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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流常洪沉管隧道关键施工技术概述.精品文档.常洪沉管隧道关键施工技术概述【提 要】：干坞、管段制作、管段沉放、管段基础和管段连接是沉管隧道建设的关键。由于工程建设条件的不同，沉管隧道建设的方法也各具特点。本文根据沉管隧道工程建设的关键技术和宁波常洪隧道工程土软、水浅、淤重等客观地质地理环境条件，介绍了沉管隧道工程的施工技术特点，如干坞边坡稳定和管底基础变形的控制技术、本体防水混凝土管段制作的裂缝和干舷控制技术、管段江中桩基基础的施工和其与管底连接的技术工艺、管段基槽清淤和沉放定位施工技术，以及管段接头连接（包括与岸边段的连接和最终接头）的施工技术
2、等。 在我国，采用沉管法修建大型水底交通隧道的历史不长，工程也较少。宁波常洪隧道是我国大陆第三条沉管隧道，也是国内第一条采用桩基础的沉管隧道。该隧道于1999年6月8日奠基动工，2002年3月正式建成通车。工程建设中涉及的干坞施工、管段制作、基槽浚挖、桩基工程、管段接头和管段拖运沉放等一系列关键技术，直接关系到整个工程的成败。 1 工程规模及水文地质概貌 宁波常洪隧道工程北起江北的宁镇公路与329国道交叉口，南至通途路，全长3540.092m，其中隧道段长1053.5m。隧道过江段采用沉管法施工，长395m，由四节管段组成，其中一节长95m，三节各长100m。隧道纵剖面和管段横断面见图1和图2
3、。 甬江属感潮河流，潮型呈不规则半日潮。根据近隧址处宁波水文站的统计，该处河段的平均高潮位为1.28m，平均低潮位为-0.48m，历年最高潮位3.31m，历年最低潮位-1.72m，最大涨潮流速为1.3m/s，最大落潮流速为1.2m/s。 工程江北段主要穿越灰色填土（3）、褐黄色至灰黄色粘土（）和灰色淤泥质粘土（1）等；江中段隧道将穿越灰色淤泥（1）、灰色淤泥质粘土（1，1），部分遇到灰色粉质粘土（1）；江南段隧道则将穿越灰色填土（3）、褐黄色至灰黄色粘土（）、灰色淤泥质粘土（1）和灰色粘质粉土（2）。场地浅部地下水属潜水类型，-42.13m以上无承压含水层。 2 干坞施工 用于管段制作的干坞选
4、址在甬江南岸的隧址处，坞口轴线与隧道轴线重合。干坞的规模为一次可制作全部（四节）管段，总占地面积约4.3万m2，坞底面积1.9万m2（图3）。 干坞的坞底标高为-7.50m，可满足在一定潮位条件下管段3小时移位至坞口深槽位置的要求。为了保证管段起浮、移位后在坞内舾装、系泊过程中遇低水位不搁底，坞口处设坑底标高为-9.67m的舾装深槽。干坞施工的总土方开挖量33万m3。干坞施工的关键是边坡的稳定和基底沉降的控制。.1 干坞基坑的边坡稳定 根据计算和基坑试挖的结果，干坞分三级放坡，综合坡度为1:3.5，中设两级1.5m宽平台。边坡采用干砌块石水泥砂浆勾缝的护坡方式，并在块石护坡体中设置纵横向钢筋混
5、凝土梗格。 干坞土方施工时的临时边坡控制在1:3左右，中设两级宽度为10m左右的施工平台，分别供2台1.0m3挖掘机将土方向上翻挖；地面再配1台挖机将接力开挖的土方装运。 边坡土体的排水采用石屑倒滤层，并以梗格底角处放置的1m长毛竹排水管作为泄水孔。边坡坡面每级平台上设横向截水沟，与顺坡向排水沟构成坡面排水系统，可及时将坡面汇集的和泄水孔流出的水引排到坞底排水系统中，确保边坡的安全。 为提高干坞边坡的稳定性，减少地下水的渗入，沿干坞周边，在干坞第一级平台位置（-1.10m）处设置一排700mm深层搅拌桩，穿过2灰色粘质粉土透水层作为隔水帷幕。为了保证临江侧干坞边坡和大堤的稳定，临江侧岸壁保护结
