重大突破，创造了“隧道船上造”的奇迹，对沉管法隧道的进一步推广应用有非常积极的示范效应。特别是征地困难的工程来说，移动干坞工法具有明显的优势。避免了因干坞开挖对周边环境造成破坏，既节省工程成本和时间，又加快了工程建设速度，因此仑头至生物岛隧道江中段工程采用移动式干坞是建设较佳方案。

2.1.3 沉管管段浮运沉放

管节预制及接口段止推结构完成后，完成岸控系统布设。抽水进干坞内分别进行低、高水位两次检漏。如下图3

高水位检漏完成后，破除坞门，进行临时支撑垫块安装。调节压载水箱水，管段起浮、出坞；坞外基槽内临时系泊，进行二次舾装并方驳就位，调节干弦值。

坞内临时系泊，进行拖航前的系缆等准备工作；以岸控拖航为主，辅以拖轮导航；高水位检漏完成后，破除坞门，进行临时支撑垫块安装。调节压载水箱水，管段起浮、出坞；坞外基槽内临时系泊，进行二次舾装并方驳就位，调节干弦值

双方驳提供足够的浮力；通过调节水箱压载水以提供负浮力进行下沉，同时通过方驳提供的浮力以控制下沉速度；沉放过程中通过测量系统实时定位系統以保证精确定位。如下图4

2.2沉管隧道关键技术控制

2.2.1半浅驳测量控制

采用半潜驳船作为移动式浮船坞完成大型结构预制件的制作，在移动干坞上制作管段，技术上所存在的主要困难在于测量控制系统的建立。沉管管段制作的精度要求较高，在活动的船上制作管段，制作精度的控制是保证工程成败的关键。在不稳定的半潜驳上进行测量工作，不可能象在陆地上一样以大地水准面为基准。即使在制管前驳船具有较好的稳定性，可以建立满足大地测量基本条件的控制系统。但随着工期的进行，船上荷载不断变化，驳船的稳定性必然会受到破坏，加上船体在荷载会产生各种变形，从而使后续的工作中无法在以已有的控制系统为基准。因此必需建立符合驳船工作条件的测量控制系统。在驳船上设立坐标系统并实施测量是可行的，为减少误差和便于工作，应采用固定支座和基座。从理论上讲，后交法可以用于求解各点的仪器姿态，但需要将各测站的基座调整到统一坐标系统。建立船体坐标系统是一种实用方案，精度可以满足构件制作要求。