沉管隧道管段浮运与沉放施工工艺(隧道工艺标准系列之二十八)

隧道施工工艺标准 1 28 管段浮运与沉放施工工艺管段浮运与沉放施工工艺 28 1 总则总则 28 1 1 适用范围 本标准适用于采用沉管法施工的水下公路隧道工程 28 1 2 编制参考标准 规范 28 1 2 1 地下铁道工程施工及验收规范 GB 50299 1999 28 1 2 2 公路隧道施工技术规范 JTJ042 94 28 1 2 3 公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程 JTGF80 1 2004 28 1 2 4 陈韶章 沉管隧道设计与施工 科学出版社 2002 年 28 1 2 5 铁道部西南科研所 世界沉管隧道技术 1997 年 28 2 术语术语 28 2 1 起重船吊沉法 采用起重船提着管节顶板预埋的吊环沉放管节的方法 见图 28 5 2 2 1 28 2 2 浮箱吊沉法 在管节顶板上方安装浮箱和卷扬机 直接将管节吊起和沉放的方法 见图 28 5 2 2 2 28 2 3 自升式平台吊沉法 简称 SEP 法 采用船体作业平台吊沉管节的方法 这种作业平台的 4 根柱脚可通过液压千斤 顶自由升降 见图 28 5 2 2 3 28 2 4 船组杠吊法 采用两副 杠棒 担在两组船体上组成的船组 完成管节吊沉作业的方法 所 谓 杠棒 即钢珩架梁或钢板梁 见图 28 5 2 2 4 28 3 施工准备施工准备 28 3 1 技术准备 28 3 1 1 为保证管节浮运与沉放的顺利进行 施工前应收集气象 水文等基础 资料 其中包括 1 管节沉放期间的天气预报 天气 风向 风力 温度 风速 相对湿度等 2 水文资料 历史最高与最低水位 百年一遇洪水推算水位 最高与最低潮 位 隧道施工工艺标准 2 3 流速 涨急与落急最大 最小断面流速 涨急与落急平均断面流速 4 涨急平均流向 5 江 河 海 水重度 6 绘制典型日水位过程线 28 3 1 2 制定管节浮运与沉放方法与实施计划 28 3 1 3 进行管节浮运与沉放过程的力学验算 28 3 1 4 进行管节沉放地段的沟槽开挖与清淤工作 28 3 1 5 准备浮运与沉放机具与设备 28 3 1 6 制定航道管制计划 与港务 港监等部门商定航道管理有关事项 并 通知有关部门 28 3 1 7 设置水底临时支座和地锚 28 3 1 8 设置浮运与沉放过程的控制测量站 点 28 3 2 材料准备 28 3 2 1 牵引缆索 28 3 3 主要机具 28 3 3 1 主要机具 管段吊沉大型机具设备 起重船 或自升式水上作业平台 方型浮箱或小型方驳 卷扬机 拉合千斤顶 28 3 3 2 主要设备 定位塔 地锚 超声波测距仪 倾度仪 缆索测力计 压 载水容量指示器 指挥通信器具 28 3 3 3 主要机具与设备的性能要求详见 28 5 2 4 28 3 4 作业条件 28 3 4 1 管段浮运与沉放方案已经确定 28 3 4 2 管段沉放地段的沟槽开挖与清淤工作已经完成 28 3 4 3 浮运与沉放机具与设备已准备就绪 28 3 4 4 航道管制方案已制定妥当 并征得港务管理部门同意 各航运单位收 到正式通告 28 3 4 5 气象与水文条件符合浮运与沉放作业技术要求 28 3 4 6 河底临时支座与安设定位索的地锚已事先设置完毕 28 3 5 劳动力组织 总指挥 1 人 管节浮运副指挥 1 人 驳船驾驶与管节浮运操纵 8 10 人 管节 下沉副指挥 1 人 下沉施工操作 10 20 人 根据下沉方法而定 监测人员 8 10 人 安全员 3 5 人 潜水员 5 8 人 28 4 工艺设计和控制要求工艺设计和控制要求 28 4 1 技术要求 隧道施工工艺标准 3 28 4 1 1 施工时应根据当地的自然条件 航道条件 沉管本身的规模以及设备 条件等 因地制宜地选用合适的沉埋方法 28 4 1 2 采用拖轮拖运时 当拖运距离较长 