6、构采用宽8m的格构型搅拌桩重力式结构。 坞墩结构为满堂搅拌桩，结构周边及中间纵横插入“H”型钢，顶部面层以30cm厚的钢筋混凝土板联系。为加强坞墩和大堤保护结构的连接，避免接缝渗漏，施工时两者之间接缝以锯齿型搭接。 为避免坡脚处开挖过深，将坞底周边的排水管设于距坡脚3.0m处。施工时分段从坡脚处按1:2的坡度放坡开挖并埋设600管道。 干坞施工过程中加强对干坞地表和各平台处的沉降和位移的监测，并应用角点效应的概念，采用角点效应比分析干坞边坡变形和变形速率，以判断基坑的稳定性。当实测的变形量或变形速率比计算值大10%20%时，即报警并采取稳定边坡措施。 2.2 干坞坞底处理 为了避免管段制作因干
7、坞地基变形产生裂缝，干坞施工时对干坞的坞底基础作了换填处理，换填厚度为1.5m。由于坞底基础不但要满足承载变形要求，而且要能消除管段起浮时的吸附力，因此管段下换填基础的上层为50cm的碎石起浮层。管底和道路下的换填基础设计如图4所示。 根据现场试验所得参数进行的三维有限元分析，采用换填基础可满足管段制作时差异沉降不大于20mm的要求。 3 管段制作 3.1 本体防水的混凝土管段结构裂缝控制 混凝土配合比的设计中应用了掺加粉煤灰和外加剂的“双掺”技术，以减少水泥用量，降低水化热，提高混凝土工作性和抗渗性，并可补偿收缩，从而最终达到减少裂缝产生、提高混凝土抗裂和抗渗性的目的。通过对多组配合比的混凝
8、土强度、抗渗、重度、施工性能，以及绝热温升等指标的测定比较，选择了如表1的管段混凝土配合比。 为了达到混凝土配合比的设计要求和性能，首先对原材料的供应和计量进行严格控制；其次根据夏季施工的环境温度，搭设原材料凉棚，并用冰水拌和混凝土；再是通过外加剂中缓凝组份的调节来控制混凝土配合比在不同季节条件下的施工性能。 根据地基沉降分析结果，管段制作采用由中间向两端推进的分节浇筑流程。每节管段共分5小节，每小节浇筑长度控制在1720m左右。每两小节间设宽1.5m左右的后浇带以减少管段因温度应力及纵向差异沉降而产生的裂缝。每小节的管节分三次（底板、中隔墙、顶板及外侧墙）浇筑，浇注时严格控制各次混凝土浇筑的
9、间隔时间，其中底板和侧墙的浇捣间隔时间不超过20d。 由于管段结构采用的混凝土绝热温升达到53，如不采取降温措施，结构混凝土的内外温差可能超过40，裂缝比较容易产生，所以必须采取冷却措施。根据计算，因底板和顶板的温度应力远小于同期混凝土的抗拉强度，所以冷却管的布置范围仅为外侧墙内。每墙冷却管双排布置，排间距为400mm。底层冷却管布置在底板与侧墙的施工缝以上200mm处，共布置9层18根冷却管（图5）。 在每小节管节制作时设三个温度监测断面（分别设于侧墙的1/4，1/2和3/4位置处）对混凝土温度进行监测。温度监测采用自动数据采集仪。监测结果表明由于采用混凝土冷却措施，混凝土的温差控制在15以
10、内，混凝土温度应力可降低50以上。 管段混凝土采用泵送。外侧墙与顶板一次浇捣完成，以减少施工缝的形成。外侧墙浇捣过程中，使用了3m间距排列的浇捣串筒，以防止混凝土离析，同时采用分层浇捣以保证混凝土的密实。 管段养护时，底板和顶板采用蓄水养护；中隔墙采用带模养护；外侧墙外侧采用悬挂土工布并喷淋养护方法，内侧则采用悬挂帆布封闭两端孔口后保湿养护的办法。 3.2 管段干舷控制 为了提高混凝土结构的抗渗性能，在模板设计中取消了外侧墙模板的对拉螺栓，所以管段制作的模板除需达到保温、保湿和平整度要求外，整个系统还需有足够的刚度，保证在施工荷载作用下变形不大于L1/500，以达到管段制作的精度要求。 混凝土
11、生产中除对原材料的采购进行管理外，还必须对计量系统经常校准，保证每拌、每次混凝土的称量精度。此外，混凝土的浇筑严格按规范分层浇捣密实。每次混凝土浇捣完成后需将方量、试块重度等仔细统计并汇总，实行材料总量控制，以提供管段干舷计算分析。 4 基槽浚挖和清淤 江中基槽浚挖和基槽内回淤处理是管段沉放前的重要工作，其完成质量是沉放成功的保证。 4.1 基槽浚挖 以往水中挖泥由于抓斗定位精度差，造成抓斗水下挖泥超挖和欠挖，使基槽平整度差，标高达不到要求，所以解决挖泥精度问题的关键是定位。 双GPSRTK定位定深系统可对船舶进行三维精确定位，其平面定位精度为23cm，高程精度46cm。系统能以平面和剖面的图
