沉管隧道施工监理重点与难点

沉管隧道工程施工监理的重点与难点

龚定演

生物岛～大学城隧道土建工程是连接仑头～生物岛～大学城隧道交通土建工程的二期工程，起点为生物岛，与仑头～生物岛隧道连接，终点止于大学城26号路与中环路交叉处，中间穿越生物岛与大学城之间的官洲河。生物岛～大学城隧道全长1338.587米，其中：水中沉管隧道长214米。

水中段沉管隧道施工采用固定轴线干坞法，在干坞内完成管节预制（管节分为E196m、E2114m、E34m三节），分E1、E2+E3二次浮运出坞，按由南端岸上段向北端依次沉放，在水下采用水力压接法完成E2+E3与E1的对接（E2与E3在干坞内完成对接）。本工程的特点是：工程量大（土方开挖60万方，造价人才网水下基槽土石方17.5万方，结构混凝土方量共40590方、钢筋用量6412吨，边坡支护锚杆97080根，围护桩110根，连续墙47槽段.）、工程范畴大、技术面广、涉及工法多、工序转换频繁（分为水中段、接口段和岸上段）、管节预制精度要求高（几何尺寸误差会影响管节浮运沉放、隧道安装位置、对接质量及接头水密性）、混凝土抗渗、抗裂、配比要求高（大面积混凝土温度裂缝控制难度大，干舷高度有严格要求，混凝土配比控制很关键）、工程防水施工要求高（各项技术细节的处理极为重要，管节结构防水为一级防水、工程监理岸上段为二级防水，一级防水设计要求不能出现渗漏——滴水不漏）、钢构件预埋件多且安装精度非常高、管节的浮运、沉放、对接、基底处理及最终接头施工工艺复杂，姿态测量定位难度大、管底处理填充难度大（为确保填充均匀、密实、管节运营期间不发生不均匀沉降，施工过程有大量的水下、水上作业，施工难度大）。根据生物岛～大学城隧道土建工程施工情况，监理部总结沉管隧道施工监理的重点与难点主要包括以下几个方面：

一、沉管隧道工程施工监理的重点

1、干坞支围护结构的安全稳定与基坑变形的监控。干坞深度平均为14米，坞口最深达22.826米且支围护结构形式多、止水抗渗要求高，干坞距官洲河仅15米，干坞深度范围均为遇水易崩解、裂隙发育较好且地下水丰富的<6>、<7>全风化岩和强风化岩地层。因此，干坞支围护结构的施工质量控制或支围护结构的安全稳定性与干坞基坑变形的监控是监理工作的重点。

2、管节砼的配制。根据施工图设计规定：沉管管节采用C35、S10砼，砼容重为2.39t/m3，容重允许偏差为-0.01～+0.01t/m3；管节砼容重是控制管节起浮时干舷值的的基本要素，砼质量的不均匀性会造成管节在完成一次舾装后、二次舾装前的起浮干舷值的严重偏差，施工图设计要求管节在完成一次舾装后的干舷值应控制在50～100mm，如果管节在完成一次舾装后的四个角点的干舷值偏差超出【50、100】mm范围时，必须经设计单位计算二次舾装件、调整防锚层的厚度及压载水箱的加载标高来控制管节完成二次舾装后的起浮干舷值，在管节起浮时的四个角点的干舷值满足50～100mm的条件下，保证管节平稳起浮、安全浮运。管节砼既要考虑容重的控制，又要兼顾管节的防水抗渗要求，对砼的配制工作就显得尤为重要，要经过反复多次的试配、比对才能确定砼的配比。

3、管节E2+E3、E1的浮运沉放与水下对接。根据施工图设计，管节E2与E3在坞内完成初步拉合对接并一次浮运出坞，在水下与E1管节完成对接。①在干坞内采用上、下二组共8台千斤顶，每台千斤顶的有效张拉力不小于2000KN，有效行程不小于500mm，进行E2与E3拉合对接施工，当GINA止水带压缩量达5.5cm时再采用PC拉索连接锁定E2与E3，完成E2与E3的初步拉合对接；②沉放。管节沉放采用对接端设鼻托、自由端设两个600T的千斤顶支撑，在沉放过程中应控制管节的姿态，即往管节内的压载水箱均匀加载，保证相邻

