沉管隧道发展及关键技术

9项
管段沉放对接
基础处理
最终接头
结构防水
3.沉管法隧道关键技术
干坞
3.沉管法隧道关键技术
干坞
3.沉管法隧道关键技术
港珠澳大桥海底隧道工程
干坞
工厂化干坞预制场
3.沉管法隧道关键技术
干坞
干坞设计
✓ 主要分普通固定干坞、工厂化干坞、移动干坞三大类。 ✓ 普通固定干坞、工厂化干坞主要考虑：
• 何为沉管法隧道？
沉管法是一种水下隧道的建设方法，即：通过预制 的方式建造隧道，然后将预制段分别浮运到隧址，然后通 过沉放对接的方式，在开挖的水下基槽内将各预制段一节 一节连接起来，形成一个贯通的隧道。
沉管法隧道工艺流程
1. 沉管法隧道技术发展
1910年美国建成了第一条底特律河的双线铁路隧道， 被公认为世界第一条真正意义上的沉管法隧道，本隧道沉 管段由10节长80米的钢壳管段组成。
7 2.5 5 2 3 3 1
国家（地区） 俄罗斯 英国 澳大利亚 希腊 古巴 西班牙 中国 香港地区 爱尔兰 韩国
数量 1 2 1 1 1 1 6 5 1 1
里程牌项目
ØRESUND
工厂化干坞
厄勒海峡是桥隧组合项目，中间通过人工岛实现桥隧间的转换，隧道沉管 段全长3.51km，共分20个管节，首次采用了工厂化干坞，流水化方式制作管节。 2000年建成。
里程牌项目
ØRESUND
里程牌项目
Busan-Geoje
40 m 20 m
0m -20 m -40 m -60 m -80 m -100 m
3.24 km Immersed tunnel
釜山海底公路隧道
Alluvial deposits
Marine clay Rock
釜山巨济公路隧道长3.24千米，采用节段式管节，最大水深为50米。地基处理分 别采用了挤密砂桩、深层水泥搅拌工法改良软海泥层，局部较薄软土采用了换填处理， 解决了不均匀沉降问题。2010年建成。
接头钢管桩平面 接头钢管桩
接头钢管桩加工
接头钢管桩上部为Φ1040mm的钢管、下部为钢 筋笼，整体吊装入Φ1100mm的钻孔中，再水下灌注 混凝土至基槽开挖面。接头破除前工人从钢管内部 将钢管截断，然后将钢管整体拔出。
3.沉管法隧道关键技术
岸上段
护岸结构
沉管段 沉管段
沉管沉放前需要进行水下基槽 开挖，基槽开挖使基槽两侧的既有 堤岸失去保护，也使其原有的基础 遭到破坏，从而危及堤岸安全，因 此需作护岸结构，这部分护岸结构 由于一侧临江，无法设计内支撑。
里程牌项目
Busan-Geoje
里程牌项目
Fehmarn-Belt
在建的丹麦与德国之间Fehmern- Belt（费马恩）海底隧道，为公路双向4车道+铁路 双线的两用跨海通道。隧道总长度20.4km，其中沉管段长18.6km，中部设置一个通风井。
1. 沉管法隧道发展
我国的沉管法隧道技术研究起步较晚，但是发展速度很快。 1994年建成了我国的第一座沉管法隧道——广州珠江隧道， 1996年建成了第二座沉管法隧道——宁波甬江隧道。香港地区于 1972 年建成了跨越维多利亚港的城市道路海底隧道，台湾省于 1984年建成了高雄港道路沉管隧道。
A拖轮
拖轮前进方向 8000P
B4拖轮
带动力驳船 驳船
B1拖轮
驳船
推船
拖轮、驳船顶组推合浮浮运运方方式式 拖轮浮运方式
3.沉管法隧道关键技术
起重船 起重船
管段沉放
✓ 常用的沉放方案有三种：
驳船 管段
已沉放管段
驳船
驳将沉船放管段 管段
驳船
抗起吊重法船双沉浮吊驳法骑吊法
3.沉管法隧道关键技术
港珠澳大桥海底隧道工程
1. 沉管法隧道技术发展
全世界沉管法隧道最发达的地区主要是北美和欧洲，其
次是亚洲的日本，根据国际隧协到1997年的统计资料，世界
各国已建、在建的沉管隧道共有108条，目前已超过120条。
各国已建设成沉管隧道统计表
