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建筑沉管隧道施工技术
建筑沉管隧道施工技术【1】
摘 要：随着经济的迅猛发展，建筑领域中，越来越多的地区应用到隧道技术。
尤其是我国的新疆地区，虽然气候、土壤以及地质等自然条件恶劣，但同时具有丰富的油气资源，因此运输成为一大难题。
笔者将从沉管技术的定义出发，浅析沉管法与其他隧道技术之间的差异，对沉管法流程的分析，旨在促进沉管技术的进步和油气运输工程的进一步发展。
关键词：沉管技术;隧道施工;技术
目前，随着经济的迅猛发展，建筑领域中，越来越多的地区应用到隧道技术。
尤其是我国的新疆地区，虽然气候、土壤以及地质等自然条件恶劣，但同时具有丰富的油气资源，因此运输成为一大难题。
下面从沉管技术的定义出发，浅析沉管法与其他隧道技术之间的差异，旨在促进沉管技术的进步和油气运输工程的进一步发展。
一 概述沉管隧道
(一)沉管隧道的定义
1、沉管隧道是一种在地下建设隧道工程的方式。
主要施工流程将预制管拖至隧道相应的位置，对预制管段进行陈放、对接、埋设等施工环节，进而形成隧道。
一般情况下，沉管隧道包括沉埋段、暗埋段以及敞开段等部分，沉埋段两极设有竖井，起到供电、通风以及排水等作用。
2、沉管隧道一般包括钢筋混凝土沉管和钢壳沉管两部分。
钢筋混凝土沉管一般体积较大，属多孔箱式混凝土结构，因此又有矩形沉管的别称。
而钢壳沉管是钢筋和混凝土的结合，并且化分为单层和双层隧道。
(二)沉管法与矿山法及盾构法的比较
1、就地质方面而言，沉管法对地基基础的承载力要求较低，一般情况下，沉管隧道的基槽开挖及施工技术要求较低。
然而，矿山法与盾构法对地质条件的要求比较高，而新疆地区大部分为沙漠，地层以粉砂为主，地质条件不允许运用这两种方法。
2、防腐性。
沉管法采用预制管段，混凝土浇筑的质量有保障。
并且沉管法的管段较长，因此在同一工程中，使用的管段数少，相应的管段对接缝隙较少，所以具有较高的防腐性。
矿山法由于施工条件的限制，在混凝土结构和防腐保护层方面均存在漏洞。
盾构法主要采用预制管片，因此施工缝隙遍存于工程中，因此防腐性也得不到有力的保证。
二 沉管隧道的施工流程
(一)干坞的准备工作
干坞是专用于预制沉管预制管段的场所。
干坞主要分为工厂化预制、移动干坞、和陆上干坞三部分。
对于干坞场地的选择，应该注意是否满足一下二大条件。
其一，必须满足分解预制管段的场地需求，其二，必须保证能够顺利拖运预制后的管段。
陆上干坞，即在陆地上开挖形成一个基坑，预制管段，预制成功之后将基坑灌满水直至管段上浮，然后将管段拖运到隧道施工现场。
沉管工厂化是指在特定的预制厂进行管段预制，随后采用先进的“气囊搬运技术”将管段移到船只上进达到输送至隧道施工地点的目的。
移动干坞与其他两种干坞的区别在于直接在水上的船只上进行预制，省去后期拖运预制管段的麻烦。
但是，由于自然条件受限，移动干坞基本上不用于新疆地区。
(二)管段的预制工作
1、模板的分内。
预制管段一般都需要提前建模，而根据模板应用于不同部位的特殊要求，将模板划分为外模、内模、内隔墙模、底模以及底板边模等部分。
如下图所示：
2、混凝土的生产。
由于管段预制对混凝土不仅在数量上有巨大的需求，而且在对混凝土拌和的质量、入模时的温度以及灌注的时间限制方面，都有着规范化的要求。
有鉴于此，混凝土生产时必须做到现场拌和，并在浇筑模板时严格把握温度和时间。
在整个混凝土生产线的监管工作上，生产线的设置应该满足所有生产工艺和流程以及安全要求，混泥土配方的比重是否科学合理，混凝土生产的质量是否达标关系到混凝土的容重和质量。
容重关系到管段的干舷程度，质量则关系到预制管段的整体质量。
3、预制管段的关键性技术。
主要包括容重控制、尺寸、裂缝预防及处理等方面的技术。
首先，容重控制技术包括容重抽查、配料控制、配合比重控制等方面。
容重决定了管段的重量，影响拖运工作的顺利开展。
其次，管段尺寸的控制技术包括精测控制、模板体系控制、钢端壳控制等措施。
尺寸的误差可能导致拖运时管段干舷的变化甚至重心不稳现象，加大管段拖运及沉放的施工难度。
