沉管法施工工艺
铁工1401班第2组
组长：常博
组员:刘鹏赵昶王同祥
郭相凯袁自程
目录
一、优点和适用条件 (2)
二、管段制作 (3)
2.1容重控制技术 (3)
2.2几何尺寸控制 (3)
2.3结构裂缝预防 (3)
三、管段沉放 (3)
四、管段水下连接 (4)
五、基础处理 (5)
5.1（基础垫平）先铺法 (5)
5.2（基础垫平）后填法 (6)
六、总结 (6)
摘要：沉管法是在水底建筑隧道所使用的一种施工方法，较之于盾构法，其优势尤为突出。虽然沉管法在我国水底隧道修建中的应用起步较晚，但近年来得到了快速发展，据初步估算，沉管法在我国已建或在建隧道中的应用在15座以上。随着施工技术的发展，沉管法在隧道修建中的应用将越来越广泛。这种形势下，对沉管法技术进行深入研究，意义十分重大。只有充分掌握沉管法的优点及适用条件，并对隧道沉管法施工技术进行深入分析，才能确保水底隧道施工质量，为我国跨江河等水底隧道工程的发展提供强有力的技术职称。本文主要介绍沉管法的施工工艺以及相关的施工注意事项。
关键词：适用条件、施工工艺、注意事项
一、优点和适用条件
1.1 采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有：
（1）容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。
（2）工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。
（3）在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现场进行。
（4）操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业。
（5）适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。
（6）断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型
的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。
1.2适合于沉管法施工的主要条件：
沉管法适用于水道河床稳定和水流并不过急的河道。前者不仅便于顺利开挖沟槽，并能减少土方量；后者便于管段浮运、定位和沉放。
二、管段制作
管段的预制是沉管隧道施工的关键项目之一，关键技术包括
2.1容重控制技术。
混凝土容重定了管段重量大小，如果控制不当，可能造成管段无法起浮等问题，为了保证管段浮运的稳定性干舷高度，必须对混凝土容重进行控制，措施包括配合比控制、计量衡器控制、配料控制、容重抽查等。
2.2几何尺寸控制。
几何尺寸误差将引起浮运时管段的干舷及重心变化，进而增加浮运沉放的施工风险。特别是钢端壳的误差，会增加管段对接难度和质量、影响接头防水效果，甚至影响隧道整条线路。因此，几何尺寸误差控制是管段预制施工技术的难点、重点之一。管段几何尺寸控制措施主要包括精确测量控制、模板体系控制、钢端壳控制，钢端壳采用二次安装消除安装误差。
2.3结构裂缝预防。
管段混凝土裂缝的控制是沉管隧道施工成败的关键之一，也是保证隧道稳定运行的决定性因素，因此需要在所有施工环节对缝控制予以充分考虑。
三、管段沉放
管段沉放是沉管法水底隧道施工中比较重要的一个环节,它受到气象、河流自然条件的直接影响,还受到航道条件一定的制约,所以在沉管隧道施工中,并没有一套统一通用的管段沉放方法。施工时需根据自然条件、航道条件、沉管本身的规模以及设备条件等,因地制宜地选用合适的沉放方法。
浮箱吊沉法是比较新的一种管段沉放法。通常在管段上方放4只方形浮箱,用吊索直接将管段系吊，浮箱分成前后两组,每组两只浮箱用钢桁架联成整体,并用锚索将各组浮箱定位，在浮箱顶上安设起吊卷扬机和浮箱定位卷扬机。管段的定位须在其左右前后另用锚索牵拉，其定位卷扬机则设于定位塔的顶部。这一沉放法的主要特点是设备简单，适用于宽度20米以上的大、中型管段。
小型管段可采用方驳杠吊法,即在管段两侧分设4艘或2艘方驳船,左右两艘之间设钢梁作杠吊管段的杠棒。这一方法在沉放时较平稳，且在浮运时可以用左右的方驳夹住管段以提高稳定性。
