沉管隧道的發(fā)展綜述及瓊州海峽沉管隧道方案
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
沉管隧道的管段制作技術研究
?。?）管節(jié)制作管節(jié)制作是大型沉管隧道的主要工序，它的工期和質量不僅直接影響沉管的浮運和沉放，而且關系到隧道運營的成敗。制作工藝的關鍵技術是控制混凝土的容重和管節(jié)體形（結構）尺寸精度，以及控制鋼筋混凝土結構的裂縫來實現結構的自身防水。
?。?）制造管段的場地現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場附近進行艤裝，在拖至施工現場后灌注鎮(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，管段造好后浮運至施工現場沉放。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沉放技術研究
?。?）隧道管段的浮運浮運方式受航道條件、浮運距離、水文和氣象等多種因素控制，主要有以下兩種施工方案：（1）拖輪浮運方案；
?。?）絞車拖運、拖輪頂推方式。在運輸隧道管段時，應注意以下條件：
?。?）將遇到的情況；
?。?）在現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；
?。?）拖船的種類和能力；
?。?）定位系統(tǒng)和將這些結果提交給作業(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中最危險的部分?；蛟S是因為參加這項工作的人們已知道其危險，所以盡管到目前為止已沉放了數百節(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行的，因為那里的大多數作業(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)的結構計算、在施工狀態(tài)下的受力狀況、著力點的布置、干舷及抗浮系數都有著密切的關系。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。
沉管隧道的接頭設計及處理技術研究： 接頭設計和處理技術是沉管隧道的關鍵技術之一，接頭的設計應能承受溫度變化、地震力以及其它作用并保證隧道接頭具有良好的水密性。
沉管隧道的每一個管段都是一個預制件，在管段之間和管段與通風塔之間存在接頭。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度——剛性接頭；另一種接頭則允許在三個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、間距和形式應按照土壤條件、基礎形式、抗震以及可加工性來決定。同時，還應考慮接頭的強度、變形特性、防水、材料以及細部構造。
2、瓊州海峽沉管隧道方案海南島是我國僅次于臺灣島的第二大島嶼，資源十分豐富，素有祖國寶島之稱。海南島獨特的風土人情，山光水色，是天然旅游勝地。1998年，國務院批準建立海南省，是改革開放后最大的經濟特區(qū)。海南島資源的開發(fā)利用在海南省的經濟建設中起著關鍵的作用。而經濟要騰飛，關鍵是交通。但是，海南島島內雖有鐵路、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98年統(tǒng)計，每年通過旅客愈500萬人次，且近年仍呈上升趨勢，嚴重影響海南省的經濟發(fā)展。目前，越海鐵路有限公司已經成立，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。但據初步研究，認為該方案存在以下幾個問題：（1）海峽兩側需修建大型的輪渡碼頭，且需解決輪船與鐵路連接機構隨水位升、降的調節(jié)問題。
?。?）碼頭內需配設數條調車作業(yè)線，以進行越海列車的解體與編組作業(yè)，即不能實現直通。初步估算，越海時間至少需要2～3小時，而直通僅需約15分鐘，為輪渡方式的8～12倍。
（3）不能全天候運行，遇大風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%，不適應緊急時期的需要。
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，這是時代的需要和歷史的責任。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，人員與物資的轉運十分困難和麻煩。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，多瑙河南聯盟段的所有橋梁都受到轟炸攻擊，另外跨海大橋的技術難度也很高，同樣受到跨度、水深和地質等條件的影響，建成運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，通常采用掘進速度較快的TBM施工，但對于我們國家來講，TBM機械還不能自己研制，需要從國外引進，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例，有關方案的研究則有不少成果，但因無實際工程經驗，因此尚有待于進一步摸索。
沉管隧道具有許多優(yōu)點。首先，從對地層條件的適應性來看，沉管隧道不怕軟弱地層，基本上不受地質條件的限制，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、管段預制、管段浮運沉放和內部裝修等可平行作業(yè)。因而沉管隧道各工序間干擾少，施工質量可提高，且工期可縮短。第五，由于沉管隧道接頭數量少，且其水力壓接采用了先進的Gina防水帶，在加上管段整體預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、具有很強的抵抗戰(zhàn)爭破壞和抗自然災害的能力。在戰(zhàn)爭條件下，一顆精制導彈或巡航導彈就足能摧毀一座堅固的大橋，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都比較成熟，國內也進行了大量的研究，已經修建了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道，初步具備了獨立設計、獨立施工的能力。當然，沉管隧道在施工時，將受氣象、水文條件的制約，一定程度上影響航運。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、結語
沉管隧道建成的實例目前為止已有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，到結構底部的深度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絡線方案，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，但基于當前的技術研究情況來看，建設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）。這是我國工程界經過三十多年攻關，首次采用沉管法施工的結晶，為我國沉管隧道填補了空白。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計和施工的，說明我國已具備了沉管隧道的設計和施工能力。
關于瓊州海峽隧道方案的技術觀點必須解決土木工程史上尚未經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險要比深埋隧道方案和懸浮隧道方案少一些。可望通過采用海底油田所發(fā)展的海上作業(yè)平臺、工作船上的操作技術、造船設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這些工業(yè)的發(fā)展，而大規(guī)模地生產碎石和石料也會有助于促進建筑工業(yè)的發(fā)展。
