沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》是上海城建（集團）公司完成的建築類施工工法；主要完成人分別是朱衛傑、李侃。該工法適合各種大、中型混凝土沉管隧道的鋼筋混凝土管段製作。

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》主要特點是：大型沉管管段在乾塢內製作，有較好的工廠化製作條件，製作的沉管有較好的整體防水性能，製作精度容易控制，施工成本較低；混凝土配合比具有低水化熱、抗滲、抗裂性能，重度精確；支模系統剛度大、精度高，易確保管段製作精度；混凝土拌制計量精確，作業自動化程度高；採用多項技術措施控制混凝土裂縫，不需採用管段外防水措施等。

2011年9月30日，《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法
• 工法編號：YJGF10-2002
• 類別：工程建設類
• 完成單位：上海城建（集團）公司
• 主要完成人：朱衛傑、李侃
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

沉管法是建造江底、海底大型隧道的一種施工方法。沉管隧道由一節或若干節預製的管段組成，分別浮運到現場，一節接一節地沉放於水底進行連線而成。沉管隧道管段有兩種類型，一種是混凝土沉管管段，另一種是鋼殼沉管管段。該工法針對混凝土沉管隧道管段介紹。

混凝土沉管隧道最早出現於歐洲。20世紀60年代，在荷蘭鹿特丹建成了第一條鋼筋混凝土沉管隧道。中國第一條建成的沉管隧道是廣州的珠江隧道。混凝土管段一般在乾塢內製作，寧波常洪沉管隧道4節100米長的混凝土管段施工，成功地控制了裂縫產生，成為中國國內首次依靠混凝土本體防水的沉管隧道。上海外環線沉管隧道也採用該工法製作了7節管段。上海城建（集團）公司在施工實踐經驗的基礎上完成了《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》。

工法特點

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》的大型沉管管段在乾塢內製作，有較好的工廠化製作條件，製作的沉管有較好的整體防水性能，製作精度容易控制，施工成本較低。

1、混凝土配合比具有低水化熱、抗滲、抗裂性能，重度精確。

2、支模系統剛度大、精度高，易確保管段製作精度。

3、混凝土拌制計量精確，作業自動化程度高。

4、採用多項技術措施控制混凝土裂縫，不需採用管段外防水措施。

操作原理

適用範圍

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》適合各種大、中型混凝土沉管隧道的鋼筋混凝土管段製作。

工藝原理

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》工藝原理要點如下：

1、採用低水化熱水泥、雙摻技術，摻加抗裂纖維、聚梭酸高性能減水劑、膨脹劑（後澆帶使用）等，配製滿足強度、抗滲、表觀密度、抗裂要求的沉管管段混凝土。

2、提高了鋼模剛度和控制支模變形，達到沉管管段製作的尺寸精度。

3、外側牆混凝土澆築採用冷卻管和溫度監控相結合措施，防止溫差引起的混凝土裂縫。

4、管段混凝土養護採用頂板蓄水養護、側牆保濕保溫、噴塗養護液、孔口掛簾措施。

5、採用分段跳倉澆築和後澆帶施工技術，減少溫度和收縮應力，以及軟土地基上的不均勻沉降。

工藝流程

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》的工藝流程包括：

一、管段總體流程

為避免混凝土收縮和差異沉降產生開裂，混凝土管段製作，一般將每節管段分為幾節10~20米長的管節。管節之間可設1~2米後澆帶，將相鄰製作完成的管節連線。整個管段的施工流程，一般從中間往兩端展開。以上海外環隧道為例，管段總體流程見下圖：

