隧道施工：管段沉放、连接方法及注意事项

管段在干坞中预制好、沉管基槽开挖及基础处理好后便可进行管段的出坞、浮运、沉放与水下连接工作。这是沉管隧道难度最大的一道工序，管段起运前必须做好各项准备工作，编制一套严谨的施工组织设计，各项工作做到目标明确、技术措施可行，人员、设备、物资落实到位。

（一）沉设方法

1.分吊法

管段制作时，预先埋设3～4个吊点，分吊法沉设作业时分别用2～4艘100～200t浮吊（即起重船）或浮箱提着各个吊点，逐渐将管段沉放到规定位置（图8-2-10，图8-2-11）。

图8-2-10　起重船吊沉法

1—沉管；2—压载水箱；3—起重船；4—吊点

图8-2-11　浮箱吊沉法

2.扛吊法

亦称方驳扛吊法。方驳扛吊法是以四艘方驳，分前后两组，每组方驳肩负一副“杠棒”，即这两副“杠棒”由位于沉管中心线左右的两艘方驳作为各自的两个支点；前后两组方驳用钢杵架连接起来，构成一个整体驳船组，“杠棒”实际上是一种型钢梁或是钢板组合梁，其上的吊索一端系于卷扬机上，另一端用来吊放沉管；驳船组由六根锚索定位，沉管管段另用六根锚索定位。

3.骑吊法

采用水上作业平台“骑”于管段上方，将管段慢慢地吊放沉设（图8-2-12）。

图8-2-12　自升式平台吊沉法

4.拉沉法

利用预先设置在沟槽底面上的水下桩墩作为地垄，依靠安设在管段上面的钢桁架上的卷扬机，通过扣在地垄上的钢索，将管段缓慢地“拉下水”，沉设于桩墩上，而后进行水下连接（图8-2-13）。

图8-2-13　拉沉法

1—沉管；2—桩墩；3—拉索

（二）管段的沉放作业

管段沉放与对接作业受海上的自然条件影响很大，因此对其有一定的要求。一般要求风速小于10m/s，波高小于0.5m；水的流速小于0.6～0.8m/s，空气的能见度大1000m。为此，进行施工前需对沉放阶段的水位、流速、气温、风力等水文气象条件进行资料收集分析，选择最佳时机。

图8-2-14所示为管段沉放步骤示意图。

图8-2-14　管段沉放步骤示意图

管段沉放作业全过程可按以下三阶段进行。

1.沉放前的准备

沉放前必须完成航道疏浚清淤，设置临时支座，以保证管段顺利沉放到规定位置。应事先与港务、港监等有关部门商定航道管理事项，并及早通知有关方面。

作好水上交通管制准备，需抓紧时间做好封锁线标志（浮标、灯号、球号等）。短暂封锁的范围：上下游方向各100～200m，沿隧道中线方向的封锁距离视定位锚索的布置方式而定。

2.管段就位

在高潮平潮之前，将管段浮运到指定位置，此时可距规定沉设位置10～20m处，并挂好地锚，校正好方向，使管段中线与隧道轴线基本重合，误差不应大于10cm。管段纵向坡度调至设计坡度。定位完毕后，既可开始灌水压载，至消除管段的全部浮力为止。

3.管段下沉

下沉时的水流速度，宜小于0.15m/s，如流速超过0.5m/s，需采取措施。每段下沉分三步进行：即初次下沉、靠拢下沉和着地下沉。(www.xing528.com)

（三）管段的水下连接

管段沉放就位后，还要与已连接好的管段连成一个整体。该项工作在水下进行，故又称水下连接。水下连接技术的关键是要保证管段接头不漏水。

水下连接有混凝土连接和水力压接两种方法。

混凝土连接法作业工艺复杂，潜水工作量大，密封的可靠性差，故目前一般不再采用。水力压接法是20世纪50年代由丹麦工程师在加拿大开发应用，它工艺简单，施工方便，施工速度快，水密性好，基本上不用潜水工作，目前普遍采用（图8-2-15）。

用水力压接法进行连接的主要工序是：对位—拉合—压接。

水力压接系利用作用在管段后端（亦称自由端）端面上的巨大水压力，使安装在管段前端（即靠近已设管段或管节的一端）端面周边上的一圈橡胶垫环（Gina带，在制作管段时安设于管段端面上）发生压缩变形，并构成一个水密性良好，且相当可靠的管段间接头。

图8-2-15　水力压接法

用水力压接法进行水下连接的主要工序是：对位→拉合→压接→拆除端封墙。

1.对位

着地下沉时必须结合管段连接工作进行对位。自采用鼻托后，对位精度很容易控制。上海金山沉管工程中曾用一种卡式托座，只要前端的“卡钳”套上，定位精度就自然控制在水平方向为±1cm之内（图8-2-16）。

2.拉合

（1）拉合工序是用较小的机械力量，将刚沉设的管段拉向前节既设管段，使胶垫的尖肋部产生初步变形，起到初步止水作用。

图8-2-16　金山沉管工程的卡式托座

（2）拉合时所需机械拉力不大，一般为每延米胶垫长度10～30N，通常用安装于管段竖壁（可为外壁或内壁）上带有锤形拉钩的拉合千斤顶进行拉合。拉合千斤顶总拉力一般为1000～3000KN，行程为1000mm左右。一个管段可设一具或二具拉合千斤顶，其位置应对称于管段的中轴线。通常采用2个1000～1500KN拉力的拉合千斤顶设于管段两侧，以便调整管段。

3.压接

（1）拉合完成之后，打开既设管段后端封墙下部的排水阀，排出前后二节沉管封墙之间被胶垫所包围封闭的水。

（2）排水完毕后，作用到整环胶垫上的压力，等于作用于新设管段后端封墙和管段周壁端面上的全部水压力。在此压力作用下，胶垫必然进一步压缩，其压缩量一般为胶垫本体高度的1/3左右。

4.拆除封端墙

压接完毕后，即可拆除前后二节管段间的封端墙。

水力压接法优点：工艺简单，施工方便；水密性切实可靠；基本上不用潜水工作；成本低，施工速度快。