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建筑沉管隧道施工技術(shù)
建筑沉管隧道施工技術(shù)【1】
摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑領(lǐng)域中，越來(lái)越多的地區(qū)應(yīng)用到隧道技術(shù)。
尤其是我國(guó)的新疆地區(qū)，雖然氣候、土壤以及地質(zhì)等自然條件惡劣，但同時(shí)具有豐富的油氣資源，因此運(yùn)輸成為一大難題。
筆者將從沉管技術(shù)的定義出發(fā)，淺析沉管法與其他隧道技術(shù)之間的差異，對(duì)沉管法流程的分析，旨在促進(jìn)沉管技術(shù)的進(jìn)步和油氣運(yùn)輸工程的進(jìn)一步發(fā)展。
關(guān)鍵詞：沉管技術(shù);隧道施工;技術(shù)
目前，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑領(lǐng)域中，越來(lái)越多的地區(qū)應(yīng)用到隧道技術(shù)。
尤其是我國(guó)的新疆地區(qū)，雖然氣候、土壤以及地質(zhì)等自然條件惡劣，但同時(shí)具有豐富的油氣資源，因此運(yùn)輸成為一大難題。
下面從沉管技術(shù)的定義出發(fā)，淺析沉管法與其他隧道技術(shù)之間的差異，旨在促進(jìn)沉管技術(shù)的進(jìn)步和油氣運(yùn)輸工程的進(jìn)一步發(fā)展。
一 概述沉管隧道
(一)沉管隧道的定義
1、沉管隧道是一種在地下建設(shè)隧道工程的方式。
主要施工流程將預(yù)制管拖至隧道相應(yīng)的位置，對(duì)預(yù)制管段進(jìn)行陳放、對(duì)接、埋設(shè)等施工環(huán)節(jié)，進(jìn)而形成隧道。
一般情況下，沉管隧道包括沉埋段、暗埋段以及敞開(kāi)段等部分，沉埋段兩極設(shè)有豎井，起到供電、通風(fēng)以及排水等作用。
2、沉管隧道一般包括鋼筋混凝土沉管和鋼殼沉管兩部分。
鋼筋混凝土沉管一般體積較大，屬多孔箱式混凝土結(jié)構(gòu)，因此又有矩形沉管的別稱。
而鋼殼沉管是鋼筋和混凝土的結(jié)合，并且化分為單層和雙層隧道。
(二)沉管法與礦山法及盾構(gòu)法的比較
1、就地質(zhì)方面而言，沉管法對(duì)地基基礎(chǔ)的承載力要求較低，一般情況下，沉管隧道的基槽開(kāi)挖及施工技術(shù)要求較低。
然而，礦山法與盾構(gòu)法對(duì)地質(zhì)條件的要求比較高，而新疆地區(qū)大部分為沙漠，地層以粉砂為主，地質(zhì)條件不允許運(yùn)用這兩種方法。
2、防腐性。
沉管法采用預(yù)制管段，混凝土澆筑的質(zhì)量有保障。
并且沉管法的管段較長(zhǎng)，因此在同一工程中，使用的管段數(shù)少，相應(yīng)的管段對(duì)接縫隙較少，所以具有較高的防腐性。
礦山法由于施工條件的限制，在混凝土結(jié)構(gòu)和防腐保護(hù)層方面均存在漏洞。
盾構(gòu)法主要采用預(yù)制管片，因此施工縫隙遍存于工程中，因此防腐性也得不到有力的保證。
二 沉管隧道的施工流程
(一)干塢的準(zhǔn)備工作
干塢是專用于預(yù)制沉管預(yù)制管段的場(chǎng)所。
干塢主要分為工廠化預(yù)制、移動(dòng)干塢、和陸上干塢三部分。
對(duì)于干塢場(chǎng)地的選擇，應(yīng)該注意是否滿足一下二大條件。
其一，必須滿足分解預(yù)制管段的場(chǎng)地需求，其二，必須保證能夠順利拖運(yùn)預(yù)制后的管段。
陸上干塢，即在陸地上開(kāi)挖形成一個(gè)基坑，預(yù)制管段，預(yù)制成功之后將基坑灌滿水直至管段上浮，然后將管段拖運(yùn)到隧道施工現(xiàn)場(chǎng)。
沉管工廠化是指在特定的預(yù)制廠進(jìn)行管段預(yù)制，隨后采用先進(jìn)的“氣囊搬運(yùn)技術(shù)”將管段移到船只上進(jìn)達(dá)到輸送至隧道施工地點(diǎn)的目的。
移動(dòng)干塢與其他兩種干塢的區(qū)別在于直接在水上的船只上進(jìn)行預(yù)制，省去后期拖運(yùn)預(yù)制管段的麻煩。
但是，由于自然條件受限，移動(dòng)干塢基本上不用于新疆地區(qū)。
(二)管段的預(yù)制工作
1、模板的分內(nèi)。
預(yù)制管段一般都需要提前建模，而根據(jù)模板應(yīng)用于不同部位的特殊要求，將模板劃分為外模、內(nèi)模、內(nèi)隔墻模、底模以及底板邊模等部分。
如下圖所示：