上海外環隧道管段總體流程

二、管節施工流程

每段管節的施工則是按照底板—中隔牆f外側牆及頂板的流程進行。以下也以上海外環隧道為例，管節施工流程見下圖：

上海外環隧道管節施工流程

具體管段的施工流程為：

乾塢起浮層平整→底板放樣→18毫米膠合板鋪設→底板鋼筋綁紮、預埋件安裝→施工縫橡膠止水帶安裝→

模板安裝→驗收一測量校核→底板混凝土澆築-混凝土養護-施工縫處理（人工鑿毛、吹縫）→

中隔牆鋼筋綁紮、預埋件安裝-模板安裝-驗收、測量校核一中隔牆混凝土澆築→混凝土養護→

施工縫處理（人工鑿毛、吹縫）→支架、腳手及內模模板安裝（包括模板清理、模板封箱帶貼縫）→

驗收、頂板標高校核→側牆及頂板鋼筋綁紮、預埋件安裝→連續施工縫橡膠止水帶安裝→側牆外模安裝→

側牆、頂板混凝土澆築→混凝土養護→後續分節施工（同以上循環）→後澆帶施工→管內設備安裝→

端頭鋼殼及混凝土封門製作安裝→GINA止水帶安裝。

操作要點

施工單位採用《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》的實施要點：

1、測量管段、管節位置定位、中軸線放樣、預埋件放樣。模板放樣必須準確，確保管節製作精度。管段製作完成後必須進行尺寸實測，並根據實測數據調整管頂防錨層厚度，確保管節順利起浮並具有合適的乾舷高度。

2、根據現場施工實際條件，合理採用低水化熱水泥、雙摻技術等，配製滿足強度、抗滲、表觀密度、抗裂要求的混凝土，提高管節製作質量。

3、管段製作應選用合適的模架和模板體系，模架體系必須具有足夠的強度和剛度，防止在澆築過程中菴生變形影響管段製作精度。管段外側應採用剛性模架體系，避免對拉螺栓的使用。

4、外側牆及頂板澆築，在外側牆內合理設定冷卻管、冷卻管布置方式經計算及試驗確定，以避免出現溫差裂縫。

5、根據管段不同部位採取相應的混凝土養護措施，確保混凝土質量。底板養護用草包（土工布）覆蓋和蓄水養護；側牆拆模後對外牆面進行噴淋養護，噴淋管一般採用塑膠管，鋪設在外側牆頂部；頂板面則覆蓋土工布蓄水養護，內模拆除後在內孔兩側孔口處用土工布掛簾法封蓋，保濕養護時需經常在管內澆水，保持管內相對濕度大於85%以上。

6、管段水平施工縫一般設定在底板斜腋上方30厘米左右，施工縫內設定鋼板止水帶。側牆施工縫在混凝土達到一定強度後進行充分鑿毛處理，以提高接縫的混凝土結合強度。管節分段施工縫，採用橡膠鋼片止水帶，施工縫同樣要做好充分的鑿毛處理工作。

7、後澆帶施工時間必須待相鄰管段沉降基本穩定、混凝土達到一定強度且混凝土完成大部分收縮後進行。後澆帶與相鄰管段的澆築間隔時間一般不宜少於40天。後澆帶的施工分為底板、中隔牆（側牆）和頂板兩步澆築，後澆帶混凝土宜採用微膨脹性混凝土，以減少局部收縮產生開裂影響管節施工質量的情況。

8、管節端封牆雖然為臨時設施，但浮運和沉放階段需承受較大的水壓力。施工中應特別注意端封牆內側的型鋼受力體系的安裝質量，確保全全。

9、端鋼殼施工要採取必要的措施來保證端鋼殼的外形、垂直度、傾角、順直度、面板平整度均控制在允許偏差範圍內。端鋼殼的支架體系應設定調節裝置，便於在施工期間調整端鋼殼相關外形參數。安裝GINA止水帶的面板必須在混凝土澆築完畢並達到強度後安裝，實測管節和端鋼殼的外形，進行精確放樣後安裝。