12、形数据形式将泥斗位置和深度显示在监控屏幕上指导操作者挖泥。基槽浚挖分普挖与精挖两步进行。普挖深度为基槽底面以上2m至河床顶面的部分，精挖为剩余部分。 4.2 基槽清淤技术 基槽清淤采用由自航耙吸船和抓斗挖泥船联合组船的方案，利用抓斗挖泥船的6只锚控制自航耙吸船的船位和清淤点的进点。 清淤采用定点、分层施工。施工过程中采用回声测深仪检测，吸完一遍检测一次，一般需往复清淤34遍，才能清至要求的水样比重和水深度。 5 管段基础施工 管段基础施工的关键是桩基施工的精度控制和管底与桩的囊袋灌浆连接传力。 5.1 桩基施工精度控制 桩基施工精度的控制包括预制桩制作的精度和江中沉桩的精度控制。 预制桩由60
13、cm60cm预应力钢筋混凝土方桩和长3m、750mm直径的钢接桩组合而成，便于桩顶标高修正。通过对混凝土方桩的制作工艺和钢桩自动焊接加工的工艺控制，确保钢管桩与方桩拼接轴线误差控制在3mm以内。 基槽第一次普挖完成后，即开始江中桩基施工。2737m长的桩采用63.8m高桩架的打桩船分两步实施，先将桩顶施打到水面以上2m左右停锤，然后用5m或15m长送桩设备将桩送入水面下设计标高。沉桩平面定位采用2台经纬仪交会方法，并应用全站仪进行坐标校核；高程采用全站仪校核。沉桩高程误差在0-5cm之间，沿管段平面横向误差10cm，纵向误差15cm，垂直误差0.4%。 5.2 管底囊袋灌浆 桩顶与管底是通过囊
14、袋灌浆连接传力的。囊袋直径为1500mm，完全充涨后的厚度为40cm，可以调节桩与注浆孔间平面位置35cm和间隙20cm的位置偏差。 囊袋灌浆材料为3.3砂率的砂浆，7d强度8MPa，28d强度14MPa。在管段沉放就位后立即在管内实施灌浆，以使管段由临时支承转换为桩基支承。施工时先灌注支承千斤顶附近的两排孔，再从管段自由端向压接端灌注。灌浆时先打开通气阀，当通气孔中冒出浓浆，再关闭通气阀灌注，直至达到每孔设计灌浆量。灌浆时对千斤顶压力和灌浆口压力进行严密观测，以防管段抬升。 5.3 管底充填灌浆 管段沉放到位后，为确保所有桩基与地基共同受力，须对管底空隙进行灌浆充填。管底充填灌浆在管段回填覆
15、盖完成后进行。根据试验，充填灌浆的最大扩散半径可达到7m。灌浆同时对管段接头间相对位移和管段抬升情况进行监测，一旦有微小运动即停止灌浆，以防管段抬升。 6 管段浮运与沉放 管段浮运沉放的技术关键是管段水平和垂直控制的方法，以及管段水下沉放对接的姿态监控和管段沉放后的稳定。 6.1 管段水平控制系统 管段浮运、沉放水平控制的锚缆系统布置如图6，其中干坞周边布置9台管段坞内移位和纵向浮运出坞用绞车；江北岸边布置4台纵向浮运绞车；江中布置3对6只沉放用横向定位锚碇。 管段浮运采用岸控方式。根据水力模型试验结果，江北岸的4台牵引绞车、管段出坞牵引用的坞口2台绞车，以及控制管段前后平衡的尾缆绞车按100
16、kN能力配置，其余岸上仅作移位和平衡稳定用的绞车按50kN能力配备。 管段沉放采用首尾锚和边锚定位系统，其中E1和E2两管段的尾缆系于管段底板处，以保证管段沉放时南侧辅助航道上船只通行的水深条件。三组江中锚碇块分别布置在江中管段接头的沿线上，每只锚碇块距隧道轴线360m，可提供1000kN力。6.2 管段垂直控制系统 管段沉放采用双浮箱吊沉法。钢浮箱按2%的起吊能力设计，浮箱尺寸为20.5m12m3m。管内水箱的储水量按1.04的管段抗浮安全系数设计，可为管段在沉放的各个阶段提供相应的负浮力。由于甬江河道积淤严重，水箱设计时水重度取值参考原甬江隧道和国外海中沉管的经验，取为10.26kN/m3
17、，并考虑管段拖运沉放时6的最大纵、横摆角。 管段每孔中的各个水箱由1根进排水总管连接，并配水泵1台。左右2孔的两根水管之间设1根连通管，以便2根总管相互备用。进排水系统可采用强制进水、自然进水和隔腔排水等操作方式。 管段支承采用三点支承方式，前端采用鼻托搁置，后端两个垂直千斤顶搁置于临时支承上。临时支承结合管段桩基采用钢管桩。 6.3 管段浮运、沉放作业 管段过江浮运和沉放选定在农历廿三或廿四中潮差最小、流速最缓的一天中进行。其中将过江浮运、消除干舷沉放放在施工当天一个慢流的时间段内，而潜水检查、对接则安排在下一个慢流时间段内进行，作业计划如图7。 管段浮运分为两个阶段：沉放前一天午后平潮时由
