现代沉管隧道工法与新技术课件

1、1现代沉管隧道工法与新技术陈韶章 苏宗贤2014年 4月.1现代沉管隧道工法与新技术陈韶章 苏宗贤. 主要内容 一、现代沉管隧道的发展与技术需求 二、现代沉管隧道的设计理论与方法 三、现代沉管隧道的施工、装备与产品 四、结束语2. 1.1 断面型式 北美： 从1894年美国在波士顿首次采用沉管法成功修建的一条输水管线、1910年美国在底特律河用该工法修建了世界第一座用于铁路交通的水下隧道开始，美国开启了沉管工法隧道的建设。 1970年建成长5825m的旧金山湾区快速轨道运输系统（Bay Area Rapid Transit）沉管隧道。 主要采用圆形断面的钢壳结构型式，在北美得到推广。3美国De

2、troit -Windsor沉管隧道横断面.1.1 断面型式3美国Detroit -Windsor沉管 欧洲： 第一座采用矩形钢筋混凝土结构的沉管隧道出现在欧洲荷兰鹿特丹马斯河（Maas）水下公路隧道，1942年。 这种钢筋混凝土箱式矩形结构型式在20世纪中叶以后成为沉管隧道主流结构型式，其得益于钢筋混凝土结构防裂和防渗技术的进步。 2000年建成的连接丹麦和瑞典的厄勒松海峡沉管隧道，也采用混凝土矩形箱式管节。4荷兰Maas沉管隧道横断面厄勒松海峡沉管隧道横断面. 欧洲：4荷兰Maas沉管隧道横断面厄勒松海峡沉管隧道5 亚洲： 日本的沉管隧道发展开始于1944年在大阪修建的阿吉河（Aji Ri

3、ver）水下隧道，该隧道采用了美式的单层钢壳结构。 1980年建成的大马隧道采用了钢筋混凝土结构型式，断面型式逐渐为矩形所取代。 土耳其的博斯普鲁斯海峡沉管隧道业主在2002年的招标方案中采用圆形钢壳结构，承包商在2004年的设计方案中采用了钢筋混凝土矩形结构。 韩国2005年开始修建的釜山-巨济海底沉管隧道，也采用钢筋混凝土箱式矩形结构。韩国釜山-巨济沉管隧道横断面(a) 2002年 业主招标方案(b) 2004年承包商设计方案博斯普鲁斯沉管隧道横断面.5 亚洲：韩国釜山-巨济沉管隧道横断面(a) 20026 1972年，我国香港地区建成了跨越维多利亚港的红磡道路海底隧道双圆形钢壳钢筋混凝土

4、复合结构沉管隧道，1979年采用矩形混凝土结构建成了香港地铁MTR（Mass Transit Railway）第一条海底沉管隧道，随后又建成了公铁合建的东区海底沉管隧道和公铁分建的西区海底沉管隧道。香港红磡沉管隧道出入口（矩形断面）.6 1972年，我国香港地区建成了跨越维多利亚港的红7 20世纪90年代至今，我国境内建成的沉管隧道有广州珠江1座、宁波甬江2座和上海黄浦江1座，以及正在建设的广州市仑头生物岛、生物岛大学城和洲头咀三条越江沉管隧道、佛山市东平河沉管隧道、天津市海河沉管隧道、港珠澳大桥海中沉管隧道、南昌赣江红谷沉管隧道，也均采用钢筋混凝土箱式矩形结构。广州洲头咀沉管隧道横断面广州珠

5、江沉管隧道.7 20世纪90年代至今，我国境内建成的沉管隧道有广8横断面结构型式对比：（1）圆形钢壳结构特点：水密性好；预制容易；浮运航道条件要求不高；钢材用量大，造价昂贵；断面利用率不高；浮态浇筑内衬钢筋混凝土；一般需采用外部永久压重。.8横断面结构型式对比：.9（2）钢筋混凝土矩形箱式结构特点： 对于采用纵向通风+重点排烟的道路隧道，可大大压缩了竖向尺寸，提高了路面标高，减少基槽开挖量，有利于与两岸（人工岛）道路衔接，缩短了隧道段长度，使人工岛体量得到控制，减小阻水率； 不受横向尺寸限制，特别适用于多条车道或公铁合建，横断面利用率高； 有利于横向联络通道的布设； 浮运时干舷较小，对浮运航道