材料設備

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》施工機具設備見下表：

主要機具設備表

設備名稱	型號	單位	數量	備註
鋼筋切斷機	GQ60	台	4	-
鋼筋彎筋機	GW50	台	4
對焊機	UN17-150-1	台	2	國產
木工園鋸機	MS109	台	2	-
木工斷料機	MSY804	台	2
木工平刨機	MB504-1	台	2
木工壓刨機	MB106	台	2
木工帶鋸機	MJ346A	台	2
台式鑽床	Z512-2	台	2
50噸履帶式吊車	日立	輛	2
運輸車輛	-	輛	6
插入式振搗器	ZN-50	只	60	20隻備用
混凝土泵車	-	台	3	-
柴油空氣壓縮機	-	台	3	施工縫處理用

質量控制

施工單位採用《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》的質量控制：

一、管段幾何尺寸允許誤差（以上海外環隧道為例）

內孔淨寬：0~+20毫米；

內孔淨高：0~+20毫米；

壁厚：+5~-15毫米；

管寬：+5~-1.5毫米；

管高：+5~-15毫米；

管長：+30~-30毫米。

二、管段混凝土質量標準（以上海外環隧道為例）

重度：23.5千牛/立方米±0.1千牛/立方米；

裂縫寬度：≦0.2毫米。

安全措施

施工單位採用《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》應注意的安全措施：

1、沉管隧道施工與其他隧道施工無論在施工方法上和安全生產管理上都截然不同，對於強化安全施工有著極為重要的意義，在施工的全過程中必須貫徹“安全第一、預防為主”的方針。

2、消防工作要遵循“預防為主、防消結合”的方針，進入施工現場必須健全消防組織，落實施工現場的消防設備。負責新建、擴建、改建內裝修等工程項目防火設計的審核，施工中的消防監督和工程竣工後的消防驗收。

施工單位在工程施工中必須採取必要的措施，以確保工程和施工人員的安全。

環保措施

施工單位採用《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》時，應認真學習環境保護法，執行當地環保部門的有關規定，會同有關部門組織環境監測，調查和掌握環境狀態，督促全體職工自覺做好保護工作，並認真接受業主和環保部門的監督指導。環境保護是生態平衡的保證，是中國重要國策，ISO14001環境管理體系檔案將保護環境貫穿在整個施工過程中，落實到每一個人，使每位員工都形成一種主動保護環境的習慣，為環境保護事業作出施工單位應盡的義務。

效益分析

《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》在沉管隧道誕生和發展的歷史過程中，已經顯示出社會、經濟價值。該工法與以往的掘進盾構隧道相比優點：施工工期縮短；減少時間超出和費用超支的風險；時間上的延誤有時可以通過加快某些作業或者增加設備和措施來彌補；工程造價降低。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

1、上海外環線隧道工程

上海隧道工程股份有限公司承建的上海市重大工程外環線隧道工程沉管段長736米，分為7個管段，各管段長度見下表：

各管段長度

管段名稱	El	E2	E3	E4	E5	E6	E7
長度（米）	108	104	100	100	108	104	108

隧道斷面按“三孔二管廊”雙向八車道設計，管段寬度為43米，高9.55米，主要工作量見下表：

主要工作量

材料	用量
混凝土	120000立方米
鋼筋	30000噸
鋼端殼	540噸
H形鋼（端牆後靠）	1212噸
灌砂管	4257米
舾裝預埋件	92噸
管節預埋件	384噸

沉管管段製作是整個工程的核心內容之一，極為重要，直接影響到整個工程的質量和進度。

沉管管段中E6分為E6-1，E6-2兩段分別製作，E1~E5管段製作滿足隧道路線平曲線要求，管段製作不考慮隧道豎曲線。管段製作混凝土採用C35，抗滲等級1.0兆帕，重度23.40~23.51千牛/立方米，鋼筋採用熱軋HPB235、HRB335級鋼筋，鋼絞線採用fptk=1860兆帕的高強度低鬆弛鋼絞線。

外環隧道工程管段製作經過廣大建設者們的努力，A塢中E7、E6兩節管段於2001年5月完成，A塢於2001年6月1日正式放水；B塢中5節管段於2001年7月完成，2001年9月9日正式放水。經過放水檢漏及E7管段的沉放，施工單位發現，管段的精度、重量（體現於乾舷高度）上均滿足設計要求，外側牆上未發現貫穿裂縫。但發現了一些有濕漬裂縫的現象，主要集中在以下幾個部位：

