内河大流速高位差沉管隧道的五大关键

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应用于南昌红谷隧道工程的“内河大流速高位差沉管隧道关键技术”项目实现了多项关键技术突破，对解决江河中游水位季节性变化、水流速度的非均匀性、预制管节浮运的复杂性、预制管节间对接的准确性、沉管隧道基础质量保证的不确定性等因素，意义深远，有效提高了江河沉管隧道施工的安全性、可靠性、高效性。

关键技术一：首创了后建城市过江通道的生态设计方法

干坞结合规划水上乐园设计，提升了永临结合的工程价值。该创新技术解决了城市核心区用地困难、内河长距离浮运的难题，提出了双子坞干坞方法，实现了10节以上多管节流水化预制、沉放；建立了完善的沉管隧道干坞技术体系，解决了城市建筑密集区内河沉管隧道修建可行性的难题，降低了对环境的影响。

水下双燕型立交与设备用房综合设计，创新了水下空间开发，避免了房屋拆迁与沿岸生态破坏。沉管法隧道埋深浅的优势，保证了隧道主线与东岸临江3条主干道路顺畅衔接，实现了隧道接线及交通功能的最优化；两岸零房屋拆迁，解决了先建城市、后建通道存在的巨大拆迁难题；综合利用水下立交结构间设置了国内首座水下疏散避难大厅，南北互通，解决了多匝道接线分合流区域防灾疏散的难题，疏散出地面距离减少至不足200米，计算疏散时间474.8秒，缩短至292.5秒，降低了市民疏散恐惧心理；同时利用地下空间空隙设置了隧道设备间。整体较桥梁通道形式节地200亩以上，综合效益突出。

关键技术二：创建了内河整体式管节沉管隧道设计理论与方法

创建了整体式沉管隧道管节接头刚度计算理论。基于受力平衡和变形协调原理，建立了表征沉管隧道整体式管节接头构造特点的力学模型，创立了一整套表征沉管隧道整体式管节接头刚度的理论解析表达式，开发了沉管隧道整体式管节接头力学性能及变形特征试验技术，研制了多维多向自平衡式加载反力装置，通过国内外最大比尺（1：5）的管节接头物模试验验证了理论有效性，为管节接头各构件的精细化设计提供了理论支撑。

创新了沉管隧道灌砂垫层最终沉降非线性计算理论。基于多工况物模试验，揭示了灌砂压力与沙盘扩散半径间的规律，创新了综合考虑沉管隧道工艺特点修正后的隧道最终沉降非线性计算理论，提高了沉降计算的准确性，避免了传统方法计算最终沉降量低估50%～100%的问题。

此外，国内首次采用了异地双子坞的干坞设计方法，开创了固定式干坞连续批量预制整体式管节的先河，解决了季节性河流预制与浮运衔接的难题。

沉管隧道关节接头细部构造图

整体式管节接头刚度理论与试验模型验证

关键技术三：创建了内河大流速、复杂流场条件下的沉管隧道施工技术体系

自主研发了内河沉管施工船机与装备，如改装拖轮、沉放船、灌砂船、顶推架、调节盖等。其中，研发的具有精准定位、实时监控、动态调整等功能的专用沉放船，解决了在内河河道狭窄、水文复杂、窗口期短等条件下的管节沉放难题，将管节沉放周期由2天至3天缩短至1天至2天。

发明了“绞拉”“绑拖”结合的沉管浮运方法，实现了浮运流速限值从每秒0.6米提升至1.2米，顺江偏差小于2米的精准浮运，首创了横江浮运、穿小净跨桥梁、定点旋转、漂浮系泊等姿态稳控方法。其中，沉管管节浮运拖带船舶选用全回转拖轮，一部分拖轮在沉管管节侧边旁拖，另外一部分拖轮在沉管管节管首或管尾吊拖，且采用“拖轮+管面绞车+工程船绞车+重力锚块+岸控地锚”相结合的方式，实现了每秒0.6米或以上的大流速条件下进行管节出坞接拖（系泊转换至拖带）、顺隧道轴线进入沉放区（拖带转换至系泊）、大流速条件下（每秒1.2米至2.0米）回旋区内管节浮运的安全调头。

构建了管节快速、精准沉放与主动纠偏对接技术，贯通轴线偏差19毫米。项目组为解决高位差下管节对接控制难题，设计了尾部千斤顶调整沉管尾部垂直高程，首部制作安装了主动调节管节首部高程、轴线方向的纠偏装置调节盖；沉放过程，横向调节缆固定轴线，尾部锁定，加重管节抗浮系数，加大底部摩擦实现沉管管节水下纠偏。

限位拉杆解决了枯水期沉放管节弹开的巨大风险

关键技术四：构建了沉管隧道智能监控、水下检测等安全质量保障体系

研发了可视化水下BIM监控系统。针对传统沉放监测过程数据冗长繁杂、不够直观等现状，采用全站仪、GPS及姿态仪，自动采集管顶安装的测量塔点位姿态，定位水下管节位置，并可实时传送至可视化处理的监测系统，指导管节高精度沉放。工智能测控系统（软著登字第1757120号），解决了传统方法不能实时监控管节水上浮运线路、水下沉放与对接姿态导致施工偏差大的难题。

采用冲击映像法、全波场相结合的检测法，创建了沉管隧道灌砂垫层无损检测方法与填充效果评价体系。其中，研发的沉管隧道基础灌砂1：1模型试验平台装置及试验方法，该试验平台为目前国内规模最大的全尺寸足尺灌砂模型试验平台，最大限度模拟了实际灌砂基础过程，减少了试验误差，保证了灌砂试验结论的先进性科学性及可靠性；构建了冲击映像法与全波场法相结合的无损检测评价体系。

关键技术五：研发了膜袋砂+多型式防渗墙围堰与深大基坑群水陆接线工程综合施工技术

发明了便于恢复的临时坞口围堰施工方法及围堰结构。上游利用坞口拆除时的土方填筑丁字坝，使坞口恢复区域处于低流速区，陆上推填河砂和浮驳抛填砂形成砂芯堰体，实现坞口快速合拢，坞口外侧采用2米厚膜袋砂护坡，坞口内侧现浇钢筋网片混凝土护坡，堰体采用三轴水泥搅拌桩+塑性混凝土防渗墙帷幕止水，堰顶采用粘土防渗墙止水。该施工方法首次应用于国内干坞坞口围堰恢复，加快了坞口围堰施工进度，适用于类似工程围堰快速合拢的工程施工。

研发了塑性混凝土防渗墙和钢筋混凝土挡墙相结合的防渗系统。针对施工工期短，围堰防洪要求高，通过精细化数值模型，分析了不同坡率和水位差下大型围堰的变形规律和稳定特性，构建了塑性混凝土防渗墙和钢筋混凝土挡墙相结合的防渗系统，发明了由充砂长管袋填筑的堰体、由膨润土塑性混凝土墙和扶壁式钢筋混凝土挡墙组成的防渗体系以及堰体内外边坡防护体系的快速施工方法，实现了有效防洪。

此外，项目组还研发了“X”型偏压基坑支撑系统及钢管堵头桩干割除技术体系，构建了临江大跨度基坑群快速、安全施工方法。首创了沉管隧道堰内基坑钢管堵头桩“干割除”法。