沉管法

沉管法是在水底建築隧道的一種施工方法。沉管隧道就是將若干個預製段分別浮運到海面（河面）現場，並一個接一個地沉放安裝在已疏浚好的基槽內，以此方法修建的水下隧道。

基本介紹

• 中文名：沉管法
• 外文名：immersed tube method
• 全稱：預製管段沉放法
• 性質：施工方法
• 使用環境：在水底建築隧道

概念

沉管法

沉管法是預製管段沉放法的簡稱，是在水底建築隧道的一種施工方法。其施工順序是先在船台上或乾塢中製作隧道管段（用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土），管段兩端用臨時封牆密封后滑移下水（或在塢內放水），使其浮在水中，再拖運到隧道設計位置。定位後，向管段內載入，使其下沉至預先挖好的水底溝槽內。管段逐節沉放，並用水力壓接法將相鄰管段連線。最後拆除封牆，使各節管段連通成為整體的隧道。在其頂部和外側用塊石覆蓋，以保全全。水底隧道的水下段，採用沉管法施工具有較多的優點。50年代起，由於水下連線等關鍵性技術的突破而普遍採用，現已成為水底隧道的主要施工方法。用這種方法建成的隧道稱為沉管隧道。

發展歷史

沉管法

19世紀末已用於排水管道工程。第一條用沉管法施工成功的是美國波士頓的雪莉排水管隧洞，於1894年建成，直徑2.6米，長96米，由6節鋼殼加磚砌的管段連線而成。20世紀初葉，開始用於交通隧道，1910年美國建成了第一條底特律河鐵路隧道，水下段由10節長80米的鋼殼管段組成。至1927年，德國於柏林建成了一條總長為 120米的水底人行隧道。採用沉管法修建的第一條水底道路隧道為美國加利福尼亞州的奧克蘭與阿拉梅達之間的波西隧道，建成於1928年，水下段長744米，使用12節62米長的管段。它是鋼筋混凝土圓形結構，其外徑為11.3米。該隧道採用圓形的雙車道斷面等許多重要特點，成了美國後來用沉管法的楷模。但從1930年建造的底特律—溫莎隧道起又採用了鋼殼製作的管段，而將其橫斷面的外形改為八角形。

沉管法修建水底隧道一個明顯的進步，是1941年在荷蘭建成的馬斯河道路隧道。管段用鋼筋混凝土製成矩形結構，內設4車道並附設腳踏車和人行的專用通道。管段斷面為24.8×8.4米，外面用鋼板防水，並用混凝土作防鏽保護層。因管段寬度大而創造了噴砂作墊層的基礎處理方法。在歐洲由於向多車道斷面發展，都採用這種矩形的鋼筋混凝土管段，為第二代沉管隧道奠定了基礎。

50年代以後，由於水下連線技術的突破──採用水力壓接法，並套用橡膠墊圈作止水接頭，沉管法被廣泛採用，並隨之較快地發展。60年代後期，又出現了不設通風道，又無通風機房的第三代沉管隧道。由於管段斷面相應縮小，有利於提高沉管法的施工效益。丹麥於1969年建成的利姆水道隧道，即為這一型式套用的第一例。

中國台灣省高雄市的過港隧道於1984年通車。穿越主航道的水下段用6節120米的沉放管段組成，為4車道矩形斷面。70年代初期，在上海市金山和廣東省等地，用沉管法修建了多條水工隧洞。

沉管法也套用於建設地下鐵道隧道。1960年開始施工的荷蘭鹿特丹市地下鐵道隧道工程即為一例。

優點

採用沉管法施工的水下段隧道，比用盾構法施工具有較多優點。主要有：

①容易保證隧道施工質量。因管段為預製，混凝土施工質量高，易於做好防水措施；管段較長，接縫很少，漏水機會大為減少，而且採用水力壓接法可以實現接縫不漏水。

②工程造價較低。因水下挖土單價比河底下挖土低；管段的整體製作，浮運費用比製造、運送大量的管片低得多；又因接縫少而使隧道每米單價降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價大為降低。

③在隧道現場的施工期短。因預製管段（包括修築臨時乾塢）等大量工作均不在現場進行。

④操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業外，基本上無地下作業，更不用氣壓作業。

⑤適用水深範圍較大。因大多作業在水上操作，水下作業極少，故幾乎不受水深限制，如以潛水作業實用深度範圍，則可達70米。

⑥斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納4～8車道，而盾構法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設雙車道。