若钢端壳发生尺寸误差，就会导致管段对接难度加大，防侵蚀防腐的性能降低，严重情况下会影响到整体隧道的施工进度。
再次裂缝的控制状况直接关系到隧道后期的运行，若发现裂缝时，应该对其进行性质识别及认定，而后采取相应措施进行补救。
表面裂缝可以采用表明封堵法，贯穿性裂缝可采用化学灌浆法。
(三)管段的舾装工作。
在管段上安装相应设施，以便管段拖运及沉放工作的顺利进行，这一流程被称之为舾装。
这一流程的工序主要包括试浮检漏、拖运设备安装以及干舷调整等。
(四)管沟的开挖工作。
在管沟开挖时，应该严格按照设计的管线的中心线开挖，尽量保持管沟中心线与管道中心线在同一水平线上，从而达到管道下沟后不偏移中心线的目的。
(五)管段的沉放工作。
将预制管段拖运至沉放地点。
沉放前根据管沟的实际情况对管道进行再次调整，采用吊管机安装管道，确保安全作业。
(六)隧道的覆盖工作。
覆盖隧道对其进行保护，从而达到防腐、防侵蚀等目的。
三 结语
对于施工质量要做到施工工艺可靠、现场实施到位和试验校验及时。
由于隧道施工存在较多的隐蔽工程，如果事后发现问题，往往很难进行整改。
因此，必须在施工过程中加强过程控制，进行必要的质量和安全检验，确保在上一工序合格并达到质量要求了以后在进行下一工序的施工。
这样，在施工前可以预想到各种可能发现的问题，在施工中把握细节，并注重过程方面的控制，施工后进行有效核查，如此形成一个闭环，将各种问题控制在可迅速应对并有效解决的状态。
参考文献
[1]祝天霖.谈建筑沉管隧道施工技术[J].中国房地产业，2012，(11).
[2]肖刚刚.大型沉管隧道暗埋段主体结构防水施工技术[J].施工技术，2012，41(18)：121-124.
[3]申琪玉，邱峰，张海燕等.广州洲头咀隧道管段浮运沉放关键技术研究[J].施工技术，2010，39(5)：15-17.
建筑沉管隧道基础处理技术【2】
【摘 要】基础处理方法的种类很多，这些方法适用于不同的地质条件及各国不同的国情，基础处理方法大致可分为先铺法和后铺法两大类。
【关键词】建筑;沉管;隧道;基础;处理技术
沉管隧道的基础所承受的荷载通常较低，只作一般的处理，用砂或碎石作为垫层就能满足要求。
当沉管沉放就位后，其有效重量约等于沉管中的压重，大约为5 ~ 10kN∕m2 ，加上覆土重量，车辆动载以及周围水的比重变化引起的荷载也不会超过30 kN∕m2，大大低于10m深度处的垂直初始应力，因此基底土层的承载能力通常不会出现问题。
1.刮铺法
早期的沉管隧道多用刮铺法处理基础，特别是北美，从1950年起修建的19座沉管隧道中，12座是用刮铺法基础，其优点是造价较低。
刮铺法的主要工序如下：
浚挖沟槽时，先超挖60 ~80cm，然后在槽底两侧打数排短桩安设导轨用以控制高程和坡度,通过抓斗或刮板船的输料管将辅垫材料投放到海底，再用简单的钢刮板或刮板船刮平。
所用辅垫材料最好是15cm左右的卵石和1.3- 1.9cm粒径的砂铄，刮铺法的精度一般为:刮砂±50cm，刮石± 20cm。
早期刮铺法采用一个简单的钢刮板对铺垫材料进行扫平，其导向用的钢梁和轨道安放在浮船上，这种装置受水流及潮汐影响较大，后来采用一种不受潮汐影响的刮板船，其位置与海底基础平面相对来说比较稳定，容易作业。
旧金山海湾地铁隧道采用刮平船处理基础时，水深为41m，水流速度达5.5 ~ 7.5 kN∕m2，然而基础处理的质量很好。
刮铺法的主要缺点是须配置费用昂贵的专用刮铺设备;作业时间长，精度难以控制;在流速大、回淤快的河道或管段底宽超过15m左右时，施工困难;施工作业时对航道有影响。
2.桩基础
桩基础很少用作沉管基础，然而当碰到以下特殊情况时，常采用一种特殊的桩基：①地基土非常软弱;②沿隧道轴线方向基底土层硬度变化较大，以至不均匀沉降难以接受;③管段承受列车振动后再传到基底土层中，引起的管段沉陷难以接受。
由于桩群的桩顶标高在实际施工中不可能完全平齐，若不采取措施会导致各桩的受力不均匀，通常采用一种可调桩头来解决这一问题，其方法是在所有的桩上设一小段预制混凝土活动桩顶，活动桩顶与桩体之间留有空腔，空腔周围用尼龙套管裹住，形成一囊袋，当管段精确定位后，即向囊内注浆，迫使活动桩头抵紧管段底部。