6、条件要求高。可见，钢筋混凝土箱式矩形结构是目前沉管隧道建设的主流型式。.9（2）钢筋混凝土矩形箱式结构特点：.101.2 水深与覆土 底部最大水深： 1910年，美国底特律沉管隧道为24.4m。 1930年，底特律-温特索沉管隧道为18.5m。 1942年，荷兰马斯河隧道为22.5m。 1979年，香港地铁MTR沉管隧道为24.24m， 1993年，我国广州珠江沉管隧道约为21m。 2000年，厄勒松海峡沉管隧道约22m。 可以看出，早期的沉管隧道由于技术、施工装备和工艺限制，适合的水深在20m左右。.101.2 水深与覆土.11 1970年，世界最长的美国BART沉管隧道（钢壳结构）最大水深

7、达到了40.5m。 2011年建成的韩国釜山-巨济沉管隧道底部最大水深约51m 。 2008年建成的土耳其博斯普鲁斯沉管隧道（铁路）最大水深达61m 。 在建中的我国港珠澳大桥海中沉管隧道最大水深约46m。 这三座隧道均为钢筋混凝土箱式矩形结构，需要克服的水深达到了40m以上。土耳其博斯普鲁斯海峡沉管隧道平面及纵断面 .11 1970年，世界最长的美国BART沉管隧道（钢12对于覆土： 过去绝大部分的沉管隧道敷设于河床或海床面上，除了人工回填覆盖提供保护外，覆土几乎没有或很小，结构分析主要考虑抗浮问题。 当隧道穿越航道时，沉管隧道需要敷设于航道以下，航道以外区域在隧道建成后将逐渐回淤至河床或海

8、床面而产生较大的覆土（或回淤）荷载，使得结构分析既要考虑抗浮，又要考虑处理结构与地基基础沉降相协调问题。.12对于覆土：.13 建设中的港珠澳大桥海中沉管隧道需要穿越规划30万吨级的铜鼓航道和伶仃西航道，最大回淤厚度达23m。港珠澳大桥海底沉管隧道平面与纵断面.13 建设中的港珠澳大桥海中沉管隧道需要穿越规划30万141.3 服务功能 过去修建的沉管隧道，大部分为城市道路或公路隧道，对于圆形钢壳型式，多数为单孔双向双车道。 在矩形钢筋混凝土结构出现之后，普遍为双向四车道，部分根据交通量需求采用双向六车道。 目前高速公路普遍要求达到双向六车道标准： 港珠澳大桥沉管隧道，100km/h双向六车道，

9、单孔三车道，成为单孔跨度最大（14.25m）的沉管隧道。港珠澳大桥沉管隧道横断面.141.3 服务功能港珠澳大桥沉管隧道横断面.15 部分工程需要双向八车道： 美国采用钢壳结构的Fort McHenry隧道、荷兰采用矩形钢筋混凝土结构的Drecht隧道（这两座隧道断面形式相同），为目前世界上仅有的两座双向八车道水下道路隧道（四孔，每孔两车道）。 我国规划中的深中（深圳-中山）通道，要求达到双向八车道的高速公路建设标准，若不能降低通行能力（两车道每孔），需进一步解决单孔四车道的大跨混凝土矩形结构的受力问题（单孔跨度达19.25m）。荷兰Drecht沉管隧道横断面.15 部分工程需要双向八车道：荷

10、兰Drecht沉管隧16 在矩形钢筋混凝土结构型式出现后，沉管隧道横断面宽度的利用率得到提高，出现了城市道路与地铁、公路与铁路共管设置，甚至发展为能通行高速铁路的水下沉管隧道。 如广州市珠江沉管隧道、佛山市东平河沉管隧道为公（道）铁两用隧道。拟建的丹麦-德国费马恩海湾沉管隧道已确定建设成公铁两用隧道，建设标准为120km/h的双向四车道高速公路和160km/h的双线铁路。 可见，沉管隧道正从单一用途向多用途方向发展。佛山东平河沉管隧道横断面布置费马恩沉管隧道横断面布置.16 在矩形钢筋混凝土结构型式出现后，沉管隧道横断面171.4 隧道长度与管节长度 1910年在美国底特律河下修建的沉管隧道全

