国内外沉管隧道工程发展现状研究

国内外沉管隧道工程发展现状研究

摘要：当前国内外沉管隧道工程有不断的发展，我国在这方面的建设正在逐步

朝着西方发达国家靠拢。由于隧道工程在修建过程中过于繁琐，而且结构的材料

也非常的复杂，另外，由于混凝土会因为不同的发展情况，造成不同程度的侵蚀

现象，在管段制作的过程中也会因为温度的问题导致了对沉管管段抗裂情况、抗

渗情况以及工程质量的持久度都有一系列的影响。所以，本文针对国内外沉管隧

道工程的发展情况、结构状况分析当前的国内外隧道工程现状，希望能够对我国

的隧道工程发展有一定的参考价值。

关键词：沉管管段；隧道工程；混凝土；持久度；现状

一、相关概念

（一）施工前期调查

首先在沉管隧道工程的实施之前需要做好前期的施工调查，施工前期一般都

要进行详细的调查，比如：水力、水质调查、气象调查、航道运输调查以及管段

制作场地的调查。比如：水力的调查主要是指对于水力的流动情况和河水的涨落

情况、潮汐的涨落等数据，水质调查是对水质的密度数据差异进行调查。第二，

需要对沉放管段的沉放部分的长度、横截面进行设计，调查浮力数据和抗浮安全

系数的数据、结构承载重量的数据。

（二）施工程序

在这些数据的基础上，对钢筋混凝土的结构分析进行汇总，才能进行工程的

实施。数据的汇总还需要结合抗震设计、预应力的计算才能进行方案完成，最后

进行实施。在实施上首先是管段的制作和管段的浮运，随后进行管段的水下沉放

和水下连接作业的实施，在管段沉放之后需要把沟槽进行砂石材料的回填及覆盖，随后进行管内压载、接缝处理和防水措施的安装。

二、沉管隧道工程发展现状

（一）沉管隧道工程的发展规模

沉管隧道工程是从1894年开始建设，从美国波士顿开始修建和研究的，随着时代的不断发展，全世界已经修建了120多座沉管隧道，在20世纪初，北美建

设了钢壳管段沉管隧道，在防水上有一定的突破作用，另外钢壳拥有一定的弹性，能够帮助混凝土在抗压性上能够将压力分担。钢壳管段沉管隧道几乎都是建立在

北美地区，目前在我国很少采用。

（二）混凝土管段的防水装置的建设

混凝土管段隧道的主要特点是由钢筋混凝土为主进行建设的，但是目前来说

很多的混凝土管段沉管隧道都没有进行防水薄膜的装置，导致钢筋混凝土的结构

很容易受到渗水情况的侵蚀。但是在早期的修建过程中，都是采用防水装置，比如：钢板、沥青薄膜等进行连接和整合，但是目前在美国和西方发达国家的隧道

工程的构件上，都是采用混凝土管段的多个节段进行整合而组成，管段每节长度

控制在20~25m，将接缝进行柔性连接，不仅能够分散来自各个方面的压力。同

时能够更好的将渗水情况、抗压情况进行很好的控制。总体来说美国和西方发达

国家虽然在管道的修建形式上略有不同，但是在防水的质量以及钢筋混凝土的使

用寿命方面的处理情况上来看并没有不同之处。

三、沉管隧道节预制技术发展现状

（一）我国沉管隧道节预制技术的实施

沉管隧道节的的制作工艺是需要在构建过程中不断地控制钢筋混凝土的整体

结构，同时还需要根据结构的整体综合性能，来控制混凝土的质量、重度。对于

特殊结构的管节，防水情况都需要进行严格的把关，混凝土的结构裂缝控制尤为

重要。比如说我国的珠江隧道，就在构建上对可能出现的裂缝情况采取了一定的

措施：对原材料的用量、质量把关，减少作业段的长度，将相邻的两端作业段的

宽度也尽量保持在1.45m左右，降低混凝土的约束力。第二，尽量控制水泥的质量，对于水泥的水灰比进行审查和控制，提高混凝土的密实性。第三，加强混凝

土的施工温度控制，满足混凝土浇筑的里表温差小于25℃的要求。第四，严格把

关施工的工艺标准，进行分段控制和施工，分层执行工艺流程，最后采取振捣密实，提高表面密实度，增加抗压能力和抗渗水能力。由此可以看出，我国国内对

混凝土的裂缝控制方面也作出了大量的实践研究。

（二）国外沉管隧道节预制技术的实施

对于国外方面来看，比如说美国、日本、荷兰等发达国家，在隧道工程的建

设上都有了不同程度的发展，比如说，在选用材料方面，一直提倡的是选用优质

性能的材料，拥有高性能延长寿命的质量保证，混凝土也不再选用普通质量的硅

酸盐混凝土。

比如德国在节预制的研究上，更加注意的是对于边墙温度的变化，冷却的混

凝土与新浇筑的混凝土之间的温差情况要尽量的避免，以及混凝土的凝固情况、

抗拉情况都要有极高的应变能力。另外还需要保持冷却的程度均匀，尤其是对于

不同厚度的混凝土在冷却程度上也需要保持平均水平避免产生裂缝。由于坡道的

程度不同，坡道的连墙和隧道管段的变墙之间的连接部位，都需要在墙的中间位

置深埋25.38mm的钢管循环输送地下水进行冷却。另外混凝土在施工完成之后也需要进行冷却降温，对于新浇筑的混凝土进行的冷却作业需要在两天以内进行地

下水的工作冷却，同时随时测量冷却温度，否者很容易会产生竖向裂缝。

四、裂缝与耐久性的相关研究

根据西方国家关于混凝土出现裂缝的情况调查，可以看出裂缝是不可避免的，是在一定范围内出现的材料质变，或者是其他因素，比如：温度、压力、湿度、

外力挤压都有可能出现裂缝，出现裂缝要及时对裂缝的产生原因进行调查和分析，对于裂缝的危害及时预测和判断，对于裂缝处于的期间内进行不同程度的维护。

图1 日本混凝土工程协会对修补或无需修补的裂缝宽度的限定（数据来源：

公开资料整理）

根据图一，以日本混凝土工程协会关于混凝土裂缝的修补宽度的限定情况可

以看出，各国对裂缝出现的程度都有严格的规定宽度，随着沉管隧道工程的不断

发展，裂缝出现的情况也越来越受到关注，直接影响到工程的质量和未来的使用

寿命等情况，所以从图一可以看出，日本对修补裂缝对于混凝土结构情况的耐久

性和防水性都有大中小的严格设定，对于需要修补的裂缝，还应该考虑其防水性，对于混凝土防水层的保护情况进行详细的判断，除此之外，还需要对钢筋的生锈

情况进行严格的划分，裂缝和生锈是混凝土出现寿命剪短的标志，也是持久性渐

渐消失的一种重要体现，所以如何能够让混凝土使用寿命延长已经成了当前世界

各国重要的研究论点。

结论：本文通过对国内外的隧道工程的建设情况进行系统的描述，希望能够

在隧道工程的建设和维护工作上起到一定的参考作用。通过对混凝土的开裂情况

的防治，以及对于日本在开裂情况发生之后的调查情况进行阐述，希望能够减少

混凝土的收缩，延长混凝土的使用寿命，减少裂缝的出现，希望我国未来在沉管

隧道工程的实施上能够充分借鉴，并且在其他方面积极实践，裂缝的出现虽然不