国家（地区） 美国 荷兰 日本 德国
加拿大 法国 瑞典
比利时 丹麦
阿根廷
数量 25.5 22 20
专用沉放船
3.沉管法隧道关键技术
下鼻托
上鼻托
支撑杆
管段沉放
上鼻托
下鼻托
管段沉放对接采用在管首设鼻 托，管尾设两个垂直千斤顶的三点 支撑方式。沉放对接完成后再通过 基础处理进行竖向受力的置换，然 后拆掉鼻托、及支撑千斤顶。
为了浮运沉放的需要，在管段 端部需设置临时端封墙，端封墙有 钢面板与混凝土面板两种。
管段制作几何尺寸允许误差
名称
管段外包宽 度
管段外包高 度
管段长度
顶、底板厚 度
内孔净 宽
内孔净 高
外墙、内墙 厚度
允许 误差
+5～-10mm
+5～-10mm
+30～30mm
+0～-5mm
+0～ +10mm
+0～ +5mm
+0～-10mm
3.沉管法隧道关键技术
管段制作
后浇带
根据管段预制质量及精度要求，管段混 凝土采用横向分层、纵向分段进行浇注。 纵向根据每节管段的长度进行分段，每小
3.沉管法隧道关键技术
滑轮组
吊点
人孔
舾装设备
系缆桩
拉合座
管段制作时先将各类舾装设备的底部构件进行预埋，管段沉放前二次 舾装时再安装其上部构件。
3.沉管法隧道关键技术
舾装设备
单柱系缆桩 人孔
双柱系缆桩
3.沉管法隧道关键技术
压载水箱
为了满足管段在浮运、沉放期间整 体抗浮的需要，在管段内部设置了压载 水箱，水箱采用型钢作骨架，4mm厚的钢 板作水箱内模。各管节水箱数量根据抗 浮计算确定。
段长15~18米，相邻两小段之间设置 1.5米的后浇带。横断面分底板、侧墙 和顶板两次浇筑。
3.沉管法隧道关键技术
系缆桩
舾装设备
测量塔
拉合座 滑轮组
人孔
吊点
管段制作中存在大量的舾装设备安装以及临时结构的施工 为了满足管段浮运、沉放对接的需要，管顶的舾装设备包括：接头拉合装置、 系缆桩、人孔、测量塔、控制塔、导向装置、滑轮组、吊点等。
3.沉管法隧道关键技术
管段制作
混凝土配合比试验研究，解决大体积混凝土的防渗抗裂以及浮力设计问题 仑头-生物岛隧道工程
沉管段主体结构：C35、S10，重量：2.36t/m3(-0.01~+0.01t/m3) 管段顶防锚层：C20，重量：2.35t/m3(-0.01~+0.02t/m3) 管段内压舱混凝土：C20，重量：2.35t/m3(-0.01~+0.02t/m3)
3.沉管法隧道关键技术
基础处理
预埋灌砂管
侧墙上的灌砂 管口部
中隔墙上的灌砂 管口部
3.沉管法隧道关键技术
沉放顺序
E1，55米 E2，67米
E3-2，71.5米
E4，77米
E3-1，4米
最终接头2.5 米后浇带
为了加快施工进度，管段沉放考虑从两侧岸上往江中沉放，最终接头设在江 中E3-1和E3-2间，采用的是水下最终接头。
3.沉管法隧道关键技术
水下最终接头施工工艺：
2.5m
止推 钢撑
水面
E2管段
E3-1管段
Hale Waihona Puke Baidu
E3-2管段
接头基础 处理
止水 钢板
止水带
3.沉管法隧道关键技术
结构防水设计
✓ 需考虑管段防水与接头防水 ✓ 管段防水包括混凝土自防水、施工缝防水与附加防水层
附加防水层，国内最常用的措施是：防水底钢板+墙、顶防水涂料 ✓ 接头防水包括：GINA+OMEGA
3.沉管法隧道关键技术
压载水箱
3.沉管法隧道关键技术
预应力钢索
上鼻托梁
端封墙等
水密门
端封墙
3.沉管法隧道关键技术
GINA止水带安装
3.沉管法隧道关键技术
水下基槽开挖与临时航道疏浚
✓ 水下开挖注意： 1）开挖方式的选择，尤其是普通开挖与水下爆破开挖的界线 2）开挖对环境的影响 3）回淤对开挖的影响 4）与临时航道改移方案匹配 5）沉管隧道基槽开挖的一般要求：分层、分段，不得有浅点等 6）临时航道疏浚应注意满足行船宽度、行深及转弯半径要求