水面较宽时 拖轮的大小和数量 宜根据管段的长 宽 高度 拖拉航速及航运条件 航道形状 水深 流速等 通 过力学计算分析选定 28 4 1 3 采用绞车拖运与拖轮顶推管段浮运时 应在临时航道设置导航系统 要选择良好的气候条件 一般要晴天进行 28 4 1 4 沉放作业之前的 12 小时 应对水流与气象条件的资料作认真分析 使 气象条件符合作业要求 在沉放作业之前 2 小时 还应对这些条件进行复核 28 4 1 5 施工期间要加强水上交通管理以确保安全 28 4 1 6 潜水作业人员应掌握相关的水下作业技术要求和安全规程 28 4 1 7 在管节沉放前和沉放过程中 需要进行下列项目的测量工作 1 沉管段基槽开挖断面测量 2 临时支座的安装精度测量 3 锚块的平面位置及高程测量 4 浮运过程中管节的水平 倾斜调整测量 5 管节出坞 浮运的方向控制测量 6 浮运就位时管节位置的测量 7 管节沉放过程的测量 8 与浮运沉放有关的预埋件测量 9 沉管段范围水文潮汐监控 28 4 2 材料质量要求 28 4 2 1 管节浮运与沉放施工时所用缆索应满足相关的质量要求 28 4 2 2 固定管节与缆索的地锚材料质量应保证施工要求 28 4 3 职业健康安全要求职业健康安全要求 28 4 3 1 潜水员进行管节沉放的水下作业时 应有相应的安全防护和救援措施 28 4 4 环境要求环境要求 28 4 4 1 管节浮运作业时气象条件应符合 1 风力小于 5 级 2 能见度应大于 500m 28 4 4 2 管节沉放作业时气象条件应符合 1 风力小于 5 6 级 2 能见度大于 1000m 3 气温大于 3 隧道施工工艺标准 4 28 5 施工工艺施工工艺 28 5 1 工艺流程 管节在干坞内起浮管节拖引出坞在坞外与方驳连接管节浮运 沉放地段基槽疏浚已沉放管节对接端检查 初次下沉靠拢下沉着地下沉拆除浮运沉放附属设备 沉放作业船返航 28 5 2 操作工艺 28 5 2 1 管段浮运工艺 1 管段拖运出坞 见图 28 5 2 1 1 1 向干坞内灌水 使预制管节逐渐 浮起 2 利用在干坞四周预先为管段浮运 布设的锚位 用地锚绳索固定在浮起的管 段上 3 通过布置在干坞坞顶的绞车将管 段逐节牵引出坞 2 管段向隧址浮运 可采用拖轮拖 运 或用岸上的绞车拖运管段 3 拖轮布置形式 1 四船拖运 一种形式是将两艘拖轮并排在管段的前面领拖 另两艘拖轮并 排在管段的后面反拖 并制动转向 见图 28 5 2 1 2 a 所示 另一种形式是前一 艘主拖轮作为领拖 管段两边各用一艘 拖轮帮助轮 后面一艘拖轮进行反拖并 制动管段转向 2 三船拖运管段 一种形式是用 两艘拖轮在前拖 一艘拖轮在后反拖并 1 绞车 2 地锚 3 沉埋锚 4 工作驳 5 出坞牵引线 图 28 5 2 1 1 管段拖运出坞 1 管段 2 方驳 3 液压绞车 4 顶推拖轮 5 备用拖轮 6 河岸 7 水流 图 28 5 2 1 3 绞车拖运和拖轮顶推管段 a 四船拖运 b 三船拖运 图 28 5 2 1 2 管段拖运 隧道施工工艺标准 5 制动转向 见图 28 5 2 1 2 b 所示 另一种形式是用一艘主拖轮在前面拖拉 两 艘动力较小的拖轮系靠在管段后面两侧控制导向 4 岸上绞车拖运和拖轮顶推管 段浮运 当水面较窄时 可采用岸上 设置绞车拖运 或采用绞车拖运与拖 轮顶推方式 见图 28 5 2 1 3 所示 即在沉放管段接头处位置的前方 抛 锚布置一艘方驳 在方驳上安置一台 液压绞车作为管段的制动力 浮运时 三艘拖轮顶潮协助浮运 一艘拖轮在 上游作备用 28 5 2 2 管段沉放工艺 1 起重船吊沉法 亦称浮吊法 1 采用 2 4 艘起重能力为 1000 2000kN 的起重船提着管节顶板预埋吊环 2 逐渐给管节压载 使管节慢慢沉放到规定位置上 见图 28 5 2 2 1 所示 3 吊环位置应能保证每个吊力的合力通过管节中心 4 这种方法的缺点是 占用水面较宽 对航道交通互相干扰较大 