沉管隧道的發(fā)展綜述及瓊州海峽沉管隧道方案
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁
沉管隧道的管段制作技術(shù)研究
（1）管節(jié)制作管節(jié)制作是大型沉管隧道的主要工序，它的工期和質(zhì)量不僅直接影響沉管的浮運(yùn)和沉放，而且關(guān)系到隧道運(yùn)營的成敗。制作工藝的關(guān)鍵技術(shù)是控制混凝土的容重和管節(jié)體形（結(jié)構(gòu)）尺寸精度，以及控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自身防水。
?。?）制造管段的場地現(xiàn)在制作鋼殼管段主要是在隧址附近的船塢制作鋼殼，然后拖到隧道施工現(xiàn)場附近進(jìn)行艤裝，在拖至施工現(xiàn)場后灌注鎮(zhèn)載混凝土。制作混凝土管段主要采用干船塢的方式，即在隧址附近的岸邊修建大型的干船塢，在干船塢中澆制混凝土管段，管段造好后浮運(yùn)至施工現(xiàn)場沉放。干船塢在排水后繼續(xù)制作下一批管段。在丹麥和瑞典的斯熱桑得隧道在干船塢里還建造有一條混凝土管節(jié)生產(chǎn)的流水線的工廠，管節(jié)造好后在干船塢里連接成管段。
1.2.5沉管隧道的管段浮運(yùn)沉放技術(shù)研究
（1）隧道管段的浮運(yùn)浮運(yùn)方式受航道條件、浮運(yùn)距離、水文和氣象等多種因素控制，主要有以下兩種施工方案：（1）拖輪浮運(yùn)方案；
（2）絞車拖運(yùn)、拖輪頂推方式。在運(yùn)輸隧道管段時(shí)，應(yīng)注意以下條件：
?。?）將遇到的情況；
（2）在現(xiàn)場的特定條件下的隧道管段的特性；
?。?）在航行水道中可資利用的空間；
（4）拖船的種類和能力；
（5）定位系統(tǒng)和將這些結(jié)果提交給作業(yè)指揮者的方式。
?。?）隧道管段的沉放隧道管段的沉放是這種工程任務(wù)中最危險(xiǎn)的部分?；蛟S是因?yàn)閰⒓舆@項(xiàng)工作的人們已知道其危險(xiǎn)，所以盡管到目前為止已沉放了數(shù)百節(jié)的隧道管段，卻很少發(fā)生事故或失敗。巨型隧道管段的沉放是在相對困難的條件下進(jìn)行的，因?yàn)槟抢锏拇蠖鄶?shù)作業(yè)是在無法直接觀察的情況下完成的。因此，作業(yè)的關(guān)鍵是盡可能使作業(yè)簡單，盡量多地利用水的自然能力。
沉放方法的選定與管節(jié)的結(jié)構(gòu)計(jì)算、在施工狀態(tài)下的受力狀況、著力點(diǎn)的布置、干舷及抗浮系數(shù)都有著密切的關(guān)系。主要有以下三種方案：（1）雙駁船吊掛沉放方法；（2）自抬式吊掛沉放方法，國外稱為SEP工法（Self Elevated Platform）；（3）起重船吊掛沉放方法。
沉管隧道的接頭設(shè)計(jì)及處理技術(shù)研究： 接頭設(shè)計(jì)和處理技術(shù)是沉管隧道的關(guān)鍵技術(shù)之一，接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)能承受溫度變化、地震力以及其它作用并保證隧道接頭具有良好的水密性。
沉管隧道的每一個(gè)管段都是一個(gè)預(yù)制件，在管段之間和管段與通風(fēng)塔之間存在接頭。接頭可分為兩種形式：一種接頭具有與其連接管段相似的斷面剛度和強(qiáng)度——?jiǎng)傂越宇^；另一種接頭則允許在三個(gè)主軸方向上有相對位移——柔性接頭。在某些情況下，沉管隧道的所有接頭都采用同一種形式，在另外一些情況下，兩種形式都可能采用。
接頭的位置、間距和形式應(yīng)按照土壤條件、基礎(chǔ)形式、抗震以及可加工性來決定。同時(shí)，還應(yīng)考慮接頭的強(qiáng)度、變形特性、防水、材料以及細(xì)部構(gòu)造。