11、长只有782m，每节管长78.2m，共有10节。 后来修建的美国旧金山湾区快速轨道运输系统（BART）沉管隧道，长5825m，每节管长102.2m，目前仍保持为世界最长的沉管隧道。 在上个世纪，世界上修建的沉管隧道长度一般在2km以内，每节管节一般在100130m的范围内，目前，沉管隧道的长度已增加至3km以上，管节长度也进一步增大。.171.4 隧道长度与管节长度.18 土耳其博斯普鲁斯海峡沉管隧道（沉管段长约1387m）标准管节长135m。 厄勒海峡沉管隧道（沉管段长约3.5km）标准管节长176m。 韩国釜山-巨济沉管隧道（沉管段长约3.3km）标准管节长180m。 在建中的港珠澳大桥沉

12、管隧道（沉管段长约5.7km）标准管节长180m。 1980年建成的荷兰的海姆斯普尔（Hemspoor）隧道标准管节长268m，目前仍保持着最长钢筋混凝土矩形管节的纪录。 拟建的费马恩海湾沉管隧道（沉管段长17.6km）标准管节采用了长217m的节段式钢筋混凝土矩形结构（招标方案）。 .18.19 随着隧道长度的增加和建设工期的要求，管节长度需要进一步增大，同时由于混凝土温度应力和收缩徐变等因素的影响，长管节结构需以节段式取代整体式： 这将使结构受力矛盾转嫁为管节（沉管段）水密性矛盾。.19.201.5 腐蚀环境与设计使用寿命 以往修建的沉管隧道，大部分处于江河下游，耐久性矛盾并不突出。 从2

13、0世纪90年代以后，沉管隧道工程从江河环境逐渐向江河入海口、海湾环境甚至跨海峡环境发展，暴露在海洋环境中混凝土结构耐久性又面临进一步挑战，传统的耐久性设计理论和方法不能满足复杂腐蚀环境和设计使用寿命的需求。老化（劣化）过程（性能）极限状态.201.5 腐蚀环境与设计使用寿命老化（劣化）过程（性能）极21考察沉管隧道的发展历史及近期的几座典型沉管隧道：丹麦-瑞典厄勒松海峡沉管隧道土耳其博斯普鲁斯海峡沉管隧道韩国釜山-巨济沉管隧道港珠澳大桥沉管隧道发展趋势：1. 钢筋混凝土箱式矩形结构逐渐取代圆形钢壳结构；2. 长度从2km以内发展到3km；3. 水深从20m左右发展到40m；4. 单孔跨度越来越

14、大；5. 从江河海湾发展。.21考察沉管隧道的发展历史及近期的几座典型沉管隧道：. 主要内容 一、现代沉管隧道的发展与技术需求 二、现代沉管隧道的设计理论与方法 三、现代沉管隧道的施工、装备与产品 四、结束语22. 232.1 地质勘察 以往的沉管隧道一般位于河床表面上，对地基承载力要求不高，有时怕浮不怕沉，因此对勘察要求也不高，随着通航要求和回淤问题的出现，现代沉管隧道工程对地质勘察工作要求也越来越高，需要精细化的勘察分析。 勘察布孔应与沉管隧道的结构设计计算理论相结合，利用用岩土工程理论解决地层分层、土地分类、物理力学指标和地基土的工程特性如承载能力、抗剪强度、固结系数和渗透系数等，并对地

15、层反力系数K值进行评估。.232.1 地质勘察.24 传统的钻探获取的土样不可避免的受到扰动而难以获取较为准确的参数，而且在隧道沿线及周边需布设一定密度的勘探孔，传统的钻探工作将大量增加海上作业的时间和成本，而且与航道运营相互干扰，海事协调难度大。 在欧洲普遍采用静力触探（CPT、CPTU）和钻探相结合的手段进行沉管隧道工程的地质勘察。 港珠澳大桥沉管隧道建设也引入了CPTU，研究解决CPTU与国家勘察标准规范取值之间的相应关系。.24.25 一般采用以CPTU为主，并与钻探相结合的勘察方法。 主要适用于海、陆相交替的冲积层和沉积层，可快速判别粘性土、粉性土和砂性土地层。 CPTU 间接指标

