沉管法

按管段制作方式可分為船臺上制作和干塢中制作兩大類型:①船臺型管段制作。是利用船廠的船臺，先預(yù)制鋼殼，將其沿滑道滑移下水后，在浮起的鋼殼內(nèi)灌筑混凝土。該類管段的橫斷面一般為圓形、八角形和花籃形。由于管段內(nèi)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(fēng)道，但車道高程相應(yīng)壓低，致使隧道深度增加，因此溝槽深度和隧道長度均相應(yīng)增大;又因其內(nèi)徑受限制而只能設(shè)置雙車道的路面，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(zhì)量及其防銹尚未能完善解決，因此只是早期在美國應(yīng)用較多。②干塢型管段制作。是在臨時的干塢中制成鋼筋混凝土管段，向干塢內(nèi)放水后，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(jié)省大量鋼材。但在制作管段時，對混凝土施工工藝須采取嚴格措施，以滿足其均質(zhì)性和水密性特別高的要求，并保證必需的干舷(管段頂部浮出水面的高度)和抗浮安全系數(shù)。這類管段較船臺型管段的造價經(jīng)濟，自50年代以來，在歐洲已成為最常用的制作方式。荷蘭鹿特丹馬斯河水底隧道為用干塢制作管段的最早一例。

沉管法是預(yù)制管段沉放法的簡稱，是在水底建筑隧道的一種施工方法。其施工順序是先在船臺上或干塢中制作隧道管段(用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土)，管段兩端用臨時封墻密封后滑移下水(或在塢內(nèi)放水)，使其浮在水中，再拖運到隧道設(shè)計位置。定位后，向管段內(nèi)加載，使其下沉至預(yù)先挖好的水底溝槽內(nèi)。管段逐節(jié)沉放，并用水力壓接法將相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節(jié)管段連通成為整體的隧道。在其頂部和外側(cè)用塊石覆蓋，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有較多的優(yōu)點。50年代起，由于水下連接等關(guān)鍵性技術(shù)的突破而普遍采用，現(xiàn)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。

適合于沉管法施工的主要條件是:水道河床穩(wěn)定和水流并不過急。前者不僅便于順利開挖溝槽，并能減少土方量;后者便于管段浮運、定位和沉放。

處理沉放管段基礎(chǔ)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，管段沉放后會因地基受力不均勻而導(dǎo)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，至今絕大多數(shù)建成的水底隧道采用墊平的方法。早期大多采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(yè)船上通過卷揚機和鋼索操縱特制的刮鋪機或鋼犁，沿著溝槽底面兩側(cè)設(shè)置的、具有規(guī)定標高和坡度的導(dǎo)軌，將放下的墊料往復(fù)刮平。該法缺點較多。另一種墊平的方法為后填法。即先將管段沉放在溝槽底上的臨時支座上，并使管底形成一定的空間(管段底板內(nèi)預(yù)設(shè)液壓千斤頂，在定位時可以頂向支座，調(diào)節(jié)管段高程)，隨后用墊層材料充填密實。后填法中最早用的是灌砂法，僅適用于底寬不大的船臺型管段。

40年代初創(chuàng)造成功的噴砂法，適用于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(yè)須設(shè)專用臺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，隨即松開定位千斤頂，利用管段重量將砂墊層壓實。這一基礎(chǔ)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，采用了壓漿法、壓混凝土法等管段基礎(chǔ)處理的新技術(shù)。

50年代以前，對鋼殼制作的管段，曾采用水下灌筑混凝土的方法進行水下連接。對鋼筋混凝土制作的矩形管段，現(xiàn)在普遍采用水力壓接法。此法是在50年代末期在加拿大隧道實踐中創(chuàng)造成功的，故也稱溫哥華法。它利用作用于管段后端封墻上的巨大水壓力，使安裝在管段前端周邊上的一圈尖肋型膠墊產(chǎn)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(jié)管段下沉著地時，結(jié)合管段的連接，進行符合精度要求的對位，然后使用預(yù)設(shè)在管段內(nèi)隔墻上的 2臺拉合千斤頂(或利用定位卷揚機)，將剛沉放的管段拉向前一節(jié)管段，使膠墊的尖肋略為變形，起初步止水作用。完成拉合后，即可將前后兩節(jié)管段封墻之間被膠墊封閉的水，經(jīng)前節(jié)管段封墻下部的排水閥排出，同時利用封墻頂部的進氣閥放入空氣。排水完畢后，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。完成水力壓接后，便可拆除封墻(一般用鋼筋混凝土筑成)，使已沉放的管段連通岸上，并可開始鋪設(shè)路面等內(nèi)部裝修工作。

采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾構(gòu)法施工具有較多優(yōu)點。主要有:

①容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預(yù)制，混凝土施工質(zhì)量高，易于做好防水措施;管段較長，接縫很少，漏水機會大為減少，而且采用水力壓接法可以實現(xiàn)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;管段的整體制作，浮運費用比制造、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(xiàn)場的施工期短。因預(yù)制管段(包括修筑臨時干塢)等大量工作均不在現(xiàn)場進行。

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

⑤適用水深范圍較大。因大多作業(yè)在水上操作，水下作業(yè)極少，故幾乎不受水深限制，如以潛水作業(yè)實用深度范圍，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(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設(shè)雙車道。

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只方形浮箱，用吊索直接將管段系吊，浮箱分成前后兩組，每組兩只浮箱用鋼桁架聯(lián)成整體，并用錨索將各組浮箱定位，在浮箱頂上安設(shè)起吊卷揚機和浮箱定位卷揚機。管段的定位須在其左右前后另用錨索牽拉，其定位卷揚機則設(shè)于定位塔的頂部。這一沉放法的主要特點是設(shè)備簡單，適用于寬度20米以上的大、中型管段。沉管法小型管段可采用方駁杠吊法，即在管段兩側(cè)分設(shè)4艘或2艘方駁船，左右兩艘之間設(shè)鋼梁作杠吊管段的杠棒。這一方法在沉放時較平穩(wěn)，且在浮運時可以用左右的方駁夾住管段以提高穩(wěn)定性。