2、瓊州海峽沉管隧道方案海南島是我國僅次于臺(tái)灣島的第二大島嶼，資源十分豐富，素有祖國寶島之稱。海南島獨(dú)特的風(fēng)土人情，山光水色，是天然旅游勝地。1998年，國務(wù)院批準(zhǔn)建立海南省，是改革開放后最大的經(jīng)濟(jì)特區(qū)。海南島資源的開發(fā)利用在海南省的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著關(guān)鍵的作用。而經(jīng)濟(jì)要騰飛，關(guān)鍵是交通。但是，海南島島內(nèi)雖有鐵路、公路，卻不能和大陸連通，使海南豐富的資源和祖國大陸的各種物資被海峽所隔，交通不便，交流受阻。據(jù)98年統(tǒng)計(jì)，每年通過旅客愈500萬人次，且近年仍呈上升趨勢，嚴(yán)重影響海南省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，越海鐵路有限公司已經(jīng)成立，并開始著手黎——湛鐵路末端湛江至徐聞段的鐵路修建工作，并初步擬定輪渡方案越海。但據(jù)初步研究，認(rèn)為該方案存在以下幾個(gè)問題：（1）海峽兩側(cè)需修建大型的輪渡碼頭，且需解決輪船與鐵路連接機(jī)構(gòu)隨水位升、降的調(diào)節(jié)問題。
（2）碼頭內(nèi)需配設(shè)數(shù)條調(diào)車作業(yè)線，以進(jìn)行越海列車的解體與編組作業(yè)，即不能實(shí)現(xiàn)直通。初步估算，越海時(shí)間至少需要2～3小時(shí)，而直通僅需約15分鐘，為輪渡方式的8～12倍。
?。?）不能全天候運(yùn)行，遇大風(fēng)和暴雨天氣必須中斷。而在海峽地區(qū)此類天氣占全年的50%，不適應(yīng)緊急時(shí)期的需要。
因此，采用直通方式連接海峽兩岸交通已迫在眉睫，必須提到日程上來，這是時(shí)代的需要和歷史的責(zé)任。做好直接溝通瓊州海峽兩岸的前期規(guī)劃，已刻不容緩。在開始決定修建直接越海通道前，作好各種越海方案的可行性研究，以供決策者參考，是完全有必要的。
目前，海峽通道主要由輪渡、橋梁、隧道、橋隧組合四種形式。輪渡受氣象條件的影響最大，不能直接連通，效率較低，人員與物資的轉(zhuǎn)運(yùn)十分困難和麻煩。修建橋梁是一種常見的方式，但從戰(zhàn)備效益來看，跨海大橋的安全性不如越海隧道，科索沃戰(zhàn)爭中，多瑙河南聯(lián)盟段的所有橋梁都受到轟炸攻擊，另外跨海大橋的技術(shù)難度也很高，同樣受到跨度、水深和地質(zhì)等條件的影響，建成運(yùn)營后受氣候變化的影響也始終存在。因此，海峽通道選擇修建海峽隧道是一種較好的方式，既可以穿越大跨度的海域，直接連通海峽兩岸，又可以在運(yùn)營后避免氣候條件的影響，保持連續(xù)通行。
就海峽隧道來講，目前主要有深埋海底隧道、沉管隧道、懸浮隧道等幾種方案。深埋隧道的特點(diǎn)是埋深大、隧道長，從而投資較大、工期較長。長距離深埋海底隧道為了縮短工期，通常采用掘進(jìn)速度較快的TBM施工，但對于我們國家來講，TBM機(jī)械還不能自己研制，需要從國外引進(jìn)，因此將增加許多額外的投資。對于懸浮隧道來說，至今為止世界上尚無建成實(shí)例，有關(guān)方案的研究則有不少成果，但因無實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，因此尚有待于進(jìn)一步摸索。
沉管隧道具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，從對地層條件的適應(yīng)性來看，沉管隧道不怕軟弱地層，基本上不受地質(zhì)條件的限制，對地基允許承載力的要求也很低，一般5N/cm2左右即可。第二，沉管隧道的埋深很淺，一般1m即夠，甚至與海床齊平或超出海床。而深埋隧道至少要10m以上。青函隧道最淺埋深100m，地層條件較好的英法海峽隧道的最淺埋深也有40m.這樣，沉管隧道的長度就比較短，造價(jià)也因而降低。第三，沉管隧道的斷面既可做成圓形，也可做成矩形或其它形狀，十分靈活。矩形斷面利用率高，埋深也相對較淺。