桩头常敷设毡垫层使荷载传递均匀。
3.喷砂法
喷砂法就是把砂一水混合填料通过水平管道喷入隧道管段底部和开挖槽坑之间的空隙中去。
在喷砂管的两侧设有回吸管，使水在管段底部形成一个规则的流动场，从而使得砂子有规则地分布沉淀。
回吸管的另一个作用是可以通过回吸水含量的测定了解基础砂子的填充程度。
整个管道系统联接在一个可以在管段顶部行驶的台架上，在马斯隧道首次采用喷砂法时， 管道系统仅能在垂直于隧道轴线方向上移动，后来经过改进，喷管系统还可以绕竖直管转动， 这样，任何喷砂位置都可以达到。
喷砂法所用砂的平均粒径一般控制在0.5mm左右，砂一水混合材料的平均含砂量为10%(体积百分含量)，有时可以较短时间增加到20%。
回填的砂子比较疏松，其空隙率约为40%~ 42% 。
砂垫层的厚度一般为1m，喷砂工作完成后，隧道管段从临时基础上释放下来时，可能会引起5 ~ 10mm的沉降。
隧道的最终沉陷量取决于槽坑回填而引起的基底土层的沉陷。
喷砂台架也可以通过喷水清除管段下面空隙中的回淤。
在埃姆斯河隧道的基础处理过程中，回淤的速度太快,使喷砂作业和抽水作业难以进行，承包商不得不使用一种专门的刮泥装置在底板下横跨基槽底作业，一旦清除回淤，立即进行喷砂作业。
目前喷砂法还存在以下缺点：喷砂法所用的喷砂台架常常干扰通航;喷砂系统设备昂贵;喷砂法需要相当昂贵的粒径相对较大的粗砂。
由于以上原因，近年来该法逐渐被更为先进的砂流法所取代。
4.砂流法
砂流法是在设计韦斯特谢尔德河沉管隧道时发明的,其原理是依靠水流的作用将砂通过预埋在管段底板上的注料孔注入管段与基底间的空隙。
脱离注料孔的砂子在管段下向四周水平散开，离注料孔一定距离后，砂流速度大大降低，砂子便沉积下来，形成圆盘状的砂堆，随着砂子的不断注入，圆盘的直径不断扩大，高度也越来越高。
而在圆盘的中心，由于砂流湍急砂子无法沉积，会形成一个冲击坑。
一段时间以后，圆盘形砂堆的顶部将触及隧道管段底面，砂盘中心压力使得砂流冲破防线，流向砂积盘的外围坡面。
这样的过程不断重复，砂积盘的直径越来越大，砂流就是以这种方法来填满整个管下面的空隙。
砂流法的一个缺点就是沉管基础范围内的淤泥无法清除，这会导致沉管产生较大的沉降， 弗拉克隧道的最大沉陷量达70m左右。
5.灌囊法
是在砂石垫层面上用砂浆囊袋将剩余空隙垫实。
采用这种方法时，砂石垫层与管段底部留出15?20cm的空间，空囊事先固定在管段底部与管段一起沉设， 管段沉放到位后，即向囊袋内注入注浆材料，使囊的体积迅速膨胀，充填管段与下部地基之间的空隙。
囊袋的大小按一次灌注量而定，一般以能容纳5 ~ 6m3为宜，不宜太大。
注浆材料的强度只需略高于地基土即可，但流动性要好。
为了防止管段被顶起,灌注时通常跳遭灌。
这种方法的优点是注浆材料浪费很少，不容易流水稀释;充填效果好，密实度高。
瑞典的廷斯达特隧道首次成功地采用了灌囊法，随后日本的衣浦港也采用了这种方法。
6.注浆法
注浆法是在灌囊法基础上发展起来一种基础处理方法，它省去了较贵的囊袋、繁复的安装工艺、水上作业和潜水作业。
浚挖基槽时，通常超挖1m左右，然后在槽内铺垫40 ~ 60cm厚的碎石，整平度达±20cm即可。
管段沉放定位后，沿着管段边墙及后封端墙底边抛堆高1仿左右的砂石混合料，封闭管底空间。
接着从隧道里面通过预埋在管段底板上的压浆孔向管底空隙压注混合砂浆，充填管段底部和碎石垫层之间的空隙。
这种方法具有以下优点：设备简单，通常的压浆设备就能胜任基础注浆作业，因而设备费用较低;注浆作业在沉管内部进行，不受气象、海洋气象影响，也不影响通航;通过注浆孔量测的参数可以确定充填状态。
我国甬江沉管隧道的基础处理中采用了注浆法，并获得了成功。
这种基础处理方法，可以在回歉较严重的情况下保证施工质量，不但可以形成一个高质量的基础，还可以通过控制注浆量和注浆压力，使管段向上升起一定高度，保证管段达到设计要求的标高，这是其它基础处理方法难以做到的。
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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