预制钢筋混凝土管段沉放工法

预制钢筋混凝土管段沉放工法

随着工业的发展，各工业城镇对水底隧道的需求更为迫切，建造水底隧道的施工技术多为采用盾构法或管段沉放法；而管段沉放法具有现场施工工期短，建筑断面利用率大，以及可建的建筑断面大等优点，所以在世界各国应用较为广泛，我公司在1974年建造金山石化总厂2#水底排水隧道采用了预制钢筋混凝土管段沉放工艺，该隧道使用至今效果甚好。

1 特点

管段沉放法主要有管段制作及管段沉放两大工序，即在专门的干坞内制作钢筋混凝土管段，作好管段封头及防水处理，然后浮运至现场，逐段依次沉放到预先已筑好的支座上，做好各段之间的连接从而连接成一条符合使用要求的水底隧道。

管段沉放建造的隧道断面大，整条隧道施工接缝少，整体结构好，接缝处如有渗漏也易处理。

2 适用范围

管段沉放一般应用于覆土较浅的水底公路隧道、地下铁道、大型工业厂区的取、排水隧道等地下工程。

3 工艺原理

在干坞内制作好的管段，其两端头密封处理后就成为一段浮管，浮管顶面露出水面的干舷部分高度所产生的一个抗倾侧力矩，必须能克服由于风浪对管段所产生对倾侧力，以保证管段在逆浮时的平稳。

管段沉放是向管段加压载来消除水对管段所产生的浮力，使管段下沉到设计标高，在下沉同时利用定位绳索来调整管段的平面位置。

4 工艺程序(见工艺流程)

5 施工要点

5.1管段制作

5.1.1临时干坞施工

在水底隧道开工之前，首先要制作一座专门用于管段制作的临时干坞，坞墙力求简单，一般可采用土围堰或钢板桩围堰，干坞面积必须满足管段制作所需，其深度应保证管段制作后能顺利进行浮运前的安装工作与浮运出坞，中水位时能确保管段自由浮升，干坞的坞底一般在砂垫层上铺设20～30cm素混凝土底板。当全部管段一批制作时可不设闸门，用土围堰或钢板桩围堰作为坞首。

5.1.2管段制作

在干坞中制作钢筋混凝土管段的基本工艺与通常钢筋混凝土施工工艺相同，但在制作时必须采取特有的措施以防模板的变形与走动，而保证管段混凝土厚度不会导致管段各部位自重不均的状态，在混凝土浇捣与浇后养护过程中也应控制混凝土裂缝的产生而降低混凝土的水密性能，施工缝是水密的薄弱处，故在考虑混凝土浇捣工艺时要尽量设法减少不必要的施工缝产生，对必要的施工缝其位置安排也应慎重，水平缝应留在管段的壁上，最下一道应浇出底板30～50cm，严格防止产生垂直缝。

5.1.3封墙

封墙位置的设置应离管段两端面一定距离，以便于拆除，一般为50～100cm，封墙下部设置φ100mm口径的排水阀，而上部设有同口径进气管，如断面较大的管段还须设置人行门洞，而门洞须装有水密门扇。

封墙结构可根据不同工程采用砖、钢筋混凝土、钢材或木材制成。其强度按最大静水压力计（即沉到底时的水压力），但在海区水底隧道的管段封墙还须考虑海上浮运时的海浪冲积力。

5.1.4压载设施的施工

管段在水中都是自浮的，沉时必须加一定重量使其下沉，这可采用加各种重物来实施。而用水压来压载最方便，所以在封墙前须在管段内设置能容纳压载水的容器，每管段水容器至少有四只，并对称的布置于四角，沉放时便于调整管段各角高差，克服由于管段制作时所形成的不均匀性。

容器一般采用水箱或水池形式，其容量由管段干弦大小，以及压密基础所需重量来决定。

5.1.5管段检漏

每节管段制成后必须作一次检漏，如有渗漏可在运浮前作好修补。

5.1.6干舷调整

经检验合格管段，在坞中浮起出坞前，一定要对管段四角干舷作检查，如有倾斜现象，可用调压载的办法来解决。

5.2管段沉放

管段沉放是建造沉管式水底隧道施工中重要的一个环节，施工时须根据隧道所处位置的自然条件，舷道条件，工程规模以及设备条件制定最佳方案。

5.2.1沟槽开挖及基础铺设

用挖泥船或吸泥船开挖沟槽。根据挖泥设备的性能决定超控量。这超控量即为挖泥后的不平整度见表1。沟槽底宽比管段宽大1.5～2m。

表1

5.2.2基础铺设

沉管隧道一般不需构筑人工基础，所谓基础铺设是为了垫平由于挖沟施工时产生的不平整，所以基础铺设也称为“垫平”。

首先在沟槽宽度方向两侧打入两排短桩，在桩上安放标高导轨见图1，然后用抓斗依次铺设垫平料，垫平料最大粒径不超过10cm，然后用括平设备或工具沿标高导轨括平，括平后的基础面不平整度不得大于土5cm，如垫平材料不用砂而用碎石则不大于土15cm。

5.2.3沉放

沉放的方法繁多，为了把水上作业减到最低并可减少对航道影响，可采“全岸控制法”作业。除作好沉放的设备准备外，最为要紧的是沉设的管段两端架设好中心线标志杆，以便在下沉时控制管段的纵向中心线位置。同时在已沉好管段的端头设置好管段终点位置标杆。

5.2.4水下联接(水力压接法)

水力压接法利用作用在管段后端端面上的巨大水压力，使安装在管段前端面(即靠近已沉设管段一端)周边上的一圈橡胶垫环产生压缩变形，构成一个水密性良好的周边密封环。

用水力压接法进行联接主要工序是：

6 质量标准

6.1混凝土工程除符合《钢筋混凝土施工及验收规范》外，还应符合设计上的特殊要求。

6.2建成后的隧道轴线及高程，应符合设计与使用要求。

7 机械设备

表2 管段施工主要机具设备表

8 施工安全

应遵照国家颁发的《水上航运条例》以及局、公司、颁发的有关安全操作规程和规定执行外，并提出下列安全注意事项。

8.1管段拖运前必须了解在拖运期间的气象情况，以确保拖运安全。

8.2在作业区的范围内必须设有明显标志，防止其他船只进入作业区。

8.3潜水作业应遵照潜水员作业安全事项及水下作业安全规程操作。

8.4在管段沉放施工期间应掌握操作区域水文、气象情况，以便采取有效措施。

8.5管段沉放及沟槽开挖期间应与当地新闻、电台联系，作出航道规定通告。

8.6对施工地区要联系好遇有风浪的避风场，以备必要时使用，如附近无避风场，可在现场设置防风浪设施。

9 工程实例

上海金山石油化工总厂2号排水隧道，采用了钢筋混凝土管段沉放的工艺，2号排水隧道地处金山杭州湾，全长180m，断面为内净5.8×2.8m矩型隧道，中间设厚20cm钢筋混凝土墙。

整条隧道由六节管段连接组成，每节管段长30m，节间胶垫采用尖肋型胶环，为确保沉放对位的精度，节间采用卡式托座。

钢筋混凝土管段在上海日晖港、黄浦江岸边一批制作，然后用拖轮沿海拖至施工现场，用吸泥船开挖沟槽，因隧道为半埋式，故退潮时沟槽基本露出，所以垫平施工采用涨潮时用机帆船抛铺，退潮时括平，管段沉放采用"全岸控制法"定位。

管段封墙采用了钢木混合结构，在施工时拆装较为方便，工程现场总工期为4个月。