第四，沉管隧道的主要工序，如基槽開挖、管段預(yù)制、管段浮運(yùn)沉放和內(nèi)部裝修等可平行作業(yè)。因而沉管隧道各工序間干擾少，施工質(zhì)量可提高，且工期可縮短。第五，由于沉管隧道接頭數(shù)量少，且其水力壓接采用了先進(jìn)的Gina防水帶，在加上管段整體預(yù)制可保證管段良好的自防水性，通常還采用外加防水膜，這樣，沉管隧道的防水性能十分優(yōu)良，能做到滴水不漏。第六、具有很強(qiáng)的抵抗戰(zhàn)爭破壞和抗自然災(zāi)害的能力。在戰(zhàn)爭條件下，一顆精制導(dǎo)彈或巡航導(dǎo)彈就足能摧毀一座堅(jiān)固的大橋，不僅橋梁自身的交通中斷，且阻塞江河海港航道，難以疏通。海灣戰(zhàn)爭第一天，幼發(fā)拉底河所有的橋梁全部被炸毀，水下隧道卻安然無恙。此外，隧道的防震、防核效應(yīng)的能力是橋梁的幾倍，甚至幾十倍。第七，國外的沉管隧道技術(shù)都比較成熟，國內(nèi)也進(jìn)行了大量的研究，已經(jīng)修建了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道，初步具備了獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立施工的能力。當(dāng)然，沉管隧道在施工時(shí)，將受氣象、水文條件的制約，一定程度上影響航運(yùn)。但總體說來，在瓊州海峽采用沉管隧道方案具有較高的可行性。
3、結(jié)語
沉管隧道建成的實(shí)例目前為止已有100多座。從1894年——1969年七十多年間，世界上僅修建了四十座長沉管式隧道，而1970年——1995年二十五年間就修建隧道六十余座，僅1990年——1995年就高達(dá)二十座，沉管隧道的發(fā)展舉世矚目。最長的沉管隧道是1970年完成的美國加利福尼亞、舊金山海灣地區(qū)快速交通隧道，總沉埋長度5825m，到結(jié)構(gòu)底部的深度40.5m.瓊州海峽的寬度在18.2～35km之間，水深80～160m.盡管目前尚沒有如此規(guī)模的沉管隧道實(shí)例，但國外已有這方面的研究成果和可行性方案。例如，1985年10月提出的英吉利海峽聯(lián)絡(luò)線方案，由高架橋和沉管管道組成，沉管公路隧道管段部分總長為20.7km.英國建筑公司（B.S.C.）提出的一座沉管隧道方案，鐵路隧道部分穿越海峽全寬，雙車道的公路隧道部分穿越海峽中心11km的寬度。擬建的日韓海底沉管隧道，將穿越日本壹岐海峽22km，最大水深60m；穿越東對馬海峽49km，水深120m；穿越西對馬海峽49km，水深 200m.因此，雖然瓊州海峽的寬度較大，水深較深，但基于當(dāng)前的技術(shù)研究情況來看，建設(shè)沉管隧道仍然是一種推薦的可行性方案。
1993年8月我國大陸第一條六車道公、鐵路合一的大型水下隧道——珠江隧道勝利建成通車（如圖1）。這是我國工程界經(jīng)過三十多年攻關(guān)，首次采用沉管法施工的結(jié)晶，為我國沉管隧道填補(bǔ)了空白。1995年11月，寧波甬江隧道也順利建成。世界第二、亞洲第一（按管段排水量）的上海外環(huán)線黃浦江沉管隧道也已于2000年十月開工興建（如圖2、3）。
香港的東、西區(qū)沉管隧道管段的沉放由交通部廣州救撈局施工，廣州珠江 沉管隧道，寧波甬江沉管隧道是由我國自行設(shè)計(jì)和施工的，說明我國已具備了沉管隧道的設(shè)計(jì)和施工能力。
關(guān)于瓊州海峽隧道方案的技術(shù)觀點(diǎn)必須解決土木工程史上尚未經(jīng)歷過的很深的海底問題，很多問題有待解決。在這種情況下，采用沉管隧道方案的未知因素和風(fēng)險(xiǎn)要比深埋隧道方案和懸浮隧道方案少一些?？赏ㄟ^采用海底油田所發(fā)展的海上作業(yè)平臺(tái)、工作船上的操作技術(shù)、造船設(shè)施等去克服采用沉管隧道方案所涉及的最大困難。鋼材和水泥的大量需要將增進(jìn)這些工業(yè)的發(fā)展，而大規(guī)模地生產(chǎn)碎石和石料也會(huì)有助于促進(jìn)建筑工業(yè)的發(fā)展。