2、混凝土的生產(chǎn)。
由于管段預(yù)制對(duì)混凝土不僅在數(shù)量上有巨大的需求，而且在對(duì)混凝土拌和的質(zhì)量、入模時(shí)的溫度以及灌注的時(shí)間限制方面，都有著規(guī)范化的要求。
有鑒于此，混凝土生產(chǎn)時(shí)必須做到現(xiàn)場(chǎng)拌和，并在澆筑模板時(shí)嚴(yán)格把握溫度和時(shí)間。
在整個(gè)混凝土生產(chǎn)線的監(jiān)管工作上，生產(chǎn)線的設(shè)置應(yīng)該滿足所有生產(chǎn)工藝和流程以及安全要求，混泥土配方的比重是否科學(xué)合理，混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)關(guān)系到混凝土的容重和質(zhì)量。
容重關(guān)系到管段的干舷程度，質(zhì)量則關(guān)系到預(yù)制管段的整體質(zhì)量。
3、預(yù)制管段的關(guān)鍵性技術(shù)。
主要包括容重控制、尺寸、裂縫預(yù)防及處理等方面的技術(shù)。
首先，容重控制技術(shù)包括容重抽查、配料控制、配合比重控制等方面。
容重決定了管段的重量，影響拖運(yùn)工作的順利開(kāi)展。
其次，管段尺寸的控制技術(shù)包括精測(cè)控制、模板體系控制、鋼端殼控制等措施。
尺寸的誤差可能導(dǎo)致拖運(yùn)時(shí)管段干舷的變化甚至重心不穩(wěn)現(xiàn)象，加大管段拖運(yùn)及沉放的施工難度。
若鋼端殼發(fā)生尺寸誤差，就會(huì)導(dǎo)致管段對(duì)接難度加大，防侵蝕防腐的性能降低，嚴(yán)重情況下會(huì)影響到整體隧道的施工進(jìn)度。
再次裂縫的控制狀況直接關(guān)系到隧道后期的運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)識(shí)別及認(rèn)定，而后采取相應(yīng)措施進(jìn)行補(bǔ)救。
表面裂縫可以采用表明封堵法，貫穿性裂縫可采用化學(xué)灌漿法。
(三)管段的舾裝工作。
在管段上安裝相應(yīng)設(shè)施，以便管段拖運(yùn)及沉放工作的順利進(jìn)行，這一流程被稱之為舾裝。
這一流程的工序主要包括試浮檢漏、拖運(yùn)設(shè)備安裝以及干舷調(diào)整等。
(四)管溝的開(kāi)挖工作。
在管溝開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的管線的中心線開(kāi)挖，盡量保持管溝中心線與管道中心線在同一水平線上，從而達(dá)到管道下溝后不偏移中心線的目的。
(五)管段的沉放工作。
將預(yù)制管段拖運(yùn)至沉放地點(diǎn)。
沉放前根據(jù)管溝的實(shí)際情況對(duì)管道進(jìn)行再次調(diào)整，采用吊管機(jī)安裝管道，確保安全作業(yè)。
(六)隧道的覆蓋工作。
覆蓋隧道對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，從而達(dá)到防腐、防侵蝕等目的。
三 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于施工質(zhì)量要做到施工工藝可靠、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施到位和試驗(yàn)校驗(yàn)及時(shí)。
由于隧道施工存在較多的隱蔽工程，如果事后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，往往很難進(jìn)行整改。
因此，必須在施工過(guò)程中加強(qiáng)過(guò)程控制，進(jìn)行必要的質(zhì)量和安全檢驗(yàn)，確保在上一工序合格并達(dá)到質(zhì)量要求了以后在進(jìn)行下一工序的施工。
這樣，在施工前可以預(yù)想到各種可能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，在施工中把握細(xì)節(jié)，并注重過(guò)程方面的控制，施工后進(jìn)行有效核查，如此形成一個(gè)閉環(huán)，將各種問(wèn)題控制在可迅速應(yīng)對(duì)并有效解決的狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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建筑沉管隧道基礎(chǔ)處理技術(shù)【2】