四、管段水下连接
管段的水下对接采用水下压接法完成，该法是利用静水压力压缩GINA止水带，使其与被对接管段的端面间形成密闭隔水效果，水下对接的主要工序包括对位、拉合、压接内部连接、拆除端封墙等工序。
为了确保沉管隧道各个管段能准确连接，需要建立测量系统和调整装置。测量系统包括引导管段到位和使管段正确对接两个部分。引导管段到位的测量系统是在陆地上用扫描式全站仪自动跟踪测量定
位控制塔上的棱镜，根据测量结果用计算机算出管段现在位置，显示在屏幕上，指导指挥人员下一步决策（进一步下沉或平面位置调整）。使管段正确对接的测量系统可采用超声波探测装置（水下三维系统）配合陆地上的引导系统，以及时掌握管段的绝对位置与状态（管段摆动与否），以及正沉放管段与已沉放管段之间的相对位置（端面间距离、方向、纵横断面的倾斜等），从而安全、正确并以最短时间实现管段的沉放与对接，避免沉放过程中管段碰撞和GIMA橡胶止水带损伤等事故发生。
超声波探测装置可自动测量管段端面之间的相互距离、水平和垂直偏移、管段倾斜，检测结果通过计算机处理后显示出图像，作为监控管段沉放的根据。最后对接时，还需潜水员大量、多次的检查，确认位置正确，保证沉放安全、成功。管段压舱水箱加减压舱水时，管内需要人工操作多个阀门，管段沉放开始之前管内人员必须全部离
开，拉合管段并初步止水后，人员方可再进入管内进行水力压接，这是沉管隧道施工的安全要求，但实际操作很难做到。因管段沉放接近基槽底部时，通常周围水体容重会增加，管段负浮力会减小，这时需要施工人员进入管内进行操作增加压舱水。
50年代以前,对钢壳制作的管段,曾采用水下灌筑混凝土的方法进行水下连接。对钢筋混凝土制作的矩形管段，现在普遍采用水力压接法。此法是在50年代末期在加拿大隧道实践中创造成功的，故也称温哥华法。它利用作用于管段后端封墙上的巨大水压力，使安装在管段前端周边上的一圈尖肋型胶垫产生压缩变形,形成一个水密性良好的止水接头施工中在每节管段下沉着地时，结合管段的连接，进行符合精度要求的对位，然后使用预设在管段内隔墙上的2台拉合千斤顶（或利用定位卷扬机），将刚沉放的管段拉向前一节管段，使胶垫的尖肋略为变形，起初步止水作用。
完成拉合后，即可将前后两节管段封墙之间被胶垫封闭的水，经前节管段封墙下部的排水阀排出，同时利用封墙顶部的进气阀放入空气。排水完毕后，作用在整个胶垫上更为巨大的水压力将其再次压缩,达到完全止水。完成水力压接后,便可拆除封墙（一般用钢筋混凝土筑成），使已沉放的管段连通岸上，并可开始铺设路面等内部装修工作。
五、基础处理
处理沉放管段基础的目的是使沟槽底面平整，而不是为了提高地基的承载力。在水下开挖的沟槽，其底面凹凸不平，如不加以整平，管段沉放后会因地基受力不均匀而导致局部破坏，或因不均匀沉陷而开裂。为了提高沟槽底面的平整性，至今绝大多数建成的水底隧道采用垫平的方法。
5.1（基础垫平）先铺法
它是在作业船上通过卷扬机和钢索操纵特制的刮铺机或钢犁，沿着沟槽底面两侧设置的、具有规定标高和坡度的导轨，将放下的垫料
往复刮平。该法缺点较多。
5.2（基础垫平）后填法
即先将管段沉放在沟槽底上的临时支座上，并使管底形成一定的空间（管段底板内预设液压千斤顶，在定位时可以顶向支座，调节管段高程），随后用垫层材料充填密实。后填法中最早用的是灌砂法，仅适用于底宽不大的船台型管段。
40年代初创造成功的喷砂法，适用于宽度较大的大型管段。从水面上用砂泵将砂水混合料通过伸入管段底下的喷管向管底空间喷注，使形成一厚实均匀的砂垫层，喷砂作业须设专用台架和一套喷砂与回吸用的L形钢管。喷砂开始前,可利用它清除沟槽底上回淤土或塌方土。喷砂完毕，随即松开定位千斤顶，利用管段重量将砂垫层压实。这一基础处理方法在欧洲用之较多。70年代日本用沉管法建造东京港、衣浦港等水底隧道时，采用了压浆法、压混凝土法等管段基础处理的新技术。
六、总结
通过了解，沉管隧道作为水下交通运输的一种便捷方式，由于施工对周边环境影响小，并能有多个车道满足较大交通流量的需求，投资又相对较小，因而已成为当今世界较为流行的一种隧道施工方法。虽然施工技术已经相当成熟，但是施工过程中任然要注意一些细节问题，从管段的制作到投放、拼接、基础处理、到使用的过程中都要严格把控，确保质量安全。