沉管隧道发展及关键技术

CompanyLOGO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1.沉管法隧道发展2.沉管法隧道关键技术3.1）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国家（地区）数量国家（地区）数量美国25.5俄罗斯1荷兰22英国2日本20澳大利亚1德国7希腊1加拿大2.5古巴1法国5西班牙1瑞典2中国6比利时3香港地区5丹麦3爱尔兰1阿根廷1韩国1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ØRESUND0m20m40m-20m-40m-60m-80m-100mImmersedtunnel3.24kmMarineclayAlluvialdepositsRock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-GeojeFehmarn-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序号目前状态隧道名称所在地建设年代1建成珠江隧道广州19932甬江隧道宁波19963常洪隧道宁波20024外环隧道上海20035仑头-生物岛隧道广州20106生物岛-大学城隧道广州20107在建海河隧道天津沉管段已完工8沈家门海底隧道舟山沉管段已完工9洲头咀隧道广州2007开工10佛山汾江路南延线工程隧道佛山2010开工11港珠澳大桥珠海2010年开工12南昌红谷隧道南昌拟13年12月开工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40~50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)名称管段外包宽度管段外包高度管段长度顶、底板厚度内孔净宽内孔净高外墙、内墙厚度允许误差+5～-10mm+5～-10mm+30～-30mm+0～-5mm+0～+10mm+0～+5mm+0～-10mm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15~18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。岸上段沉管段接头3.沉管法隧道关键技术接头钢管桩上部为Φ1040mm的钢管、下部为钢筋笼，整体吊装入Φ1100mm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。岸上段沉管段沉管段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。前进方向驳船推船沉管管段驳船推船驳船驳船顶推浮运方式沉管管段B1拖轮A拖轮B2拖轮B3拖轮B4拖轮前进方向拖轮浮运方式沉管管段前进方向拖轮带动力驳船带动力驳船8000P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：管段驳船驳船管段驳船驳船抗吊法将沉放管段起重船已沉放管段起重船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止推钢撑水面2.5m止水钢板止水带接头基础处理水下最终接头施工工艺：E3-2管段E2管段E3-1管段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CompanyLOGO