（1） 頂板上後澆帶，尤其是封閉時間較早的後澆帶，如E7-3與E7-4之間；

（2）頂板上風機壁龕的截面突變處；

（3）頂板上與中隔牆連線處。

對這些現象，施工單位也進行了認真的分析。對於後澆帶施工縫處，主要原因是後澆帶的封閉，混凝土的後期收縮在已連線的若干段管節結構上產生收縮應力而引起；風機壁龕截面突變處頂板容易產生集中應力和較高的溫度收縮應力；頂板與中隔牆連線處，則是因為該處頂板澆築厚度超過2米，混凝土溫升較高，它的變形受到已完成的中隔牆結構的約束，而產生溫度收縮應力，較易產生裂縫。對這些裂縫，施工單位也採取了針對性的技術手段，如注漿等封閉裂縫，並達到了較好的工程效果。

2、寧波常洪隧道

江中沉管段長395米，共分4節，自北向南分別為E1、E2、E3、E4.其中E1管段長95米，其餘三節100米。管段橫斷面外包尺寸為22800x8450毫米，為雙孔矩形箱式結構。管段內淨高6100毫米，單管淨寬9200毫米，頂板厚1150毫米，側牆厚950毫米，中隔牆厚550毫米。管段中間為1400毫米寬的設備管廊。管段結構混凝土設計混凝土強度C35，抗滲等級P10。管段施工時將每節管段分為5節管節進行施工，當中設後澆帶。

常洪隧道管段製作從2000年5月8日正式展開，到2000年11月28日最後一個混凝土端封門澆搗完成，全部4節管段的製作工期歷時不到7個月。管段製作完成後，質量監督站、現場監理以及業主等有關部門對管段進行了結構驗收，大家一致認為管段結構達到了設計和規範的質量要求，完全符合優良級的標準。經管段內外側外觀檢查，管段內外表面、後澆帶的結合面均未發現明顯裂縫。

2000年12月18日乾塢開始進水，在乾塢進水完成後，對管段的滲漏情況進行了檢查，檢漏結果表明4節管段均未發現明顯的滲漏水情況，管段的本體防水是成功的。

El、E2、E3和E4管段分別於2001年1月18日、2001年2月16日、2001年3月18日和2001年4月22日完成了拖運沉放工作。所有4節管段都能順利起浮，在其起浮後的實測的乾舷值均在設計範圍內，管段的乾舷控制措施同樣取得了成功。2002年3月2日常洪隧道竣工驗收正式通車以來，運行情況良好。

3、上海青草沙原水五號溝泵站工程

該工程平面尺寸133.2x87.2米，主要混凝土結構厚度為1.2~2.1米，總計混凝土澆築方量約10立方米。設計混凝土強度等級C30，抗滲等級P8。設計在縱橫兩個方向各設定了2條引發縫，同時橫向設定2條後澆帶，整個結構分成15塊進行澆築，採用跳倉法施工。

結構混凝土澆築從2009年6月正式開始，到2010年4月完成，歷時10個月。在高溫期間，針對高溫季節混凝土澆築的溫度裂縫控制，進行了多項針對性措施確保質量。混凝土澆筑前對鋼筋、模板及拌和骨料進行噴淋以降低入模溫度；進行溫控仿真模擬試驗，針對性的配置抗裂鋼筋；合理組織澆築時間，儘量避開高溫區段；針對不同部位採用蓄水、噴淋、噴塗養護液等不同的養護措施。結構製作完成後，質量監督站、現場監理及業主等相關部門對地下結構進行了進水條件驗收，認為混凝土結構達到了設計和規範的要求，結構表面無明顯裂縫，結構滲漏點滿足設計防水等級二級的要求。2010年10月，結構通水試運行以來，運行情況良好。

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《沉管隧道混凝土管段製作裂縫控制工法》被評定為中國國家二級工法。