2 浮箱吊沉法 1 浮箱吊沉法的全过程见图 28 5 2 2 2 所示 2 在管节顶板上方采用 4 只浮力为 1000 1500kN 的方型浮箱 体积 10 10 4m 直接将管节吊起 3 吊索起吊力要作用在各浮箱中心 4 四只浮箱分前后两组 每两只浮箱用钢珩架连接起来 并用 4 根锚索抛锚 定位 5 起吊的卷扬机和浮箱定位卷扬机均安放在浮箱顶部 1 沉管 2 压载水箱 3 起重船 4 吊点 图 28 5 2 2 1 起重船吊沉法 a 就位前 b 加载下沉 c 沉放定位 1 就位前 2 加载下沉 3 沉放定位 4 定位塔 5 指挥塔 6 定位索 7 现设管节 8 鼻式托座 图 28 5 2 2 2 浮箱吊沉法 隧道施工工艺标准 6 6 也可以不采用浮箱组的定位锚索 只用管节本身身上的 6 根定位索进行控 制 使水上沉放作业进一步简化 3 自升式平台吊沉法 1 自升式平台一般由 4 根柱脚与船体平台两部分组成 2 移位时靠船体浮移 就位后柱 脚靠液压千斤顶下压至河床以下 平台 沿柱脚升出水面 利用平台上的起吊设 备吊起沉放管节 见图 28 5 2 2 3 所 示 3 管节沉放施工完后落下平台到 水面 利用平台船体的浮力拔出柱脚 浮运转移使用 4 自升式平台吊沉法 适用于水 深或流速较大的河流或海湾沉放管节 施工时不受洪水 潮水 波浪的影响 不需要锚锭 对航道干扰小 5 这种方法的缺点是 设备费用 较大 4 船组杠吊法 1 每组船体可用两组浮箱或两只铁驳船组成 将两组钢梁 杠棒 两头担在 两只船体上 构成一个船组 再将先后两个船组用钢珩架连接起来形成一个整体船 组 2 船组和管节各用 6 根锚索定位 均为四边锚及前后锚 所有定位卷扬机均 安设在船体上 起吊卷扬机则安设在杠棒上 吊索的吊力通过杠棒传到船体上 见 图 28 5 2 2 4 所示 在船组杠吊法中 需要四只铁驳或浮箱 其浮力只需用 1000 2000kN 就足够了 1 沉管 2 自升式平台 SEP 图 28 5 2 2 3 自升式平台吊沉法 隧道施工工艺标准 7 3 亦可采用两只吨位较大的铁驳 驳体长 60 85m 宽 6 8m 型深 2 5 3m 代替四只小铁驳进行管节沉放作业 称为双驳杠吊法 见图 28 5 2 2 5 所示 4 这种方法的主要特点是 船组整体稳定性好 操作较方便 并且可把管节 的定位锚索省去 而改用对角方向张拉的斜索系定于整体稳定性好的双驳船组上 5 双驳杠吊法大型驳船等设备费较贵 一般很少采用 一般只在具备下列条 件之一时 才适合采用双驳杠沉法 a 小型管节的沉放 工程规模较大 管节沉放量较多时 沉放时较平稳 且 浮运时还可利用铁驳船组挟持着管节航行 使浸水面积对浮轴的惯性矩成倍增大 使浮运时抗倾覆稳定性及安全度大的提高 b 计划准备在附近连续修建多余沉管隧道 c 沉管工程完毕之后 大型方驳可移作他用 例如改用作浮码头等 28 5 2 3 沉放作业工艺 1 沉放前的准备 见 28 3 1 2 管节就位 1 在高潮平潮之前 将 背着 浮 箱的管节或挟持着管节的作业船组拖运到 指定位置上 并挂好地锚 校正好前后左 右位置 2 此时管节所处位置 可距规定沉 埋位置 10 20m 但中线要与隧道轴线基 本重合 误差不应大于 10cm 管节的纵向 坡度亦应调整到设计坡度 3 定位完毕后 可开始灌注压载水 至消除管节的全部浮力为止 1 管节 2 大型铁驳 3 定位索 图 28 5 2 2 5 双驳杠吊法 1 沉管 2 铁驳 3 船组定位索 4 杠棒 5 连接梁 6 定位塔 图 28 5 2 2 4 船组杠吊法 隧道施工工艺标准 8 3 管节下沉 1 管节下沉的全过程 一般需要 2 4h 因此应在潮位退到低潮平潮之前 1 2h 开始下沉 开始下沉时的水流速度 宜小于 0 15m sec 如流速超过 0 5m sec 就要另行采取措施 2 下沉作业一般分为三个步骤 即 初次下沉 靠拢下沉和着地下沉 见图 28 5 2 3 a 