16、经验公式 计算变形参数 计算沉降量 需在原位或同类土质地层应用静载压板试验或螺旋压板试验进行对比或修正，还需结合鉴别孔和技术孔进行分析。 现代的沉管隧道设计还需要考虑施工存在不确定性的影响，例如地基刚度的不确定性（包括勘察不确定性、基槽超欠挖和基础不平整等因素引起）对隧道结构内力和变形也会有明显影响。.25 一般采用以CPTU为主，并与钻探相结合的勘察方26 欧洲的经验主要是以一定的偏差波动（一般取1520%）和根据管节长度计算最不利的偏差波长进行计算，并以此进一步确定CPTU的布孔间距，地基刚度变化示意曲线原位测试孔布孔原则：考虑管节长度和最不利偏差波长；鉴别孔；消散孔（孔压消散试验）。.2

17、6 欧洲的经验主要是以一定的偏差波动（一般取152272.2 结构力学分析 沉管隧道由于存在接头而在结构力学行为上变得比较复杂。结构横断面分析和设计需要解决其行车孔跨度随车道数增加而增加所带来的弯矩内力急剧增加，随着水深和回淤的增加，则需要考虑对断面进行优化。横断面弯矩图横断面剪力图.272.2 结构力学分析横断面弯矩图横断面剪力图.28 对于隧道的纵向分析，沉管隧道有以下特点： （1）对于钢筋混凝土箱式矩形结构的管节接头，采用水力压接，由GINA止水带形成第一道止水，止水带作为第二道止水，形成了柔性接头。若接头其余部分采用混凝土浇筑连接，则形成刚性接头。 管节水力压接示意图柔性接头刚性接头.

18、28管节水力压接示意图柔性接头刚性接头.29 （2）对于管节接头，GINA止水带受压而储存着压缩能量，接头抗弯刚度与其橡胶材料性能和压缩情况有关； （3）对于节段接头，钢边止水带和OMEGA止水带对两侧混凝土结构作用力相对较小，接头抗弯刚度则与混凝土接触状态有关，接触状态也与轴向压力有关。 管节接头构造节段接头构造.29管节接头构造节段接头构造.30 可以看出，节段接头刚度与管节纵向轴力（或者说与环境水压）有关。 .30.31 沉管隧道的纵向分析的本质是通过对接头刚度的量化分析，考虑隧道在荷载、地基、管节温度应力、混凝土收缩和徐变、GINA止水带松弛和劣化、地震等各种作用下，计算纵向结构的变形

19、与内力，然后对接头剪力键受力和止水带水密性进行验算与设计。 现代隧道设计理论将结构与围岩视作整体进行分析考虑，其原理也适用于沉管隧道的纵向分析。传统上，由于受计算工具的制约往往将结构受力与地基沉降的分析分开进行。现代的纵向分析方法应能将沉管隧道地基设计和结构设计两个子系统集成起来，通过相互迭代分析，同时计算出纵向沉降、结构变形与内力、接头张开量、剪力键受力等结果。因此，纵向分析需与地基处理方法相结合。 节段接头刚度、管节接头刚度和地基刚度得以量化和合理匹配，是现代沉管隧道工法纵向计算与设计的关键技术。.31.32地震位移响应 还需考虑适合沉管隧道的抗震分析方法。.32地震位移响应.33纵向轴力

20、图纵向剪力图纵向弯矩图.33纵向轴力图纵向剪力图纵向弯矩图.34剪力键受力验算GINA水密性能曲线 .34剪力键受力验算GINA水密性能曲线 .352.3 通风与消防 长大隧道的通风方案有三大类方式：全横向通风、半横向通风和纵向通风。 如果采用全横向和半横向通风，隧道内的卫生状况和防火排烟效果好，在同一隧道内双向运营的更为合适，但是其同样需要较大的风道面积，对风阀开度调节的技术要求较高，初期的土建费用、设备费用以及后期的通风运营费用很大。 纵向通风方案的土建工程量小，设备运营费用相对较低，方式相对灵活多样，但洞内的环境状况和防火排烟效果稍差，需与重点排烟相结合。.352.3 通风与消防.36

