[科普中國(guó)]-沉管式隧道

沉管隧道是將隧道管段分段預(yù)制，每段兩端設(shè)置臨時(shí)止水頭部，然后浮運(yùn)至隧道軸線(xiàn)處，沉放在預(yù)先挖好的地槽(基槽)內(nèi)，完成管段間的水下連接，移去臨時(shí)止水頭部，回填基槽保護(hù)沉管，鋪設(shè)隧道內(nèi)部設(shè)施，從而形成一個(gè)完整的水下通道。1

簡(jiǎn)述1910年，美國(guó)底特律水底鐵路隧道的建成，標(biāo)志著沉管法修建水底隧道技術(shù)的成熟。自香港跨港沉管隧道(1972)和臺(tái)灣高雄海底沉管隧道(1984)興建后，我國(guó)目前建成的沉管隧道有廣州珠江隧道(1993)、寧波甬江沉管隧道(1995)、寧波常洪沉管隧道(2002)、上海外環(huán)線(xiàn)越江沉管隧道(2003)、杭州灣海底沉管隧道(2004)、天津海河沉管隧道(2011)、廣州洲頭咀沉管隧道(2011)等10多座。已開(kāi)展大量沉管隧道前期工作，但最后改變施工工法的隧道有京滬高鐵穿越長(zhǎng)江的南京上元門(mén)隧道、武漢長(zhǎng)江水底隧道(含地鐵)等。

沉管隧道對(duì)地基要求較低，特別適用于軟基、河床或海床較淺易于用水上疏浚設(shè)施進(jìn)行基槽開(kāi)挖的工程地點(diǎn)。由于其埋深小，包括連接段在內(nèi)的隧道線(xiàn)路總長(zhǎng)較采用礦山法和盾構(gòu)法修建的隧道顯著縮短。沉管斷面形狀可圓可方，選擇靈活?；坶_(kāi)挖、管段預(yù)制、浮運(yùn)沉放和內(nèi)部鋪裝等各工序可平行作業(yè)，彼此干擾較少。管段預(yù)制質(zhì)量易于控制。

用沉管法修建水下隧道，對(duì)建設(shè)地點(diǎn)的水文、泥沙、床面土質(zhì)和場(chǎng)地有一定的要求。若水流速過(guò)大或河床有深溝、地形陡峭，或水深過(guò)深(超過(guò)40m)，則管段的浮運(yùn)、沉放是困難的。為保證水下基槽成型，水下床面的土質(zhì)應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定。泥沙條件應(yīng)至少滿(mǎn)足施工期間不會(huì)在基槽內(nèi)形成快速淤積。潮汐水域應(yīng)有足夠長(zhǎng)的平潮期以便于管段沉放。應(yīng)有合適的場(chǎng)地用于管段預(yù)制和疏浚排出物的處置。此外，為進(jìn)行水下基礎(chǔ)的構(gòu)筑、管段沉放和水下對(duì)接，需要某些專(zhuān)用設(shè)備。1

特點(diǎn)沉管隧道與其他橫斷水路的隧道相比，主要有如下特點(diǎn)：

(1)沉管隧道因其能夠設(shè)置在只要不妨礙通航的深度下，故隧道全長(zhǎng)可以縮短；

(2)隧道管段是預(yù)制的，質(zhì)量好，水密性高；

(3)因有浮力作用在隧道上，所以視比重小，要求的地層承載力不大，故也適用于軟弱地層；

(4)斷面形狀無(wú)特殊限制，可按用途自由選擇，特別適應(yīng)較寬的斷面形式；

(5)沉管的沉放，雖然需要時(shí)間，但基本上可在1～3天內(nèi)完成，對(duì)航運(yùn)的限制較小；

(6)不需要沉箱法和盾構(gòu)法的壓縮空氣作業(yè)，在水相當(dāng)深的條件下，能安全施工；

(7)因采用預(yù)制方式施工，效率高、工期短。2

分類(lèi)沉管隧道結(jié)構(gòu)形式沉管隧道按管段的制作方式，可分為船臺(tái)型(鋼殼混凝土管段)和干圬型(鋼筋混凝土管段)兩類(lèi)。

(一)船臺(tái)型

船臺(tái)型的管段是鋼殼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)，是利用船廠(chǎng)的船臺(tái)，先預(yù)制鋼殼，將其沿滑道滑移下水后，在浮起的鋼殼內(nèi)灌注混凝土。鋼殼混凝土管段的橫斷面一般為圓形、八角形和花籃形。鋼殼有單層和雙層兩種：?jiǎn)螌愉摎す芏蔚耐鈱訛殇摪?，?nèi)層為鋼筋混凝土環(huán)；雙層鋼殼管段的內(nèi)層為圓形鋼殼，外層為多邊形鋼殼，內(nèi)外層之間澆筑抗浮混凝土。鋼殼管段的內(nèi)斷面為圓形，外輪廓有圓形、八角形等多種，一般用于雙車(chē)道，若需設(shè)4車(chē)道，則可采用雙筒雙圓形組合式斷面。

船臺(tái)型沉管隧道的優(yōu)點(diǎn)是：外輪廓斷面為圓形或接近圓形，沉沒(méi)完畢后，荷載作用下所產(chǎn)生的彎矩較小，因此在水深較大時(shí)，比較經(jīng)濟(jì)；管段的底寬較小，基礎(chǔ)處理的難度不大；管段外殼為鋼板，浮運(yùn)過(guò)程中不易碰損；鋼殼可在造船廠(chǎng)的船臺(tái)上制作，充分利用船廠(chǎng)設(shè)備，工期較短；由于占大部分重量的混凝土是在管節(jié)處于懸浮時(shí)澆灌的，故在陸地上時(shí)管段比較輕，便于拖運(yùn)、下水。

