沉管隧道技术发展现状与分析

沉管隧道技术发展现状与分析

彭斌

中铁工程设计咨询集团有限公司 北京市 100055

摘要：近年来，沉管隧道技术在我国取得了长足发展，为了更好的了解我国沉管隧道技术的发展情况，从而进一步提高现有技术的应用能力，文章对国内外沉管隧道技术的现状进行了分析总结，并对港珠澳大桥沉管隧道工程、南昌红谷沉管隧道工程中关键沉管隧道技术的发展与创新进行了分析和论述，这将对沉管隧道的施工有一定的借鉴意义；最后，对我国沉管隧道技术的发展前景进行了展望。

关键词：沉管隧道；现状分析；技术；发展

1. 引言

沉管法^[1]是指在大型驳船上或干坞内先预制管段，再浮运至指定位置下沉对接固定，从而建成水下构筑物或过江隧道的施工工法。沉管法自1910年在美国首次应用以来，工程届相继开展了大量研究，对所取得的成果进行了系统总结，使沉管隧道的设计方法、施工工艺及配套工程技术取得了长足进步^[2]。本文结合国内外已完工的沉管隧道工程，分析和论述沉管隧道技术的发展与创新，更好的了解国内外沉管隧道技术的发展现状，对进一步提高我国沉管技术的应用能力具有重要意义。

2. 沉管隧道技术现状分析

2. 1. 沉管隧道长度

2017年之前，美国的旧金山海湾地铁隧道是世界上最长的沉管隧道，全长5825m，由111节管段组成；公路沉管隧道最长的是瑞典的厄勒海峡隧道，全长3560m，由20节管段组成。至此之后，中国的港珠澳大桥沉管隧道便打破了已有公路沉管隧道长度不到4km的极限，沉管段长约5664m，由33节管段组成。此外，在建的深中通道沉管段长度为5035m，由32节管段组成，建成后将成为国内长度排名第二的沉管隧道工程。

2. 2. 沉管隧道结构形式

沉管隧道主要分为钢结构和混凝土结构沉管隧道，其中混凝土沉管隧道纵向结构可分为整体式和节段式两种基本形式。节段式沉管隧道管节的长度一般为100m～200m之间，一个管节由若干个节段组成，每个节段长度约20～30m，节段与节段之间完全断开，通过柔性止水带相连，这种型式在欧洲采用广泛；整体式沉管隧道管节的长度一般在80m～120m，一个管节以若干施工缝划分并分批浇筑，最后形成混凝土结构整体，相邻施工缝之间的长度约20～30m，这种型式在亚洲采用较多。

沉管隧道工法从上个世纪末开始逐步在国内应用，近10年得到较快发展，其中主要以整体式混凝土沉管为主，国内仓头沉管隧道、官洲沉管隧道、南昌红谷沉管隧道均采用了整体式混凝土结构形式，而港珠澳大桥沉管隧道是国内第一个采用节段式混凝土沉管隧道的项目。

2. 3. 基础处理

沉管隧道的基础处理主要是为了解决开挖引起的地基土软硬不均、流砂管涌、槽底不平整、基槽回淤等问题。目前，国内外常用的沉管隧道基础处理方法大致可分为先铺法、后填法和桩基法。其中我国普遍采用后填法中的流砂法灌砂，包括高雄跨港隧道、香港东区隧道、珠江隧道、上海市外环线隧道、仓头沉管隧道等，该方法的施工难点在于灌砂基础的充满度和密实度难以控制，致使管段后期有不同程度的下沉，有待进一步开展研究。

2. 4. 干坞设计

干坞是管段的临时预制场所，一般在陆地上开挖后形成，称为固定干坞，也有在半潜驳上进行管段预制，称为移动干坞。我国大多沉管隧道都是采用的固定干坞，广州仑头生物岛隧道和在建的广州金光东隧道由于附近无合适的干坞场地，采用移动干坞方案。

3. 我国沉管隧道技术发展与创新^[3-9]

近年来，随着我国沉管隧道建设事业的快速发展，沉管隧道修建技术水平有了明显的提高，特别是应用领域全方位拓展，建设方法及手段也是“不拘形式、实效为主”。

3. 1. 隧道管节生产和安装的新型设备

中国在生产制造及安装隧道管节的世界现有技术基础上取得了长足的发展，研发了一系列新型设备，如隧道管节的浇筑和顶推设备、碎石基床整平安装设备、高效碎石基床清淤设备、沉放管节的测量系统、管节沉放系统等，其中隧道管节的浇筑和顶推设备和工艺，这种方法仅在丹麦的厄勒海峡隧道使用过，设备中尤其是针对超大超重管节设计的顶推系统的改进和提升，降低了新浇筑混凝土的应力，极好地减少或避免了新浇筑混凝土的裂缝问题。

3. 2. 沉管隧道耐久性设计

港珠澳大桥沉管隧道120年的设计使用寿命，在中国大陆第一次对基础设施提出如此高的要求，没有现成的规范可以借鉴和使用，然而中国工程师们不畏艰难险阻，通过进行耐久性专题研究，建立起具有预定可靠性的“设计使用年限-保护层厚度-混凝土氯离子扩散系统”之间的三元定量关系，颁布了两本耐久性的项目专用标准用于指导设计与施工，最终项目成功落地，能够达到最高的国际质量标准。

3. 3. 围堰防渗稳定技术

在南昌红谷沉管隧道中，工程师们通过建立充砂长管袋围堰稳定分析简化模型，提出围堰稳定计算公式，进行围堰内外部稳定分析，并建立围堰三维数值模型，分析多种工况下围堰受力及变形情况。从塑性混凝土防渗性能、充砂长管袋受力与变形以及充砂长管袋围堰稳定性3方面对红谷隧道围堰工程进行理论分析，并结合工程实际，指导膜袋材料选取、接缝缝纫工艺、管袋沉放定位、塑性混凝土配合比设计、防渗墙施工等围堰关键技术，形成了由充砂长管袋+塑性混凝土墙+钢筋混凝土墙组成的大型临时围堰施工技术。

3. 4. 管节浮运创新

在南昌红谷沉管隧道中，中国工程师通过建立内河流域管节浮运过程风险节点分析体系，探索了管节在浮运过程中的水流阻力性能，深入研究了内河沉管法隧道管节浮运水文窗口选择，提出了管节浮运流速限值，发明了绑拖工装架，实现了“拖轮绑拖与吊拖相结合、岸上地锚与水中锚块相结合及设置工程船辅助”的管节浮运方式，解决了大流速条件下管节浮运姿态控制问题。

4. 结语

虽然我国沉管隧道的应用与研究起步较晚，但是随着南昌红谷沉管隧道、港珠澳大桥沉管隧道等一系列沉管隧道工程的顺利建成通车，我国已掌握其中的关键技术并实现了创新发展，标志着我国沉管隧道建造技术已经步入世界前列。相信在地下空间开发的新高潮中，我国会开展更大规模的沉管隧道建设，突破更多的核心技术，实现引领世界沉管隧道行业发展的目标。

参考文献：

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[2]傅琼阁.沉管隧道的发展与展望[J].中国港湾建设,2004(5):53-58.

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