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    浅谈建筑沉管隧道施工技术

    时间:2021-06-10 07:41:50 来源:myyuju个人图书馆 本文已影响 myyuju个人图书馆手机站

    摘要:沉管法也称预制管段沉放法,简单地说就是先在干坞中或船台上预制大型混凝土箱形构件或是混凝土和钢的组合箱形构件,并于两端用临时隔墙封闭,舾装好拖运、定位等设备,然后将这些构件浮运沉放在河床上预先浚挖好的沟槽中并联接起来,最后回填砂石并拆除隔墙形成隧道。

    关键词:建筑;沉管;隧道;施工;技术

    悬浮隧道是沉管隧道的一种特殊形式,其特殊性表现在沉管管段不是埋在河底沟槽内,而是悬浮于水中,隧道用锚索锚固于一定间隔的海底锚座上,锚索另一端则通过各固定在隧道上的套环与隧道主体结构相连。

    1、国内外沉管隧道现状

    根据国际隧协沉管与悬浮式隧道工作组到1994年的统计资料,世界各国已建、在建或拟建的沉管隧道共有93条,其中,就管段制作形式而言,混凝土隧道59条,钢壳隧道34条;从使用功能上来看,公路隧道61条,铁路隧道26条(包括地铁隧道),公路、铁路两用隧道4条,人行隧道2条;就管段横截面形状来说,矩形截面隧道73条,圆形〈含花篮形、八角形、马蹄形、椭圆形)截面隧道20条;从规模上看,早期的沉管隧道多为双车道或四车道,从60年代中期,陆续建成一些六车道隧道,到目前世界已建的6/8车道共有19条。

    19世纪末,美国首先用沉管法建成波士顿的下水道工程,之后,于1910年用此法建成了底特律河水底铁路隧道,这是世界上第一条沉管建造的铁路隧道。至1994年底美国已建成25 条沉管隧道。在欧洲,荷兰首先于1924年建成第一条沉管隧道一马斯河隧道,到1994年底,荷兰已建成19条沉管隧道。日本是东亚地区第一个建成沉管隧道的国家,自1944年第一条沉管道路隧道^庵治河隧道通车以来,已建成铁路和公路隧道18条。

    沉管隧道有钢结构和钢筋混凝土结构两大类,前者一般为圆形断面,后者一般为矩形断面,美国及日本大多采用钢壳沉管。沉管技术在本世纪经历过多次革新。1958年古巴哈瓦那建成第一座完全预应力的沉管隧道;荷兰于60年代发明了举世闻名的吉那止水带,使得水力压接法更加简洁有效,这是管段水下连接的重大革新。在基础处理技术方面,丹麦于40年代发明出喷砂法;瑞典于60年代首先成功采用灌囊法,荷兰在70年代发明了更为先进的压砂法,这是沉埋技术中的又一项重大革新;日本在70年代推出压注混凝土法和压浆法。此外,日本在接头抗震方面也取得不少进展,过去在地震区修建隧道时,对地震缺乏特别的预防措施,而现在设计的接头处可以有相当挠度和纵向位移,在允许范围内对沉陷和温度影响也采取了类似的措施。近年来,随着现代科学技术的发展,激光测量仪、电子定位系统等先进设备已应用于施工中,使得沉管隧道质量更加优良,同时工期大大縮短。

    在我国,香港和台湾借助国外先进技术共已建成四条沉管隧道,中国大陆第一条沉管道路隧道广州珠江隧道巳于1993年底通车,此外,宁波甬江隧道也已建成。我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段,但我国经济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的条件。如上海外环线吴淞口越江工程,已确定采用沉管法隧道方案,并正在建设中;其他如京沪高速铁路在南京越过长江,就准备采用沉管隧道方案,崇明至南通的越江方案也都考虑采用隧道方案。由于多车道时沉管隧道明显节约投资,因此沉管隧道在我国具有广阔的前景。