【摘 要】基礎(chǔ)處理方法的種類很多，這些方法適用于不同的地質(zhì)條件及各國(guó)不同的國(guó)情，基礎(chǔ)處理方法大致可分為先鋪法和后鋪法兩大類。
【關(guān)鍵詞】建筑;沉管;隧道;基礎(chǔ);處理技術(shù)
沉管隧道的基礎(chǔ)所承受的荷載通常較低，只作一般的處理，用砂或碎石作為墊層就能滿足要求。
當(dāng)沉管沉放就位后，其有效重量約等于沉管中的壓重，大約為5 ~ 10kN∕m2 ，加上覆土重量，車輛動(dòng)載以及周圍水的比重變化引起的荷載也不會(huì)超過(guò)30 kN∕m2，大大低于10m深度處的垂直初始應(yīng)力，因此基底土層的承載能力通常不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
1.刮鋪法
早期的沉管隧道多用刮鋪法處理基礎(chǔ)，特別是北美，從1950年起修建的19座沉管隧道中，12座是用刮鋪法基礎(chǔ)，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低。
刮鋪法的主要工序如下：
浚挖溝槽時(shí)，先超挖60 ~80cm，然后在槽底兩側(cè)打數(shù)排短樁安設(shè)導(dǎo)軌用以控制高程和坡度,通過(guò)抓斗或刮板船的輸料管將輔墊材料投放到海底，再用簡(jiǎn)單的鋼刮板或刮板船刮平。
所用輔墊材料最好是15cm左右的卵石和1.3- 1.9cm粒徑的砂鑠，刮鋪法的精度一般為:刮砂±50cm，刮石± 20cm。
早期刮鋪法采用一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼刮板對(duì)鋪墊材料進(jìn)行掃平，其導(dǎo)向用的鋼梁和軌道安放在浮船上，這種裝置受水流及潮汐影響較大，后來(lái)采用一種不受潮汐影響的刮板船，其位置與海底基礎(chǔ)平面相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，容易作業(yè)。
舊金山海灣地鐵隧道采用刮平船處理基礎(chǔ)時(shí)，水深為41m，水流速度達(dá)5.5 ~ 7.5 kN∕m2，然而基礎(chǔ)處理的質(zhì)量很好。
刮鋪法的主要缺點(diǎn)是須配置費(fèi)用昂貴的專用刮鋪設(shè)備;作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，精度難以控制;在流速大、回淤快的河道或管段底寬超過(guò)15m左右時(shí)，施工困難;施工作業(yè)時(shí)對(duì)航道有影響。
2.樁基礎(chǔ)
樁基礎(chǔ)很少用作沉管基礎(chǔ)，然而當(dāng)碰到以下特殊情況時(shí)，常采用一種特殊的樁基：①地基土非常軟弱;②沿隧道軸線方向基底土層硬度變化較大，以至不均勻沉降難以接受;③管段承受列車振動(dòng)后再傳到基底土層中，引起的管段沉陷難以接受。
由于樁群的樁頂標(biāo)高在實(shí)際施工中不可能完全平齊，若不采取措施會(huì)導(dǎo)致各樁的受力不均勻，通常采用一種可調(diào)樁頭來(lái)解決這一問(wèn)題，其方法是在所有的樁上設(shè)一小段預(yù)制混凝土活動(dòng)樁頂，活動(dòng)樁頂與樁體之間留有空腔，空腔周圍用尼龍?zhí)坠芄�，形成一囊袋，�?dāng)管段精確定位后，即向囊內(nèi)注漿，迫使活動(dòng)樁頭抵緊管段底部。
樁頭常敷設(shè)氈墊層使荷載傳遞均勻。
3.噴砂法
噴砂法就是把砂一水混合填料通過(guò)水平管道噴入隧道管段底部和開(kāi)挖槽坑之間的空隙中去。
在噴砂管的兩側(cè)設(shè)有回吸管，使水在管段底部形成一個(gè)規(guī)則的流動(dòng)場(chǎng)，從而使得砂子有規(guī)則地分布沉淀。
回吸管的另一個(gè)作用是可以通過(guò)回吸水含量的測(cè)定了解基礎(chǔ)砂子的填充程度。
整個(gè)管道系統(tǒng)聯(lián)接在一個(gè)可以在管段頂部行駛的臺(tái)架上，在馬斯隧道首次采用噴砂法時(shí)， 管道系統(tǒng)僅能在垂直于隧道軸線方向上移動(dòng)，后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，噴管系統(tǒng)還可以繞豎直管轉(zhuǎn)動(dòng)， 這樣，任何噴砂位置都可以達(dá)到。
噴砂法所用砂的平均粒徑一般控制在0.5mm左右，砂一水混合材料的平均含砂量為10%(體積百分含量)，有時(shí)可以較短時(shí)間增加到20%。
回填的砂子比較疏松，其空隙率約為40%~ 42% 。