21、从国内外的发展历程看，都基本经历了从全横向通风、半横向通风向纵向通风逐渐过渡的过程。 韩国釜山-巨济沉管隧道和港珠澳大桥沉管隧道，均采用纵向通风方式；欧洲各国近几年的通风理念也逐渐有所改变，对于双洞单向运营的公路隧道，纵向通风也逐渐成为主流。 筹建中的费马恩海底沉管隧道，长达19km，也拟采用纵向通风方式（设计标准认为工程竣工通车之时欧洲的汽车排放已达到欧标准）。 考虑我国国情，若汽车排放标准不能提高，随着公路隧道长度的进一步增加，隧道通风能力将成为制约隧道长度的瓶颈，在技术上需要进一步的突破。.36.37 当隧道发生火灾，纵向通风方式的防火排烟效果较差，会将大量烟气吹向火区下游，同时也未必能

22、阻止烟气回流，严重影响车辆疏散和人员逃生，因此在采用纵向通风方式的同时应该采用重点排烟技术方案，通过开启火灾点附近的排烟阀就近排除烟气，及时控制烟气蔓延。 同时还需配备火灾报警系统和灭火系统（泡沫水喷淋）。 为了更快更及时地对火灾进行控制，缩短人为反应时间，应进一步研发火灾自动监测和定位系统，实现排烟风阀、灭火装置、射流风机和疏散指引信息的自动响应与控制。.37.38 应针对主体结构和接头进行不同防火处理。接头要考虑橡胶工作温度不大于70。.38.392.4 耐久性设计 对于在海洋环境中采用钢筋混凝土结构的沉管隧道（特别是没有外包防水的节段式混凝土管节），混凝土结构的耐久性设计和控裂技术是实现

23、混凝土结构自防水的关键。 传统的耐久性设计方主要是建立在经验的基础上，依据判断-符合原则（deem-to-satisfy rules）建立经验理论体系，综合经验、摸索和直觉确定钢筋混凝土钢筋保护层的厚度，无执行操作和设计使用年限定义的说明，依据的材料和工艺陈旧，试验方法存在较多缺点，没有论述与设计使用年限有关的混凝土早期质量要求。 发达国家从20世纪50年代中期起就投入大量人力、经费致力于混凝土结构耐久性研究，在不同腐蚀环境下的耐久性混凝土材料、耐久性设计理论和方法及耐久性施工质量控制上达到了较高的技术水平。欧盟资助的Duracrete研究项目（1996-1999），在国际上首次提出了混凝土耐

24、久性的可靠度设计方法，作为使用年限设计方法在厄勒海峡和釜山-巨济通道等工程上得到了应用。.392.4 耐久性设计.40 近20年我国在混凝土结构耐久性，特别是暴露在海洋环境中混凝土结构耐久性研究方面投入了大量的研究力量，发表了一批针对海洋环境钢筋混凝土结构腐蚀作用的研究成果，开发了实验室开展海洋环境研究的人工气候箱（室），编制和更新了相关的国家与行业技术标准，在多项跨海工程建设中逐渐积累了宝贵的经验，如杭州湾大桥、东海大桥、青岛海湾大桥等，其设计使用寿命均要求达到100年。 在具体设计中，对于海工混凝土结构的耐久性设计尚处于遵从经验判定的阶段，虽然可以给出对应不同设计使用年限的混凝土耐久性控制

25、指标，但这些指标是基于目前规范规定和传统的经验进行取值，使得耐久性技术指标和设计使用年限之间缺乏可靠的理论对应关系，满足设计要求的工程是否就能达到规定的设计使用年限仍缺乏足够的理论依据。.40.41 现代沉管隧道耐久性设计方法，应该是基于结构使用年限的定量耐久性设计，强调结构构件的环境作用，以全概率或近似概率方法建立耐久性数学模型对钢筋混凝土的保护层厚度、氯离子扩散系数、所处环境条件以及养护措施等变量进行分析，对构件的材料指标或者结构指标提出量化要求。观念变化：传统的定性、定量 概率理论（大量的试件、试验，氯离子渗透概率）.41观念变化：传统的定性、定量 概率理论（大量的试件、试42不同耐久性