18、坞顶绞车将管段移出坞口50m，然后系缆过夜；沉放当天换缆成为过江浮运系缆布置后即起航浮运，浮运速度不超过10m/min。 管段浮运至距已沉管段10m位置处，即停顿调整系缆布置进入沉放状态。管段沉放首先需灌水克服干舷，然后继续灌水达到管段下沉所需的约1%的负浮力。 当浮箱吊力达到1%负浮力时，即以约30cm/min.的速度放缆下沉。下沉开始时先按沉放设计坡度调整管段姿态，然后前移至距已沉管段3m处继续下沉，当距设计标高1m时，再前靠至距已沉管段20cm距离处，将管段搁置在前端结构下鼻托上，同时伸出尾端垂直千斤顶，搁置在支承钢管桩上。最后通过水平定位系统和临时千斤顶对管段的平面位置和纵坡进行调整，
19、准备拉合对接。 待沉管段调整到设计的姿态后，即从岸上绞拉滑轮组拉合管段，然后再打开封门上的100进气阀和150排水阀排除隔腔内水，进行水力压接。 6.4 管段浮运、沉放三维姿态测量 管段浮运、沉放采用坐标测量方法。沉放时在甬江两岸隧道轴线两侧设立2个测站3台全站仪，通过测量管顶测量塔上的棱镜坐标，并根据管段特征点和棱镜坐标的相对坐标关系确定管段水下三维姿态。整个测量系统具有人工对准、自动采集、数据通信（有线或无线）传输、计算机处理并实时显示管段三维姿态的功能，可满足管段沉放平面定位精度30mm、高程定位精度35mm的要求；系统的数据采集频率可达5s一组，满足了管段沉放的定位操作要求。 6.5
20、管段沉放后稳定水力压接完成后，缓缓放松钢浮箱上吊缆，使整个管段由前端鼻托和后端两个垂直千斤顶支承。然后根据实测的江底最大水重度，向管内水箱内灌水，直至抗浮安全系数达到1.03左右为止。随后立即拆除钢浮箱、测量塔、人孔井等管顶舾装件，以便尽快对管段进行锁定抛石施工。 沉放完成后需在管段外侧齐腰部进行锁定回填，以确保管段的稳定。回填施工采用网兜法，施工抛石分丝、分层、对称进行，由距自由端1/4处向压接端抛填，剩余部分待下节管段沉放后完成，以防抛石滚落到下节管段基槽影响沉放。为提高定位精度，将定位定深系统应用于锁定抛石。 7 管段连接 7.1 管段间接头 管段间采用柔性接头形式，如图8。其中，GIN
21、A橡胶止水带和OMEGA橡胶止水带构成管段接头的两道防水屏障；预应力钢缆则作为7地震工况下的接头限位装置，这种装置又可在管段最终接头施工时提供一部分管段止退力。同时接头处还设置了水平和垂直剪切键。 GINA止水带在管段制作后期、坞内灌水前完成。安装前必须保证管段端钢壳的面不平整度小于3mm，每米面不平整度小于1mm，垂直和水平误差不允许超过3mm。 OMEGA止水带的安装在管段沉放后、管段接头处两道封墙拆除前完成。为了安装方便，OMEGA止水带在底边留有一个现场硫化热接接头。OMEGA止水带安装完成后即连接接头钢拉索，并旋紧连接套筒使拉索预紧。之后对钢拉索进行外裹橡胶伸缩管和热缩管、内注油脂的
22、防腐防锈处理，并在外侧设置1.5cm厚的防火板，以达到耐火温度为1200，耐火持时为1h的防火要求。 最后进行管段底板处水平剪切键的制作，中隔墙处垂直剪切键的施工须待管段稳定后进行。7.2 管段与江北隧道的连接 由于江中E1管段沉放后与江北连接井连接并搁置在其底板上，所以连接井端面设计成管段端面形式。同时为减小岸边段与沉管段结构的差异沉降，在连接井处采用了800的钻孔灌注桩基础。连接井开挖深度约15m，最深处达15.68m。连接井施工时两侧采用0.6m厚、28m深的地下墙，端部采用26m长的SMW桩（内插700(300型钢）作为围护结构。待新的江北岸边防汛体系建成后，即拔除围护结构的端部型钢，
23、以便江北侧的浚挖和沉放作业。 7.3 江南最终接头干地施工 由于管段由北向南依次沉放，所以E4管段与江南暗埋段的接头为沉管的最终接头。 最终接头采用干地法施工。施工前的坞口封堵是依靠E4管段尾端顶部的挡墙、管段沉放后两侧浇筑的水下混凝土剪切键和管底的注浆实现（图9）。挡墙在管段出坞前制作完成，既可作管段压重，又可作挡土墙之用。 E4管段与江南暗埋段的连接接头为变形缝形式。E4制作时在其南端顶板预留了间距为12cm的剪切销，底板制作了剪切键，端面埋置了钢边橡胶止水带。 为使E4管段与江南隧道结构沉降协调，江南第一节暗埋段的基础采用桩基形式，共布置5排20根1000的钻孔灌注桩。同时在接头处设置了