初次下沉 先灌注压载水至下沉 力达到规定值之 50 随即进行位置校正 完毕后 再继续灌水至下沉力达到规定值 之 100 并开始按 40 50cm min 速度将 管节下沉 直到管底离设计高程 4 5m 为 止 下沉时要随时校正管节位置 b 靠拢下沉 先将管节向前节既设 置管节方向平移 至距既设管节 2m 左右处 然后再将管节下沉到管底离设计高程 0 5 1m 左右 并较正好管节位置 c 着地下沉 先将管节继续前移至距前节既设管节约 50cm 处 矫正管节位 置后 即开始着地下沉 最后 1m 的下沉速度要慢得多 并应同时进行矫正位置 着 地时先将前端搁上鼻式托座或套上卡式定位托座 然后将后端轻轻地搁置到临时支 座上 搁好后 各吊点同时卸荷 先卸去 1 3 吊力 校正位置后再卸至 1 2 吊力 待再次校正位置后 卸去全部吊力 使整个管节的下沉力全部都作用在临时支座上 3 前后二节管节的沉埋时间间隔 视各方配合与准备情况而定 大多数工例 采用一个月周期 即一个月沉埋一节 28 5 2 4 沉放作业的主要工具与设备 1 管节吊沉大型机具设备 1 起重船吊沉法采用 2 4 艘起重能力为 1000 2000kN 的起重船 2 自升式平台吊沉法采用专用的 SEP Self elevating platform 水上作业 平台 3 箱吊沉法与船组杠沉法是四艘 1000 1500kN 的方型浮箱或小型方驳 其最 主要的起重设备是 6 14 台定位卷扬机 电动或液压驱动 单筒式 牵引力 80 100kN 绳速 0 3m min 的卷扬机 和 3 4 台起吊卷扬机 电动或液压驱动 单 筒式 牵引力 100 120kN 绳速 5m min 的卷扬机 2 拉合千斤顶 1 拉合千斤顶安装在管节前端左右的边墙上 用以拉往前节以设管节的后端 进行拉合作业 1 初次下沉 2 靠拢下沉 3 着地下沉 图 28 5 2 3 管节下沉步骤 隧道施工工艺标准 9 2 拉合千斤顶拉力一般为 150kN 顶程为 1m 3 定位塔 1 定位塔为事先安装在管节顶面上 高十余米的塔型钢结构 中带出入孔 腰子筒 筒径多为 0 8 1 2cm 2 每节管节多数设有前 后二座定位塔 在每座塔顶上都设有测量标志 3 在使用浮箱吊沉法时 还在其中一座定位塔上设置指挥室 以及测量工作 室 4 定位卷扬机也可安设在定位塔上 4 超声波测距仪 设于管节端面 以测定前后二节管节间的三向相对距离 测量精度 5mm m 5 倾度仪 用以自动反映管节的纵横倾度 以便及时调整吊索 6 缆索测力计 在每一锚索或吊索的固定端均应设自动测力计 以便能在指 挥室中直接显示受力数值 并作自动记录 7 压载水容量指示器 随时间指挥室反映压载水容量及下沉力实际数量 并 作自动记录 8 指挥通信器具 1 带音频放大器的双向无线电话机 用于指挥室与岸上值班室或岸上测量室 间的直接联系 2 步话机 用于指挥室与驳船组或浮箱上各工长间的直接联系 28 5 2 5 浮运与沉放过程的测量 1 在一岸上端的隧道中孔中线位置上 设置一个二等精度控制点 坐标 高程 2 在每节管节的中孔底板 顶板表面分别设 9 个测量点 坐标 高程 3 在管节的测量塔 控制塔上分别设 3 个控制点 坐标 高程 4 基槽开挖断面 临时支座的安装精度 锚块的平面位置及高程等测量项目 可采用两岸上设置的二等三角网控制点和水准点进行测量 5 管节起浮时的调平测量 可以利用精密水准仪和铟钢尺进行测量 6 在出坞 浮运过程中的管节中线 就位后的里程测量 可以通过设置在测 量塔上的激光测距仪 利用一岸上设置的二等三角点形成直线加以控制 7 沉放过程中的高程 倾斜及对接时的高度 可以通过测量塔 控制塔上的 测点进行控制 28 5 2 6 水上交通管制 1 在进行管节沉埋作业时 为了保证施工和航运双方安全 必须采取水上交 通管制措施 2 航道管制可分为主航道的临时改道和局部水域的暂短封锁两种情况 3 一部分管节进行沉埋作业时 仍可使用原航道 保持航运