    2、基槽浚挖技术及设备

    在设计基槽断面之前,往往要先全面了解现场的地质资料、水流水质资料、生态资料,以便确定合理的基槽断面和浚挖方式。基槽的断面主要由三个基本尺度决定,即底宽、深度和边坡坡度。底宽一般比管段底宽大4-10m。基槽的深度为覆盖层厚度、管段高度以及基础处理所需超挖深度三者之和。香港地铁沉管隧道在设计基槽断面时,考虑到基槽底部的垫层须宽出隧道管段每边各1m,最小垫层宽度为10.3 + 2=12.3m。为使海上作业船的柱腿能沿隧道弯曲的中线移动及预留出容许偏差量,决定采用能在内刮平14m宽垫层16m底宽的基槽。基槽边坡的稳定坡度与土壤的物理力学性能有密切关系,同时,基槽的留置时间、水流情况等也是重要影响因素。

    在沉管隧道的施工中,水底浚挖所需费用只占整个工程总造价的一个较小比例,通常只有5%~ 8%,可它却是一个很重要的工程项目,由于疏浚作业现场的通航环境较为复杂,挖泥船在主航道作业时经常要松缆让航,施工难度较大,作业效率客观影响近30% ,因此浚挖的成功与否直接影响到工程能否顺利、迅速地开展。水底浚挖工作主要包括三个内容:沉管基槽的浚挖;辅助航道的浚挖;浮运(管段)线路的浚挖。

    通常港务部门疏浚航道用的挖泥船,挖深都不超过20m,一般只有15m左右,可是沉管基槽的底深常是22 ~ 23m左右,有的达到27 ~ 30m。因此,一般不能直接利用现有的挖泥船进行沉管基槽浚挖,需要根据设计要求、地质情况进行一些必要的改装工作。

    3、管段防水技术

    早期的钢壳管段,钢壳既作为施工阶段的外模,又是管段的防水层。40年代,矩形钢筋混凝土管段应用于沉管隧道的初期,仍然采用船台型管段的防水措施,即四边包裹钢壳。50年代,逐渐改为三边包裹的钢壳,顶板上的钢壳改由柔性防水层代替。从1956年迪斯隧道以后,又发展为单边钢板防水为和三边柔性防水,即只保留底板之下的钢板,其它三边采用柔性防水。

    3.1钢板防水

    早期采用的钢壳防水在70年代以后已不再常用,因为钢壳防水存在的缺点不少,如耗钢量大,焊接质量不易保证,防锈问题未切实解决,钢板与混凝土之间粘结不良等等。但仅在管段底板下用钢板防水的实例则越来越多,此时防水钢板基本上不用焊接,而是用拼接贴封的办法,因而不存在焊接质量问题。

    3.1柔性防水

    柔性防水包括卷材防水和涂料防水。卷材防水是用胶料把多层沥青卷材或合成橡胶类卷材胶合成的粘式防水层。最初的柔性防水层是使用沥青油毡,以织物卷材为主,这种卷材强度大,韧性好。尤其是50年代发展起来的玻璃纤维布油毡更适于沉管隧道,这种玻璃纤维布油毡以玻璃纤维布为胎,浸涂沥青制成,性能优越,价格仅稍高于沥青油毡。

    3.3管壁的自身防水

    提高管段自身混凝土的抗渗性能也是重要的防水措施。自60年代初期以来,荷兰等国家对水底隧道管壁自身防水进行了一系列的试验和研究,并取得了可喜的成果,1973年以后陆续开工的荷兰弗拉克、基尔,海姆斯玻尔以及鲍脱莱克等四条水底道路隧道均突破了传统的防水办法,采用无外防水的隧道结构。

    参考文献

    [1]王芳,土木工程概论 [M].北京:中国建筑工业出版社,2009

    [2]刘嘉惠,建筑施工技术 [M].北京:中国建筑工业出版社,2010

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