26、设计方法特点对比.42不同耐久性设计方法特点对比. 主要内容 一、现代沉管隧道的发展与技术需求 二、现代沉管隧道的设计理论与方法 三、现代沉管隧道的施工、装备与产品 四、结束语43. 443.1 管节工厂化生产 传统的管节预制场地有船台和干坞。船台预制需要有较高的干舷，多用于钢结构与混凝土复合结构；钢筋混凝土结构的管节预制一般在干坞上进行。 当隧道长度进一步增加（一般大于1km）时，管节预制工作量较大，往往最容易成为制约工期的关键环节。在传统的干坞中预制管节，从钢筋绑扎、模板架立、混凝土浇筑到拆模养护等工作，都是围绕着管节实体在固定的非常有限的空间进行，工序和台班易受扰动、模板经常拆卸移动而使

27、得预制工作效率不高，还需要解决临时系泊区，显得并不经济。韩国釜山沉管隧道管节传统干坞法预制.443.1 管节工厂化生产韩国釜山沉管隧道管节传统干坞法预45 厄勒海峡沉管隧道成功实施了管节工厂化生产工艺，其本质是实现流水化生产模式，即在流水线上的不同位置依次完成钢筋绑扎、模板架立、混凝土浇筑、拆模养护、浅坞一次舾装和深坞二次舾装等工作，通过将生产对象（管节钢筋笼或成型混凝土）进行顶推平移至下一道工序位置进行后续作业。 这种生产方法适用于节段式管节的预制生产，模板只需按一节段长度进行制造，逐段生产顶推连接成管节，其模板在生产线的位置固定（传统的干坞生产需要移动模板而不移动管节），可大大节约模板数量

28、且便于维护，而且，生产线的大部分工作在室内环境进行，可全天候作业，各道生产工序可同时进行，基本不产生干扰，显著提高了管节生产的效率和质量。工厂法管节预制流水线示意.45工厂法管节预制流水线示意.46韩国釜山沉管隧道管节干坞预制场厄勒海峡沉管隧道管节工厂化预制厂.46韩国釜山沉管隧道管节干坞预制场厄勒海峡沉管隧道管节工厂化47管节工厂化生产的关键组成和装备包括：（1）管节混凝土模板系统（2）混凝土搅拌及供应系统.47管节工厂化生产的关键组成和装备包括：.48管节工厂化生产的关键组成和装备包括：（3）混凝土温控及养护系统（4）管节顶推与导向系统 （5）管节支承系统。.48管节工厂化生产的关键组成和

29、装备包括：.49 港珠澳大桥沉管隧道工程是世界范围内第二个成功实现管节工厂化的建设项目，在上述关键技术的基础上进一步实现了流水化钢筋生产加工线，采用了摩擦焊接和数控钢筋加工技术，大大提高了钢筋笼精度和施工自动化水平；还采用了大型自动化液压混凝土模板，大大提高了混凝土制作精度和工效；.49.50 此外，还将深坞与浅坞平行布置，在不增大浅坞端封门的条件下，将深坞的管节存储量从2节增加到4节。港珠澳大桥沉管隧道管节预制厂布置图厄勒海峡沉管隧道管节预制厂布置图.50港珠澳大桥沉管隧道管节预制厂布置图厄勒海峡沉管隧道管节预513.2 地基与基础处理 传统的沉管隧道建设与河床面上，上覆荷载很小或没有，沉降

30、容易通过，对地基要求不高。 现代沉管隧道需要下穿航道时由于回淤的影响对地基要求逐渐提高，沉降问题甚至是工程建设成败的关键。 对于长隧道，总会发生一定的沉降，总沉降量对柔性的隧道结构影响不大，关键是要控制差异沉降（或沉降差）。地基处理不需在隧道纵向上都要达到同一个刚度，只需处理好刚度过渡，使隧道的差异沉降控制在管节接头与节段接头可承受的范围内，这种“刚柔协调”大大降低了工程建设成本。港珠澳大桥沉管隧道地基处理.513.2 地基与基础处理港珠澳大桥沉管隧道地基处理.52 地基处理主要有复合地基和桩基础两大类： （1）早期的使用刚性接头的沉管隧道多使用偏刚性的桩基础。 （2）水力压接的柔性接头出现后