24、1条OMEGA止水带，以作为该接头的止水措施。 8 结语 常洪隧道是国内第一条桩基沉管隧道。由于在沉管隧道建设中，针对隧址处的水文、地质和工程条件，采用合理施工技术，抓住技术关键，精心管理，使工程以“高起点、高水平、高标准、低成本”的一流水平取得成功。 参考文献 1 刘千伟，杨国祥，周松. 宁波市常洪沉管隧道工程. 世界隧道. 2000年第6期沉管隧道混凝土管段制作裂缝控制工法 沉管法是建造江底、海底大型隧道的一种施工方法，沉管隧道由一节或若干节预制的管段组成，分别浮运到现场，一节接一节地沉放于水底进行连接而成。沉管隧道管段有两种类型，一种是混凝土沉管管段，另一种是钢壳沉管管段。本工法针对混凝
25、土沉管隧道管段。 混凝土沉管隧道最早出现在欧洲。半个多世纪以前，在荷兰鹿特丹建成了第一条钢筋混凝土沉管隧道。我国第一条建成的沉管隧道是广州的珠江隧道。混凝土管段一般在干坞内制作，宁波常洪沉管隧道4节100m长的混凝土管段施工，成功地控制了裂缝产生，成为国内首次依靠混凝土本体防水的沉管隧道。上海外环线沉管隧道也采用该工法制作了7节管段。该技术成果达到国际先进水平，获2002年度上海市科技进步二等奖。 一、工法特点 大型沉管管段在干坞内制作，有较好的工厂化制作条件，制作的沉管有较好的整体防水性能，制作精度容易控制，施工成本较低。 1混凝土配合比具有低水化热、抗渗、抗裂性能，重度精确。 2支模系统刚
26、度大、精度高，易确保管段制作精度。 3混凝土拌制计量正确，作业自动化程度高。 4采用多项技术措施控制混凝土裂缝，不需采用管段外防水措施。 二、适用范围 本工法适合各种大、中型混凝土沉管隧道的钢筋混凝土管段制作。 三、工艺原理 1采用低水化热水泥、双掺技术等配制满足强度、抗渗、容重、抗裂要求的沉管管段混凝土。 2提高了钢模刚度和控制支模变形，达到沉管管段制作的尺寸精度。 3 外侧墙混凝土浇筑采用冷却管和温度监控相结合措施，防止温差引起的混凝土裂缝。 4管段混凝土养护采用顶板蓄水养护、侧墙保湿保温、孔口挂帘措施。 5采用分段浇筑和后浇带施工技术，减少温度和收缩应力，以及软土地基上的不均匀沉降。 四
27、、工艺流程 (一)管段总体流程 为避免混凝土收缩和差异沉降产生开裂，混凝土管段制作，一般将每节管段分为几节1020m长的管节。管节之间可设12m后浇带，将相邻制作完成的管节连接。整个管段的施工流程，一般从中间往两端展开。以上海外环隧道为例，如图1所示。图1 上海外环隧道管段总体施工流程 (二)管节施工流程 每段管节的施工则是按照底板中隔墙外侧墙及顶板的流程进行。以上海外环隧道管段示意，见图2。图2 上海外环隧道管节施工流程 具体管段的施工流程为：干坞起浮层平整底板放样18mm胶合板铺设底板钢筋绑扎、预埋件安装施工缝橡胶止水带安装模板安装验收测量校核底板混凝土浇筑混凝土养护施工缝处理(人工凿毛、
28、吹缝)中隔墙钢筋绑扎、预埋件安装模板安装验收、测量校核中隔墙混凝土浇筑混凝土养护施工缝处理(人工凿毛、吹缝)支架、脚手及内模模板安装(包括模板清理、模板封箱带贴缝)验收、顶板标高校核侧墙及顶板钢筋绑扎、预埋件安装连续施工缝橡胶止水带安装侧墙外模安装侧墙、顶板混凝土浇筑混凝土养护后续分节施工(同以上循环)后浇带施工管内设备安装端头钢壳及混凝土封门制作安装GINA止水带安装 五、施工要点 1测量管段、管节位置定位、中轴线放样、预埋件放样、模板放样必须准确，确保管节制作精度。管段制作完成后必须进行尺寸实测，并根据实测数据调整管顶防锚层厚度，确保管节顺利起浮并具有合适的干舷高度。 2根据现场施工实际条