其缺點(diǎn)是：管段的規(guī)模較小，一般為2車(chē)道，內(nèi)徑一般不超過(guò)10m，對(duì)于多車(chē)道隧道則不經(jīng)濟(jì)；圓形斷面的空間利用率低，且由于車(chē)道上方必須空出一個(gè)限界之外的空間，車(chē)道的路面高程不得不相應(yīng)壓低，使隧道的深度增加，基槽浚挖量加大；管段耗鋼量大，造價(jià)較高；鋼殼存在焊接拼裝的問(wèn)題，防水質(zhì)量不能保證，如有滲漏，不易修補(bǔ)；鋼殼本身的防銹問(wèn)題尚未完全解決。

(二)干塢型

干塢型沉管隧道是在臨時(shí)干塢中制作鋼筋混凝土管段，外涂防水涂料，而后在塢內(nèi)灌水，管段上浮，拖運(yùn)到隧址沉放。其橫斷面一般為矩形，我國(guó)多采用干塢型沉管隧道。

干塢型沉管隧道的優(yōu)點(diǎn)是隧道橫斷面空問(wèn)利用率高，建造多車(chē)道(4～8車(chē)道)隧道時(shí)，優(yōu)勢(shì)顯著；車(chē)道路面最低點(diǎn)的高程較高，隧道的全長(zhǎng)相應(yīng)較短，所需浚挖的土方量亦較?。徊挥娩摎し浪?，節(jié)約大量鋼材；利用管段自身防水的性能，能做到隧道內(nèi)無(wú)滲漏水。

其缺點(diǎn)是：需要修建臨時(shí)干塢，征地搬遷及施工費(fèi)用高；制作管段時(shí)，對(duì)混凝土施工要求嚴(yán)格，保證干舷和抗浮安全系數(shù)；須另加混凝土防水措施。1

結(jié)構(gòu)橫斷面結(jié)構(gòu)沉管隧道管段斷面結(jié)構(gòu)形式，按制作材料主要分為鋼殼混凝土管段和鋼筋混凝土管段兩種；按斷面形狀可分為圓所示。

(1)鋼殼混凝土管段

鋼殼混凝土管段是鋼殼與混凝土的組合結(jié)構(gòu)。鋼殼有單層和雙層兩種。單層鋼殼管段的外層為鋼板，內(nèi)層為鋼筋混凝土環(huán)；雙層鋼殼管段的內(nèi)層為圓形鋼殼，外層為多邊形鋼殼，內(nèi)外層之間澆筑混凝土。鋼殼管段一般用于雙車(chē)道隧道，若需設(shè)4車(chē)道，則可采用雙筒雙圓形組合式斷面。

鋼殼管段的優(yōu)點(diǎn)有：外輪廓斷面為圓形或接近圓形，在外荷載作用下所產(chǎn)生的彎矩較小，因此在水深較大時(shí)比較經(jīng)濟(jì)；管段的底寬較小，基礎(chǔ)處理的難度不大；鋼殼可在造船廠(chǎng)的船臺(tái)上制作，充分利用船廠(chǎng)設(shè)備，工期較短。

鋼殼管段的缺點(diǎn)有：圓形斷面的空間利用率低，耗鋼量大，造價(jià)較高；鋼殼的防腐蝕、鋼殼與混凝土組合結(jié)構(gòu)受力等問(wèn)題不易得到較好解決，且施工工序復(fù)雜，

(2)鋼筋混凝土管段

鋼筋混凝土管段的橫斷面多為矩形，可同時(shí)容納2—8個(gè)車(chē)道，有的還設(shè)置有維修、避險(xiǎn)、排水設(shè)施等的專(zhuān)用管廊。如上海外環(huán)路沉管隧道為8車(chē)道，設(shè)有3個(gè)車(chē)輛通行孑L和2個(gè)管廊孔；管段高9.55m、寬43m，最大節(jié)長(zhǎng)108m。

鋼筋混凝土管段的優(yōu)點(diǎn)：隧道橫斷面空間利用率高；不用鋼殼防水，節(jié)約大量鋼材；其主要缺點(diǎn)有：需要修建臨時(shí)干塢，費(fèi)用高；制作管段時(shí)對(duì)混凝土施工要求高，須采取嚴(yán)格的施工措施防止混凝土產(chǎn)生裂縫。3

縱斷面結(jié)構(gòu)沉管隧道在縱斷面上一般由敞開(kāi)段、暗埋段、沉埋段以及岸邊豎井等部分組成。豎井通常作為沉埋段的起始點(diǎn)以及通風(fēng)、供電、排水、運(yùn)料和監(jiān)控等的通道。但是，根據(jù)具體的地形、地貌和地質(zhì)情況，也可將沉埋段和暗埋段直接相連接而不設(shè)豎井，如廣州珠江沉管隧道。

水底隧道的縱坡一般最小為0.3%，最大縱坡可達(dá)6%，廣州珠江沉管隧道縱坡最大為4.9%。管段長(zhǎng)度一般為100—150 n，，同一隧道的管段長(zhǎng)度并不均等。隧道沉管段的長(zhǎng)度一定時(shí)，確定了管段的長(zhǎng)度后，即可確定出所需要的管段數(shù)。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊曉紅 - 副教授 - 西南大學(xué)