適用條件

適合於沉管法施工的主要條件是：水道河床穩定和水流並不過急。前者不僅便於順利開挖溝槽，並能減少土方量；後者便於管段浮運、定位和沉放。

製作方法

沉管法

按管段製作方式可分為船台上製作和乾塢中製作兩大類型：①船台型管段製作。是利用船廠的船台，先預製鋼殼，將其沿滑道滑移下水後，在浮起的鋼殼內灌築混凝土。該類管段的橫斷面一般為圓形、八角形和花籃形。由於管段內輪廓為圓形，在車輛限界以外的上下方空間雖可利用為送、排風道，但車道高程相應壓低，致使隧道深度增加，因此溝槽深度和隧道長度均相應增大；又因其內徑受限制而只能設定雙車道的路面，亦即限制了同一隧道的通行能力；同時耗鋼量大，管段造價高，而且鋼殼焊接質量及其防鏽尚未能完善解決，因此只是早期在美國套用較多。②乾塢型管段製作。是在臨時的乾塢中製成鋼筋混凝土管段，向乾塢內放水後，將其浮運到隧址沉放。其斷面大多為矩形，不存在圓形斷面的缺點；不用鋼殼，可節省大量鋼材。但在製作管段時，對混凝土施工工藝須採取嚴格措施，以滿足其均質性和水密性特別高的要求，並保證必需的乾舷（管段頂部浮出水面的高度）和抗浮安全係數。這類管段較船台型管段的造價經濟，自50年代以來，在歐洲已成為最常用的製作方式。荷蘭鹿特丹馬斯河水底隧道為用乾塢製作管段的最早一例。

沉放

浮箱吊沉法是比較新的一種管段沉放法。通常在管段上方放4隻方形浮箱，用吊索直接將管段系吊，浮箱分成前後兩組，每組兩隻浮箱用鋼桁架聯成整體，並用錨索將各組浮箱定位，在浮箱頂上安設起弔卷揚機和浮箱定位卷揚機。管段的定位須在其左右前後另用錨索牽拉，其定位卷揚機則設於定位塔的頂部。這一沉放法的主要特點是設備簡單，適用於寬度20米以上的大、中型管段。沉管法小型管段可採用方駁槓吊法，即在管段兩側分設4艘或2艘方駁船，左右兩艘之間設鋼樑作槓吊管段的槓棒。這一方法在沉放時較平穩，且在浮運時可以用左右的方駁夾住管段以提高穩定性。

水下連線

50年代以前，對鋼殼製作的管段，曾採用水下灌築混凝土的方法進行水下連線。對鋼筋混凝土製作的矩形管段，普遍採用水力壓接法。此法是在50年代末期在加拿大隧道實踐中創造成功的，故也稱溫哥華法。它利用作用於管段後端封牆上的巨大水壓力，使安裝在管段前端周邊上的一圈尖肋型膠墊產生壓縮變形，形成一個水密性良好的止水接頭（圖2）。施工中在每節管段下沉著地時，結合管段的連線，進行符合精度要求的對位，然後使用預設在管段內隔牆上的 2台拉合千斤頂（或利用定位卷揚機），將剛沉放的管段拉向前一節管段，使膠墊的尖肋略為變形，起初步止水作用。完成拉合後，即可將前後兩節管段封牆之間被膠墊封閉的水，經前節管段封牆下部的排水閥排出，同時利用封牆頂部的進氣閥放入空氣。排水完畢後，作用在整個膠墊上更為巨大的水壓力將其再次壓縮，達到完全止水。完成水力壓接後，便可拆除封牆（一般用鋼筋混凝土築成），使已沉放的管段連通岸上，並可開始鋪設路面等內部裝修工作。

基礎處理

處理沉放管段基礎的目的是使溝槽底面平整，而不是為了提高地基的承載力。在水下開挖的溝槽，其底面凹凸不平，如不加以整平，管段沉放後會因地基受力不均勻而導致局部破壞，或因不均勻沉陷而開裂。為了提高溝槽底面的平整性，絕大多數建成的水底隧道採用墊平的方法。早期大多採用一種在管段沉放之前先鋪砂石作為墊層的先鋪法。它是在作業船上通過卷揚機和鋼索操縱特製的刮鋪機或鋼犁，沿著溝槽底面兩側設定的、具有規定標高和坡度的導軌，將放下的墊料往復刮平。該法缺點較多。另一種墊平的方法為後填法。即先將管段沉放在溝槽底上的臨時支座上，並使管底形成一定的空間（管段底板內預設液壓千斤頂，在定位時可以頂向支座，調節管段高程），隨後用墊層材料充填密實。後填法中最早用的是灌砂法，僅適用於底寬不大的船台型管段。

40年代初創造成功的噴砂法，適用於寬度較大的大型管段。從水面上用砂泵將砂水混合料通過伸入管段底下的噴管向管底空間噴注，使形成一厚實均勻的砂墊層，噴砂作業須設專用台架和一套噴砂與回吸用的 L形鋼管。噴砂開始前，可利用它清除溝槽底上回淤土或塌方土。噴砂完畢，隨即鬆開定位千斤頂，利用管段重量將砂墊層壓實。這一基礎處理方法在歐洲用之較多。沉管法

70年代日本用沉管法建造東京港、衣浦港等水底隧道時，採用了壓漿法、壓混凝土法等管段基礎處理的新技術。