31、，较多地采用了复合地基，如深层水泥搅拌桩（CDM）、挤密砂桩（SCP）和减沉桩等。地基处理前后沉降曲线.52 地基处理主要有复合地基和桩基础两大类：地基处理533.2.1 深层水泥搅拌桩 韩国釜山-巨济沉管隧道地基处理大部分采用了深层水泥搅拌桩。此方法适用于处理淤泥、砂土、淤泥质土、泥炭土和粉土。.533.2.1 深层水泥搅拌桩.54深层水泥搅拌桩施工示意图深层水泥搅拌桩施工设备.54深层水泥搅拌桩施工示意图深层水泥搅拌桩施工设备.553.2.2 水下挤密砂桩 水下挤密砂桩是一种新的地基加固技术，它通过振动设备和管腔增压装置把砂强制压入软弱地基中形成扩径砂桩，从而增加地基强度，加快地基固结，减

32、少结构物沉降，提高地基的抗液化能力，具有施工周期短、加固效果明显、作业机械化程度高等优点，可广泛应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有河床或海床土质的地基加固处理。 为了准确控制好沉降，挤密砂桩需解决置换作用和排水作用机理。挤密砂桩施工示意图挤密砂桩计算图示.553.2.2 水下挤密砂桩挤密砂桩施工示意图挤密砂桩计算图56挤密砂桩船.56挤密砂桩船.57减沉桩试验模拟示意图3.2.3 减沉桩 为了准确控制好沉降，需解决沉管-垫层-桩-土相互作用机理。.57减沉桩试验模拟示意图3.2.3 减沉桩.58 对于覆土较大的沉管隧道，基础处理还需考虑基槽开挖后的地基土回弹再受压缩的问题和大边载产生的

33、横向剪力问题。隔离桩边桩次边桩挤密砂桩稳定性分析.58 对于覆土较大的沉管隧道，基础处理还需考虑基槽开挖593.2.3 基础处理 一般分为先铺法和后填法两大类： 先铺法刮砂法和刮石法； 后填法砂流法、灌囊法和压浆法等。.593.2.3 基础处理.60 韩国釜山-巨济沉管隧道采用的一种新型的碎石整平法是刮石法的一种变型，其碎石垫层带有垄沟。.60.61 这种碎石垫层的优点是： 在相对较大的波浪和水流情况下仍能适用； 基础垫层和管节沉放施工速度较快，管节沉放连接后能快速保持管节稳定； 垫层顶面可进行可视化检查； 管节着床后垫层有一定的变形适应能力，局部高点和少量回淤可向沟槽滑移，平整度要求可相对较

34、低。 然而在管节着床后会有较大的不可恢复的瞬时沉降，因此在设计上需要考虑一定的预抬高量。 这种基础处理方法对机械设备要求高，尤其在深水区，船舶和装备的稳定性、高精度测控和自动化水平均需要有很大的突破。.61.62碎石整平船.62碎石整平船.633.3 基槽开挖与清淤 随着水深的增大和基槽开挖精度要求的提高，需要采用专门的疏浚设备进行开挖，在越来越恶劣水上风浪条件下应具有较为精确的定位系统和粗挖、精挖控制系统。抓斗式挖泥船（基槽开挖）.633.3 基槽开挖与清淤抓斗式挖泥船（基槽开挖）.64 回淤可能造成沉管安装期浮力突然增大而意外上浮，也会给后期运营带来超预期沉降，必须在基槽精挖、碎石基床铺设

35、后、管节安装前进行清淤。清淤作业不能破坏已铺设的碎石基床结构，水下吸头的精确定位和吸力控制是关键。清淤船.64清淤船.653.4 管节浮运与安装 沉管浮运安装往往作为整个沉管隧道工程施工的主线，从管节预制完毕在浅坞完成一次舾装开始，浮运与安装工作包括坞内横移、二次舾装、出坞、浮运、系泊、下沉、对接以及后续作业8个步骤。 由于管节是钝体结构，对于长大管节，施工前应做好管节浮运过程的拖航阻力、管节姿态稳定性、系泊力及管节浮运工况下内力状态的分析，利用水池试验（或与风洞试验相结合）确定雷诺系数、费罗德常数、粘性阻力和兴波阻力等数据，评估拖航牵引力、航速及其稳定性，据此做好管节浮运的拖带方案和拖轮编队的指挥协调。.653.4 管节浮运与安装.66.66.67 在气象条件多变、风浪、涌浪并存，水流条件复杂的作业环境下，浮运与安装只能在有限的时间段