29、件，合理采用低水化热水泥、双掺技术等配制满足强度、抗渗、容重、抗裂要求的混凝土，提高管节制作质量。 3管段制作应选用合适的模架和模板体系，模架体系必须具有足够的强度和刚度，防止在浇筑过程中发生变形影响管段制作精度。管段外侧应采用刚性模架体系，避免对拉螺栓的使用。 4外侧墙及顶板浇筑，在外侧墙内合理设置冷却管、冷却管布置方式经计算及试验确定，以避免出现温差裂缝。 5根据管段不同部位采取相应的混凝土养护措施，确保混凝土质量。底板养护草包(土工布)覆盖和蓄水养护；侧墙拆模后对外墙面进行喷淋养护，喷淋管一般采用塑料管，铺设在外侧墙顶部；顶板面则覆盖土工布蓄水养护，内模拆除后在内孔两侧孔口处用土工布挂帘
30、法封盖，保湿养护时需经常在管内浇水，保持管内相对湿度大于85以上。 6管段水平施工缝一般设置在底板斜腋上方30em左右，施工缝内设置钢板止水带。侧墙施工缝在混凝土达到一定强度后进行充分凿毛处理，以提高接缝的混凝土结合强度。管节分段施工缝，采用橡胶钢片止水带，施工缝同样要做好充分的凿毛处理工作。 7后浇带施工时间必须待相邻管段沉降基本稳定、混凝土达到一定强度且混凝土完成大部分收缩后进行。后浇带与相邻管段的浇筑间隔时间一般不宜少于40d。后浇带的施工分为底板、中隔墙(侧墙)和顶板两步浇筑，后浇带混凝土宜采用微膨胀性混凝土，以减少局部收缩产生开裂影响管节施工质量。 8管节端封墙虽然为临时设施，但浮运
31、和沉放阶段需承受较大的水压力。施工中应特别注意端封墙内侧的型钢受力体系的安装质量，确保安全。 9端钢壳施工要采取必要的措施来保证端钢壳的外形、垂直度、倾角、顺直度、面板平整度均控制在允许偏差范围内。端钢壳的支架体系应设置调节装置，便于在施工期间调整端钢壳相关外形参数。安装GINA止水带的面板必须在混凝土浇筑完毕并达到强度后安装，实测管节和端钢壳的外形，进行精确放样后安装。 六、质量标准 1管段几何尺寸允许误差(以上海外环隧道为例)： 内孔净宽：0+20mm 内孔净高：0+20mm 壁厚： +515mm 管宽： +515mm 管高： +515mm 筲长： +3030mm 2管段混凝：上质量标准(
32、以上海外环隧道为例)： 重度：23.5kNm30.1kNm3 裂缝宽度：0.2mm 七、机具设备 主要机具没备见表1。表1 主要机具设备表 八、安全与环境保护 (一)安全 沉管隧道施工与其他隧道施工无论在施工方法上和安全生产管理上截然不同，对于强化安全施工有着极为重要的意义，在施工的全过程中必须贯彻“安全第一、预防为主”的方针。 1消防措施。消防工作要遵循“预防为主、防消结合”的方针进入施工现场必须健全消防组织，落实施工现场的消防设备。负责新建、扩建、改建内装修等工程项目防火设计的审核，施工中的消防监督和工程竣工后的消防验收。 2防汛防台措施。在工程施工中必须采取必要的措施，以确保工程和施工人
33、员的安全。 (二)环境保护 认真学习环境保护法，执行当地环保部门的有关规定，会同有关部门组织环境监测，调查和掌握环境状态，督促全体职工自觉做好保护工作，并认真接受业主和环保部门的监督指导。环境保护是生态平衡的保证，是我国重要国策，ISO 14001环境管理体系文件将保护环境贯穿在整个施工过程中，落实到每一个人，使每位员工都形成一种主动保护环境的习惯，为环境保护事业做出我们应尽的义务。 九、劳动力组织 混凝土管段施工技术要求高，专业性很强，要求工种多，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、电气工程师和测量工程师。每作业班配备人员并不确定。对于上海外环隧道这种特大型的隧道工程，安排三班制作业，每班
34、组劳动力配备人员如下：木工30人，钢筋工30人，混凝土工30人，电工2人，架子工5人，电焊工10人，预埋冷却管2人等。 十、效益分析 在沉管隧道诞生和发展的历史过程，已经充分显示出其无可比拟的优越性和社会、经济价值。它与以往的掘进盾构隧道有很多优点：施工工期缩短；减少时间超出和费用超支的风险；时间上的延误有时可以通过加快某些作业或者增加设备和措施来弥补；还有最重要的一点，造价将大大减低。 十一、工程实例 (一)上海外环线隧道工程 1工程概况。上海隧道工程股份有限公司承建的上海市重大工程外环线隧道工程沉管段长736m，分为7个管段。隧道断面按“三孔二管廊”双向八车道设计，管段宽度为43m，高9.
