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全国市政工程行业科技成果展示:沉管法隧道施工与质量验收规范

    “沉管法隧道施工与质量验收规范”项目于2012年1月立项,2016年10月完成,2018年3月通过中国市政工程协会科技专业委员会组织的项目成果鉴定。该规范由广州市市政集团有限公司、交通运输部广州打捞局等单位联合编制。该项目成果获中国市政工程协会2017年度“全国市政行业市政工程科学技术奖”一等奖,其适用于沉管隧道尤其是混凝土矩形沉管隧道的施工及质量验收。

    项目技术研究概况

    沉管法隧道施工技术难度大、要求高,而目前国内外尚没有关于沉管法隧道施工及其验收方面的技术规范,在大量隧道采用沉管法施工的情况下,为了规范我国沉管法隧道施工及质量验收,制定《沉管法隧道施工与质量验收规范》(以下简称《规范》)。

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广州国际创新城金光东隧道首节沉管浮运

    项目主要技术内容

    该《规范》编制组对沉管法隧道施工中的管节制作、管节浮运与沉放、接头处理与接头防水、水下对接最终接头的精度控制、地基处理及基础垫层施工等方面进行了研究与技术总结。《规范》主要包括沉管法隧道施工测量、干坞、管节制作、基槽开挖与回填覆盖、管节地基与基础垫层施工、管节安装、接头处理、衔接段、监测、安全与环境保护、验收等内容。其重点内容主要包括以下5个方面:

    1)大型混凝土管节预制

    大型沉管管节的制作是沉管隧道施工中技术含量很高、质量要求很严的项目,是沉管隧道建设中的关键技术之一。管节制作的难点体现在3个方面:管节制作精度要求高;管节混凝土裂缝控制严格;管节防水处理要求高。针对管节制作的难点,该规范给出了管节混凝土的质量控制指标、管节制作过程中的误差控制指标、管节的质量控制指标、管节混凝土的裂缝控制措施以及管节防水措施的技术规定。

    2)地基处理及基础垫层施工

    沉管隧道是一种对沉降比较敏感的地下结构。同时,沉管隧道的荷载、荷载组合及施工工况有其特殊性。基础设计与处理是沉管隧道施工的关键技术之一。沉管隧道基槽开挖时,无论采用何种挖泥设备,开挖后沟槽底面总会有15~50 cm的不平整度。沟槽底面与管节底表面之间存在众多不规则的空隙,导致地基土受力不均匀,引起不均匀沉降,同时也会使管节结构受到较高的局部应力,以至开裂。该规范给出了在现有技术水平和设备能力条件下的地基处理方式;根据沉管隧道地基基础的特点,给出了基础垫层施工的工艺流程以及相关的技术指标,提出了沉管隧道基础垫层检验标准。

    3)接头处理与接头防水

    沉管隧道各管节在岸上整体预制而成,管节本体防水质量可以得到可靠保证,但在施工现场有少量接缝以及接头处需要采取相应防水技术。接头防水是沉管隧道防水的关键部位,也是沉管隧道施工的难题之一。该规范将沉管隧道接头处理分为管节接头处理和最终接头处理两部分。给出了接头处理的主要内容,第二道止水带安装、PC预应力索安装、剪力键安装等主要工序的技术要求,提出了岸上最终接头施工的注意事项和技术要求,剪力键加工、安装控制误差以及最终接头允许偏差的检验标准。

    4)浮运、沉放与水下压接

    管节的出坞与浮运、沉放定位与水下对接是沉管隧道施工中的关键阶段。管节安装是沉管隧道施工中最危险的阶段,原因是管节在水下施工,难度较大,同时为避免对船舶航行造成影响等,要求作业时间短。管节沉放施工需要综合考虑管节尺寸、水流速度和方向、深浅以及以往的施工经验等,同时,潮汐对管节施工也有很大的影响。该规范给出了管节浮运、沉放与水下压接过程中的注意事项、实施步骤、相关施工技术参数、过程控制标准以及实施效果检验标准。

    5)质量验收标准

    沉管隧道由于其结构和施工方法的特殊性,其在质量控制指标方面与其他隧道有许多不同之处。该规范根据沉管隧道工程的特点,按结构部位的重要性将检验项目分为主控项目与一般项目。主控项目为沉管隧道工程中对沉管质量起决定性的项目,如管节结构的质量、管节安装就位的符合性、管节结合部的防水效果等关键项目。主控项目以外的其他项目均为一般项目。根据沉管法施工的特点,提出了工程施工质量不仅要包括竣工验收,还应进行过程检验、验收,并给出了相应的检验、验收标准。

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广州市仑头-生物岛隧道沉管浮运

    解决的主要技术问题

    在沉管隧道施工的所有工序中,管节制作、浮运、沉放、水下对接和基础处理的难度较大,是影响沉管隧道施工成败的关键工序,该规范对其进行了认真的研究与技术总结,主要解决了以下技术问题:

    1)管节制作。解决的问题包括重度控制、几何尺寸控制、结构裂缝预防、结构裂缝处理。

    2)管节浮运、沉放、水下对接及最终接头的精度控制。

    3)沉管隧道基础处理。沉管隧道基础施工主要解决了以下问题:①基槽开挖作业所造成的槽底不平整问题;②地基土特别软弱或软硬不均等问题;③施工期间基槽回淤或流砂管涌等问题。

    4)部分施工参数的确定。该规范对一些共性、通用的施工参数给出了建议值。

    与国内外同类技术的比较

    《规范》总结了我国多年来沉管法隧道施工的实践经验,参考国内外相关技术标准,系统、完整地规定了沉管法隧道施工与质量验收的有关要求,完善了隧道施工技术与质量验收标准体系。

    《规范》要求明确,技术指标合适,与现行相关技术规范和标准协调一致,适应我国工程建设的需要,具有较强的实用性和可操作性。经住房和城乡建设部标准定额研究所组织审查专家鉴定,认为该规范填补了国内沉管法隧道施工与质量验收领域的空白,达到了国内领先水平。

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管段下潜试漏

    项目应用成果与效益

    成果应用 该《规范》已在广州市州头咀沉管隧道沉管浮运安装工程、南昌市红谷隧道工程的基槽土石方开挖炸礁工程、沉管浮运安装工程、基槽回填工程中成功应用。

    项目效益 《规范》的编制实施规范了我国沉管隧道的施工技术,降低了沉管隧道的施工风险,通过对关键工序与主要施工技术指标的规定,能够降低施工成本,节约沉管隧道建设的投资量。

    《规范》的颁布有利于规范沉管法隧道施工过程,有助于减少沉管法隧道施工过程对水体的污染以及对水生生物栖息地的影响,对环境和保护生态平衡也有相当大的作用。

    应用前景 《规范》的实施,有利于沉管法的推广应用,沉管隧道的修建能够带动隧址两岸经济高速发展,加强社会活动交流以及优化和解决日益严重交通压力,具有很好的推广应用前景。

    (广州市市政集团有限公司 供稿

    注:本文刊载于《市政技术》2019年第3期,第1、2页。