水箱内最大水位差：E1≤28cm、E2+E3≤10cm使管节均衡下沉，当沉放的管节与对接端距离接近1米时，应放慢移位和沉放速度，要绝对避免沉管端头与对接端发生碰撞，当测量数据反映管节鼻托梁的上下导向装置开始接触后，通过千斤顶将管节缓缓地搁置在临时支撑垫块上并使用千斤顶配合吊缆调整沉管管节的设计纵坡、横坡；③水下对接是采用抽排水压密的方法完成沉管管节在水下的对接工作。在水下对接前，由潜水员进行管节端头的钢端壳、止水带等对接面预埋件的安装情况检查，检查完成确保无遗漏后，打开管节端封门上的进气阀与排水阀，抽排出接头间的水，利用管节之间不平衡水压力完成管节接头对接，当GINA 止水带的压缩量达到9cm时，再采用PC拉索锁定连接，完成对接工作。可见，管节的浮运需大型工程驳船加上牵引导向装置完成，沉放与对接工作要在水下作业完成，施工精度要求高、安全作业风险大。因此，管节沉放与水下对接是沉管隧道工程施工的重点控制对象，是决定工程建设成功与否的关键环节。

4、沉管灌砂基础。沉管隧道的基础采用灌砂法施工，灌砂基础的材料为砂与水泥熟料的混合物。砂的粒径或级配、灌砂压力及灌入砂相应的扩散半径、灌砂的密实度、灌砂的方向顺序等都是决定沉管灌砂基础质量的关键因素，由此亦可知灌砂基础的质量优劣决定沉管隧道工程的正常使用功能与寿命周期，对于砂的级配、灌砂压力及相应扩散半径、灌砂密实度等施工技术参数必须采用1：1模型，模拟水下工况进行试验确定，做为指导施工的依据。在灌砂施工时应从对接端向自由端的方向按排数顺序，先中间、后两侧依次灌注，在自由端尾部留一排孔暂不灌砂，待下一管节沉放后再灌注，灌砂过程应派潜水员检查管节底部两侧砂盘扩散情况并监测管内千斤顶的顶力变化，发生异常应停止灌砂。灌砂基础施工完成后，拆除管内千斤顶，使管节完全坐落在砂基础上。

二、沉管隧道工程施工监理的难点

1、不良地质条件下的锚索施工质量控制。本工程干坞的支围护结构形式主要包括：桩锚支护、墙锚支护、挂网锚喷、钢支撑与钢筋砼支撑。干坞土体开挖根据支围护结构的形式划分，干坞坞口段为垂直开挖段、坞体为放坡开挖段，垂直开挖段按照“先支护、后开挖”的原则，放坡开挖段按照“边开挖、边支护”的原则组织施工，在开挖过程对支围护结构的应力、应变情况实施监测。在诸多支护结构形式中，锚索施工质量受不良地质条件的影响最大，本工程干坞土体开挖深度范围处于<6>、<7>地层，属于遇水易崩解的全风化、强风化地层，且裂隙发育较好、地下水丰富，对于锚索施工质量控制极为不利，只能从改善施工方法、工艺方面去解决锚索施工的质量问题。

2、管节砼浇注的温度控制与砼抗裂缝措施。根据施工图设计，管节砼主要技术指标包括：强度指标、防渗抗裂指标，要求管节砼强度达到C35条件下，满足砼具有S10的抗渗能力并且不允许出现大于0.1mm宽、25mm深的裂缝。沉管管节做为水下工程主体结构要承受水深22米的水压，就工程正常使用功能而言，其防渗抗裂技术指标就显得尤为重要。据分析，管节砼裂缝主要来源于砼内外温度差、砼干缩二大方面。因此，在裂缝的控制措施方面必须从砼配制、砼内部降温、保湿养生与保温等方面综合考虑。

3、管节对接预埋件安装精度的控制。管节端头涉及对接、拉合的预埋件包括：钢端壳、PC 拉索、鼻托梁、钢剪切键与钢筋砼剪切键等，管节端头预埋件的安装精度是保证管节顺利、准确对接、拉合的条件。施工图设计规定，钢端壳的面板、翼板做为安装GINA止水带、OMEGA 止水带的构件，在管节对接拉合后要满足接头的止水防渗要求，要求其表面平整度≤3mm；PC拉索做为管节与管节之间的连接构件，要保证管节两端PC拉索能顺利对接，要求其平面位置偏差≤5mm；剪切键做为管节与管节对接的主要受力构件，要满足管节对接后的高程偏差≤5mm。据分析，影响管节端头各预埋件安装精度的主要因素如下：①钢构件的加工制作偏差与焊接变形；②预埋钢构件在砼浇注时，受砼侧向压力、砼振捣力影响产生变形、偏位；③砼收缩变形对预埋钢构件平面位置的影响；④现浇钢筋砼构件在砼浇注时支架、模