港珠澳大桥海底隧道工程
港珠澳大桥海底隧道工程
港珠澳大桥海底隧道的几项重要技术： 1）人工岛快速修建技术 2）工厂化预制沉管隧道管段 3）先铺法碎石整平船 4）专用沉放船以及深水区沉放对接技术（无测量塔） 5）深厚软土处理技术
港珠澳大桥海底隧道工程
人工岛采用40~50米高的大圆筒依次振冲形成封闭岛体
1. 沉管法隧道技术发展
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
目前状态 建成
在建
我国大陆在建或建成的沉管隧道
隧道名称 珠江隧道 甬江隧道 常洪隧道 外环隧道 仑头-生物岛隧道 生物岛-大学城隧道 海河隧道 沈家门海底隧道 洲头咀隧道 佛山汾江路南延线工程隧道 港珠澳大桥 南昌红谷隧道
沉管法隧道技术发展及关键技术
贺维国
Company
LOGO
2013年9月
昆明
主要汇报内容
1. 沉管法隧道发展 2. 沉管法隧道关键技术 3. 1）广州市仑头~生物岛、生物岛~大学城隧道工程
2）佛山汾江路南延线工程 3）港珠澳大桥海底隧道工程 3. 沉管法隧道关键技术 4. 沉管法隧道适用条件
1. 沉管法隧道技术发展
1）干坞选址，场地情况、管段浮运路线水深情况 2）干坞规模，管段分几批预制 3）干坞设计，坞底标高、边坡设计（多次进排水）、坞底承载力
工厂化还有：浅坞、深坞标高，工厂化流水线设计 ✓ 移动干坞主要考虑
1）浮船坞的选择，大小、承载变形能力、浮运稳定性、行深 2）管段制作码头 3）浮船坞浮运路线及下潜港池设计
3.沉管法隧道关键技术
基础处理
沉管隧道受浮 力的作用，沉管段 对各种地质条件的 适应性强，一般不 需专门构筑人工基 础，但施工时为解 决槽底的不平整问 题，须进行基础处 理。
本隧道的基础处理采用灌 砂法。管段预制时就在其中隔 墙和侧墙中预埋灌砂管，管段 沉放对接后用砂驳工程船通过 预埋的灌砂管灌砂。灌砂盘半 径暂定为8米，灌砂压力等参 数根据实验结果确定。
3.沉管法隧道关键技术
管段浮运
✓ 浮运方案与干坞形式、干坞位置有关 一般干坞离隧道很近时，通常采用岸控方式将管段从坞内绞移到隧址
即可。 干坞位置较远时，需全面调查气象、水文、航道情况，研究确定管段的
浮运方式、拖航路线等。
B3拖轮
带动力驳船 驳船
B2拖轮
驳船
推船
沉管管段
前进方向沉管管段
前进方向
沉管管段
3.沉管法隧道关键技术
岸上段
接头钢管桩
沉管段
接头
岸上段和沉管段的接头是沉管隧道设计的的一个难点。
岸上段施工时在接头处需要做临时围护结构。岸上段施工完毕，为了满足管段沉放，接头 段需要拆除，然后进行基槽开挖。所以接头段除了要满足前期岸上段施工时的结构安全， 还要满足后期拆除的方便、可行。
3.沉管法隧道关键技术
1. 沉管法隧道技术发展
沉管法隧道的发展趋势： 1、隧道越来越长 2、水深越来越大 3、环境条件越来越苛刻，水流速度大、风浪较大的海洋环 境、海洋环境自然保护区 4、隧道断面越来越大，多车道、公铁合建等
3.沉管法隧道关键技术
干坞
管段制作
水下基槽开挖与临时航道疏浚
接头、护岸结构工程
管段浮运
所在地 广州 宁波 宁波 上海 广州 广州 天津 舟山 广州 佛山 珠海 南昌
建设年代 1993
1996 2002 2003 2010 2010 沉管段已完工 沉管段已完工 2007开工 2010开工 2010年开工 拟13年12月开工
处于规划或者前期研究阶段的沉管法隧道还有十余条。包括深中通道工程等。
GINA止水带的选型 OMEGA止水带的选型
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