砂墊層的厚度一般為1m，噴砂工作完成后，隧道管段從臨時(shí)基礎(chǔ)上釋放下來(lái)時(shí)，可能會(huì)引起5 ~ 10mm的沉降。
隧道的最終沉陷量取決于槽坑回填而引起的基底土層的沉陷。
噴砂臺(tái)架也可以通過(guò)噴水清除管段下面空隙中的回淤。
在埃姆斯河隧道的基礎(chǔ)處理過(guò)程中，回淤的速度太快,使噴砂作業(yè)和抽水作業(yè)難以進(jìn)行，承包商不得不使用一種專門(mén)的刮泥裝置在底板下橫跨基槽底作業(yè)，一旦清除回淤，立即進(jìn)行噴砂作業(yè)。
目前噴砂法還存在以下缺點(diǎn)：噴砂法所用的噴砂臺(tái)架常常干擾通航;噴砂系統(tǒng)設(shè)備昂貴;噴砂法需要相當(dāng)昂貴的粒徑相對(duì)較大的粗砂。
由于以上原因，近年來(lái)該法逐漸被更為先進(jìn)的砂流法所取代。
4.砂流法
砂流法是在設(shè)計(jì)韋斯特謝爾德河沉管隧道時(shí)發(fā)明的,其原理是依靠水流的作用將砂通過(guò)預(yù)埋在管段底板上的注料孔注入管段與基底間的空隙。
脫離注料孔的砂子在管段下向四周水平散開(kāi)，離注料孔一定距離后，砂流速度大大降低，砂子便沉積下來(lái)，形成圓盤(pán)狀的砂堆，隨著砂子的不斷注入，圓盤(pán)的直徑不斷擴(kuò)大，高度也越來(lái)越高。
而在圓盤(pán)的中心，由于砂流湍急砂子無(wú)法沉積，會(huì)形成一個(gè)沖擊坑。
一段時(shí)間以后，圓盤(pán)形砂堆的頂部將觸及隧道管段底面，砂盤(pán)中心壓力使得砂流沖破防線，流向砂積盤(pán)的外圍坡面。
這樣的過(guò)程不斷重復(fù)，砂積盤(pán)的直徑越來(lái)越大，砂流就是以這種方法來(lái)填滿整個(gè)管下面的空隙。
砂流法的一個(gè)缺點(diǎn)就是沉管基礎(chǔ)范圍內(nèi)的淤泥無(wú)法清除，這會(huì)導(dǎo)致沉管產(chǎn)生較大的沉降， 弗拉克隧道的最大沉陷量達(dá)70m左右。
5.灌囊法
是在砂石墊層面上用砂漿囊袋將剩余空隙墊實(shí)。
采用這種方法時(shí)，砂石墊層與管段底部留出15?20cm的空間，空囊事先固定在管段底部與管段一起沉設(shè)， 管段沉放到位后，即向囊袋內(nèi)注入注漿材料，使囊的體積迅速膨脹，充填管段與下部地基之間的空隙。
囊袋的大小按一次灌注量而定，一般以能容納5 ~ 6m3為宜，不宜太大。
注漿材料的強(qiáng)度只需略高于地基土即可，但流動(dòng)性要好。
為了防止管段被頂起,灌注時(shí)通常跳遭灌。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是注漿材料浪費(fèi)很少，不容易流水稀釋;充填效果好，密實(shí)度高。
瑞典的廷斯達(dá)特隧道首次成功地采用了灌囊法，隨后日本的衣浦港也采用了這種方法。
6.注漿法
注漿法是在灌囊法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種基礎(chǔ)處理方法，它省去了較貴的囊袋、繁復(fù)的安裝工藝、水上作業(yè)和潛水作業(yè)。
浚挖基槽時(shí)，通常超挖1m左右，然后在槽內(nèi)鋪墊40 ~ 60cm厚的碎石，整平度達(dá)±20cm即可。
管段沉放定位后，沿著管段邊墻及后封端墻底邊拋堆高1仿左右的砂石混合料，封閉管底空間。
接著從隧道里面通過(guò)預(yù)埋在管段底板上的壓漿孔向管底空隙壓注混合砂漿，充填管段底部和碎石墊層之間的空隙。
這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，通常的壓漿設(shè)備就能勝任基礎(chǔ)注漿作業(yè)，因而設(shè)備費(fèi)用較低;注漿作業(yè)在沉管內(nèi)部進(jìn)行，不受氣象、海洋氣象影響，也不影響通航;通過(guò)注漿孔量測(cè)的參數(shù)可以確定充填狀態(tài)。
我國(guó)甬江沉管隧道的基礎(chǔ)處理中采用了注漿法，并獲得了成功。
這種基礎(chǔ)處理方法，可以在回歉較嚴(yán)重的情況下保證施工質(zhì)量，不但可以形成一個(gè)高質(zhì)量的基礎(chǔ)，還可以通過(guò)控制注漿量和注漿壓力，使管段向上升起一定高度，保證管段達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高，這是其它基礎(chǔ)處理方法難以做到的。
參考文獻(xiàn)
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