35、55m，沉管管段制作是整个工程的核心内容之一，极为重要。直接影响到整个工程的质量和进度。各管段长度及主要工作量见表2和表3。表2 各管段长度表表3 主要工作量 其中，E6分为E61、E62两段分别制作，E1E5管段制作满足隧道路线平曲线要求，管段制作不考虑隧道竖曲线。管段制作混凝土采用C35，抗渗等级1.0MPa，重度23.4023.51kNm3，钢筋采用热轧I、级钢筋，钢绞线采用fptk=1860MPa的高强度低松弛钢绞线。 2质量情况。外环隧道工程管段制作经过广大建设者们的努力，A坞中E7、E6两节管段于2001年5月完成，A坞2001年6月1日正式放水；B坞中5节管段于2001年7月完成
36、，2001年9月9日正式放水。经过放水检漏及E7管段的沉放，我们发现，管段的精度、重量(体现在干舷高度)上均满足设计要求，外侧墙上未发现贯穿裂缝。但发现了一些有湿渍裂缝的现象，主要集中在以下几个部位： (1)顶板上后浇带，尤其是封闭时间较早的后浇带，如E73与E74之间； (2)顶板上风机壁龛的截面突变处； (3)顶板上与中隔墙连接处。 对这些现象，我们也进行了认真的分析。对于后浇带施工缝处，主要原因是后浇带的封闭，混凝土的后期收缩在已连接的若干段管节结构上产生收缩应力而引起；风机壁龛截面突变处顶板容易产生集中应力和较高的温度收缩应力；顶板与中隔墙连接处，则是因为该处顶板浇筑厚度超过2m，混凝
37、土温升较高，它的变形受到已完成的中隔墙结构的约束，而产生温度收缩应力，较易产生裂缝。对这些裂缝，我们也采取了针对性的技术手段，如注浆等封闭裂缝，并达到了较好的工程效果。 (二)宁波常洪隧道 1工程概况。江中沉管段长395m，共分四节，自北向南分别为E1、E2、E3、E4，其中E1管段长95m，其余三节100m。管段横断面外包尺寸为228008450mm，为双孔矩形箱式结构。管段内净高6100mm，单管净宽9200mm，顶板厚1150mm，侧墙厚950mm，中隔墙厚550mm。管段中间为1400mm宽的设备管廊。管段结构混凝土设计混凝土强度C35，抗渗标号P10。管段施工时将每节管段分为5节管节
38、进行施工，当中设后浇带。 2质量情况。常洪隧道管段制作从2000年5月8日正式展开，到2000年11月28日最后一个混凝土端封门浇捣完成，全部四节管段的制作工期历时不到7个月。管段制作完成后，质量监督站、现场监理以及业主等有关部门对管段进行了结构验收，大家一致认为管段结构达到了设计和规范的质量要求，完全符合优良级的标准。经管段内外侧外观检查，管段内外表面、后浇带的结合面均未发现明显裂缝。 2000年12月18日干坞开始进水，在干坞进水完成后，对管段的渗漏情况进行了检查，检漏结果表明四节管段均未发现明显的渗漏水情况，管段的本体防水是成功的。 E1、E2、E3和K4管段分别于2001年1月18日、
39、2001年2月16日、2001年3月18日和2001年4月22日完成了拖运沉放工作。所有四节管段都能顺利起浮，在其起浮后的实测的干舷值均在设计范围内，管段的干舷控制措施同样取得了成功。2002年3月2日常洪隧道竣工验收正式通车以来，运行情况良好。上海外环隧道大型管段制作方案的确定 摘要 介绍上海外环隧道大型管段制作的要求，并对混凝土温差、水化热温升、分节长度等进行了计算分析，确定的管段制作方案，经施工实践证明是成功的。 关键词 上海外环隧道管段制作计算分析方案确定 1、前言上海外环隧道是本市首次采用沉管法工艺施工的城市公路隧道，位于外环线北环，距吴淞口约2km的吴淞公园附近，全长2 882m。
40、该沉管隧道规模巨大，隧道沉管段长736m，分为7节管段(E1E7)，即4节108m，2节100m，1节104m。管段断面是三孔二管廊的矩形箱式结构，断面尺寸为43.0m9.55m，底板厚1.5m，外侧墙厚1.0m，中隔墙厚0.55m，顶板厚1.45m。管段断面规模仅次于荷兰鹿特丹德雷赫斯特隧道和比利时安特卫普E3斯凯尔特隧道，位居亚洲第一、世界第三。管段形状及尺寸如图1所示。图1管段标准横断面图2、管段制作方案确定2.1 有关制作方案的要求沉管隧道的管段除了要满足结构强度的要求外，还要满足管段起浮、浮运、沉放时的要求。因此，对管段制作的尺寸精度、预埋件安装精度、混凝土的重度和结构的防水要求相当
