沉管隧道技术的重点难点与经济分析

文｜广州市市政工程设计研究总院有限公司 任斌

项目建设能够完善天河区、海珠区路网结构，有效缓解珠江南北既有桥梁的交通压力，提高珠江南北交通通行能力，改善道路拥堵状况，也是广州市积极推进城市化进程，加快实现“东进”发展战略的重要举措，项目建设是十分必要的。

一、工程规模

工程全长1547m，其中沉管段长492m，管段双向6车道，横截面宽度为30.40m，高度为8.70m，截面面积为264.48m2。

二、技术重点分析

1.沉管浮运安装

沉管浮运与潮水、流速、风速及封航时间等外部环境息息相关，直接影响着沉管浮运、安装的成果，而沉管浮、安装又是工序繁多、多人参与、多设备配合的一项工作。而沉管一旦起浮运出坞，若在浮运过程中出现错误，将会带来巨大的负面影响。

2.沉管基础处理

沉管基础处理的质量直接关系着隧道运营的质量与安全，合理安排灌砂的顺序及准确判断砂盘是否最终形成是沉管隧道基础处理的关键。

3.隧道施工范围内管线的保护

本工程有高压电塔、地下电缆及其他未知地下管线分布，施工前，必须做好保护工作。

三、技术难点分析

1.地铁四号线的保护

在进行混凝土自拌时，需要选择抗压强度较高的硅酸盐水泥，比较常用的水泥类型有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，不管采用何种水泥，水泥的强度都需要高于42.5MPa，如果低于这个强度，则不能作为自拌混凝土的搅拌材料，以避免抗压强度不足。选用的搅拌粗骨料和细骨料，也应当从增强喷射混凝土抗压强度出发，挑选坚硬耐久的材料，比如粗骨料可以选用碎石或者卵石等，这些石料的硬度高，能增强骨料坚硬程度，细骨料则可以选用中砂或者粗砂。粗骨料的粒径需≤15mm，细骨料的模数则要≥2.5m。需要特别注意的是，不能选择具有潜在碱活性骨料，且在使用碱性速凝剂时，要确保石料中不含有二氧化硅。速凝剂的掺量也必须严格控制，根据水泥用量，按照其3%或者5%掺入，在掺入前，施工人员首先需要将速凝剂和水泥做适应性试验，观察二者的适应情况，初凝≤5min，终凝≤10min，即符合标准。

2.沉管预制大体积砼质量控制

本工程混凝土设计要求为C40（抗渗等级S10），属常规强度、高抗渗等级混凝土，结构设计基准年限100年，混凝土喷浆时需注意喷浆支护，常用的支护有放坡开挖、土钉墙、复合土钉墙、拉森钢板桩、灌注桩与锚索、重力式水泥土挡墙、地下连续墙、SMW工法等几种，土层较好且场地开阔的坡面适用放坡开挖，开挖时注意附近有无重要建筑物或者地下管线，放坡的高度应＞5m，如果坡面的开阔度足够，则以最大坡度为作业目标，坡面的软土地区需做好回护工作，放坡时尽量增加坡脚反压，坡体中的水体需要及时引出，避免影响支出，可采用降水、截水或者泄水的方式来减少坡面残留水体。如果坡面不够开阔，则使用土钉墙，而软土层区域或回填土区域则使用复合土钉墙。基坑较深的区域，可使用拉森钢板桩或者灌注桩，如果是差土层，还需使用锚索控制变形，一些较难施工锚索的区段，可用钢筋混凝土内支撑方式或者大冠梁支护替代。淤泥质土区域，可使用重力式水泥土挡墙，而地质条件复杂，基坑深度大的区域，可使用地下连续墙等。

四、施工组织设计

本项目沉管段长492m，纵向分4段在南岸独立干坞内分两次预制，管段按预制及浮运长度组成123+117+（3.5+123）+123m共4节，依次编号为E1、E2-1、E2-2+E3和E4；其中E1、E3、E4预制长度均为123m，E2-2为短管节，长度为3.5m，E2-1长度为117m。E2-2和E3在干坞内预先拉合，形成一体进行浮运沉放；最终接头设置在E2-1和E2-2之间，长度2.5m，为水中接头。

本项目沉管隧道施工是关键工序，沉管预制是工期控制的重点，其他主体工程也应尽早进行，为第一批沉管安装创造有利条件。

根据施工顺序的安排，具体施工部署如下：

第一阶段：海珠段因施工便道影响，需尽快完成1期交通疏解工程及钢栈桥搭设，解决施工便道问题，并尽快启动干坞工程施工。交通疏解2期、3期则为相对独立单项工程，对隧道主体工程影响较小，待1期交通疏解完成后，可依次安排进行。

第二阶段：干坞施工完成后，进行沉管预制。因沉管预制工程是工期控制重点，根据进度计划要求，拟投入沉管预制主要资源配置为：2台TC7030B塔吊、2台25+5吨龙门吊（干坞内沉管预制）、3台5吨龙门吊（钢筋加工区）、2台50t轮胎吊机、台车模板4套（每个管节各配备2套）、侧墙模板2套（每个管节各配备1套）、底桁架模板4套（每个管节各配备2套），确保沉管预制在计划工期内完成。沉管按E4→E3+E2-2→E1→E2-1的顺序进行预制。

第三阶段：海珠围堰施工，因第一节沉管安装在天河段，故海珠围堰施工进度压力相对较小，拟在天河段围围堰完成后进行施工。

第四阶段：石磷桥涌改道工程是制约海珠工区隧道暗埋段及敞开段工程施工的关键，须优先进行施工，待河涌改道完成后，对原河涌进行回填和围蔽；然后进行隧道基坑支护工程、基坑开挖及主体结构施工；主体结构施工原则上由北向南方向进行；同时要先施工排水泵房，后进行隧道结构施工。

第五阶段：海珠工区隧道接头段暗埋结构施工完成后，进行隧道回填及堤岸沉箱素砼基础施工，同时施工岸上钢封门及临时防洪堤。

第六阶段：拆除海珠围堰、沉管接头处基槽开挖，进行沉管E1与岸上隧道暗埋段的对接。同时施工剩余岸上结构及回填。

第七阶段：E1、E2沉管与海珠暗埋段接口主体对接后，施工剩余隧道暗埋段、敞开段结构及两侧回填料施工。

第八阶段：沉管出运完成后，进行干坞的回填，坞口及隧道两侧堤岸恢复施工。

五、经济分析

结合上述沉管隧道技术重点难点分析结果，根据详细的施工组织设计及工程图纸，依据广东省现行的市政工程计价体系和定额分析，沉管隧道的技术经济指标见表1（仅为建筑安装工程费用指标）。

六、结论与建议

河床演变对沉管隧道而言是至关重要的，它直接影响到隧道的埋深、造价和运营后的安全。隧道的埋深必须考虑到下切的影响，隧道的顶面标高必须在河床面以下，且应该有一定的保护层厚度，对此还需要结合地形地质条件进一步分析论证，同时要重视航道、水利、地铁保护等行业主管部门的基本要求，有效把控项目的重点、难点分析，才能更好地控制好项目投资。