41、高，以满足管段在强度、防渗、抗裂、干舷高度等方面的要求。管段混凝土设计强度等级为C35，抗渗等级为S10。由于管段混凝土是以自防水为主，抗渗要求高，因此在制作时不允许出现贯穿裂缝。2.2 调查研究及计算分析2.2.1 借鉴国内外的经验目前世界上已建和在建的沉管隧道多达百余条，在混凝土管段预制中因混凝土较厚均易产生温度裂缝。由于外环隧道管段混凝土量大，每管段混凝土达1540016700m3，因此，我们把管段混凝土视为大体积混凝土的施工。大体积混凝土施工质量控制的重点就是防止裂缝的产生。由于混凝土裂缝产生的原因比较复杂，根据国内外的工程实践表明，一般认为主要有温差(包括收缩)、材料的弹性模量、线膨
42、胀系数、混凝土的极限拉伸、混凝土板厚度(或墙的高度)、结构连续长度、混凝土本身的徐变、约束及地基的变形等因素，其中混凝土释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，是导致混凝土出现裂缝的主要因素。因此，在管段制作时要控制混凝土内因水泥水化热引起的温升、混凝土内外温差及降温速度，防止混凝土出现有害的温度裂缝(包括混凝土收缩)，并控制裂缝的开展。对大断面箱形结构的管段而言，一般整个断面混凝土不可能一次浇筑完成，往往先浇筑底板，后浇筑中隔墙，再浇筑侧墙和顶板，侧墙和顶板一次浇注不设施工缝。根据宁波常洪沉管隧道管段制作的施工经验，为减少管段因温度应力及纵向差异沉降而产生的裂缝，将100m长的管段分为5
43、小段进行制作，两小段间设置长度约1.5m的后浇带，每小段的长度在1720m之间。每小段管段的混凝土浇筑分底板、中隔墙及顶板和外侧墙三次浇筑。2.2.2 试验方案及实施根据外环隧道管段混凝土量大、强度高、重度要求稳定、抗渗防水要求高的特点，在吸收同类工程成功经验的同时，提出了以下试验方案，以试验的结果指导施工，确保管段制作安全和质量。(1)干坞的边坡稳定研究外环隧道的管段是在井点分级降水、分级放坡开挖的干坞中预制，土方开挖将达100万m3左右。边坡的稳定问题，将涉及同制作的安全。 (2)坞底承载力试验据计算，管段制作阶段荷载包括管段自重及施工荷载所引起的地基附加应力约为80150kPa，因此，在
44、管段制作前要进行地基土的荷 载板试验，以满足管段制作所需的地基承载力，达到控制管段横向差异沉降和纵向差异沉降的目的。(3)混凝土配合比试验为控制和减少混凝土水化热的温升，需优化混凝土配合比，配合比除满足强度、抗渗要求外，还要满足重度稳定的要求。(4)测温试验为掌握现场混凝土温度和内外温差变化规律，验证温度控制的实际效果，须在混凝土浇筑时进行测温试验，并根据测温结果及时调整混凝土养护措施。测温须包括混凝土的浇筑温度、中心温度、表面温度、环境温度等。2.3 计算分析2.3.1 混凝土温差的理论分析混凝土温差主要是水化热温差加上收缩当量温差。水化热温差产生外约束应力，是产生贯穿性裂缝的主要原因。收缩
45、当量温差引起自约束应力，是产生表面裂缝的主要原因。(1) 混凝土收缩当量温差Ty(t)的计算根据国内外的统计资料得：Ty(t)=-y(t)/a 式中：a-混凝土线膨胀系数，一般取1.010-5/；t-混凝土的龄期；y(t)-各龄期混凝土的收缩变形值；y(t)=0yM1M2M3M10(1-e-0.001t)其中，0y-标准状态的极限收缩值，一般取3.2410-4；M 1，M2，M3M10-非标准条件的各种修正系数，它们与水泥品种、细度及骨料、水灰比、水泥浆量、养护期、空气湿度、振捣、配筋率等有关。各龄期收缩当量温差如表1(单位：)表1经计算，底板的收缩当量温差Ty(30)=10.25；中隔墙的收缩当量温差Ty(30)=10.39；外侧墙的收缩当量温差Ty(30)=11.23。(2) 混凝土水化热温升Tr(t)的计算绝热最高温升Tmax=WQ0/C式中：W-每方混凝土水泥用量(kg/m3)，取296kg/m3；Q0-水泥水化热(J/kg)，525普通硅酸盐水泥Q0=327kJ/kg;C-混凝土的比热J/kg，取0.96kJ/kg；-混凝土的重度(kN/m3)，取23.5kN/m3；m-水泥品种与温升速度有关的系数，一般为0.30.5;t-