广州沉管隧道施工关键技术解析与创新实践

广州沉管隧道施工关键技术解析与创新实践一、引言1.1研究背景与意义1.1.1研究背景随着城市化进程的加速，广州作为我国重要的经济中心和交通枢纽，城市规模不断扩大，人口持续增长，交通需求日益旺盛。城市交通拥堵问题愈发严峻，严重制约了城市的可持续发展和居民生活质量的提升。跨江、跨海交通作为城市交通网络的关键组成部分，其重要性不言而喻。沉管隧道作为一种先进的水下隧道施工技术，在广州的城市交通建设中具有独特的优势和重要的应用价值。与其他跨江、跨海交通方式相比，如桥梁和轮渡，沉管隧道具有不影响航道通行、受气候条件影响小、对周边环境影响较小等显著特点。它能够在保证水上交通顺畅的同时，实现两岸交通的快速连接，有效缓解城市交通压力，提升交通效率。在广州，珠江穿城而过，众多河流纵横交错，这为沉管隧道的建设提供了广阔的应用空间。过去几十年间，广州已成功建成了多条沉管隧道，如珠江隧道、仑头-生物岛沉管隧道、车陂南隧道等。这些隧道的建成，极大地改善了城市的交通状况，促进了区域间的经济交流与合作。以车陂南隧道为例，它的建成通车显著拉近了海珠区与天河区的时空距离，有效发挥了联通黄埔区、天河区、海珠区、番禺区交通动脉的作用，过江时间由通车前的耗时二三十分钟提速到只需2分钟，大大提高了居民的出行效率，带动了周边地区的经济发展。然而，沉管隧道施工技术复杂，涉及多个专业领域，在施工过程中仍面临诸多技术难题和挑战。例如，管段预制过程中的混凝土裂缝控制问题，若控制不当，将影响隧道的防水性能和结构耐久性；管段浮运与沉放过程中，如何确保管段在复杂的水文条件下准确就位，避免出现偏差甚至事故；基础处理技术的选择与应用，直接关系到隧道的稳定性和沉降控制等。这些问题的存在，不仅增加了工程建设的难度和风险，也对工程质量和安全提出了严峻考验。随着广州城市建设的不断推进，未来还将规划和建设更多的沉管隧道项目，如会展西路过江隧道、鱼珠隧道等。这些项目的建设规模更大、技术要求更高、施工环境更为复杂，对沉管隧道施工技术提出了更高的挑战。因此，深入研究广州沉管隧道施工若干关键技术，对于解决现有工程问题、确保未来工程的顺利实施具有重要的现实意义。1.1.2研究意义本研究对广州沉管隧道施工关键技术的探索，在理论与实践层面均具有重要意义，能够为技术进步、工程建设和行业发展提供有力支持。在理论层面，沉管隧道施工技术涉及岩土力学、结构力学、水力学、材料科学等多学科领域。通过对广州沉管隧道施工关键技术的深入研究，可以进一步揭示沉管隧道施工过程中的力学行为和物理现象，完善相关理论体系。例如，在管段预制阶段，研究混凝土的配合比设计、浇筑工艺以及温度控制措施等，有助于深入理解混凝土的收缩、徐变特性及其对结构性能的影响，从而为建立更加准确的混凝土结构计算模型提供理论依据。在管段浮运与沉放过程中，研究管段在水流、波浪等外力作用下的运动规律，能够丰富水动力学在工程领域的应用理论。此外，对基础处理技术的研究，能够加深对地基土与隧道结构相互作用机理的认识，为地基处理设计提供更科学的理论指导。这些理论研究成果不仅可以为广州沉管隧道工程建设提供技术支撑，还能够为其他地区的沉管隧道工程以及相关地下工程的设计与施工提供参考，推动整个隧道工程领域的理论发展。从实践角度来看，广州作为我国城市建设的前沿阵地，其沉管隧道建设项目众多且具有代表性。深入研究广州沉管隧道施工关键技术，对于解决当前工程建设中面临的实际问题、确保工程质量和安全具有直接的指导作用。在管段预制方面，通过优化混凝土配合比和施工工艺，有效控制混凝土裂缝的产生，能够提高管段的防水性能和结构耐久性，减少后期维护成本。在管段浮运与沉放过程中，研发精确的测量定位系统和可靠的沉放控制技术，能够确保管段准确就位，避免出现偏差和事故，保障工程的顺利进行。在基础处理方面，选择合适的基础处理方法，能够有效控制隧道的沉降，保证隧道结构的稳定性，确保车辆行驶的安全性和舒适性。此外，研究成果还可以为广州未来的沉管隧道工程建设提供技术储备，提高工程建设的效率和效益。同时，这些技术成果的成功应用，还能够为国内其他城市的沉管隧道工程提供宝贵的经验借鉴，推动我国沉管隧道施工技术水平的整体提升，促进我国基础设施建设行业的发展。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状沉管隧道施工技术在国外已有百余年的发展历史，自1894年美国在波士顿修建世界第一座沉管隧道以来，该技术不断演进与完善，在全球范围内得到广泛应用。早期的沉管隧道建设，技术相对简单，主要应用于城市内河等水域。随着科技的进步和工程需求的增长，沉管隧道逐渐向深海、海峡等复杂环境拓展。美国在沉管隧道技术发展初期发挥了重要作用，1910年穿越底特律河修建的水下双线铁路隧道，是早期沉管隧道的典型代表。此后，美国在海湾地区修建了众多沉管隧道，如1964-1969年施工的横过旧金山湾底的海湾地区高速运输系统（BART）地下铁道，该工程采用复线设计，延长5820m，沉埋管段58节。美国多采用圆形钢壳管段，这种结构型式在受力方面具有优势，尤其适用于海湾等水深较大的区域，且与美国的工程习惯和经验相契合。欧洲在沉管隧道领域也有着卓越的成就。1927年，德国完成了弗里德里希港隧道，这是欧洲较早的混凝土沉埋管段隧道。1937-1942年，荷兰施工的玛斯（MASS）隧道成为欧洲正规沉管隧道工程的典范。玛斯隧道为四车道公路隧道，管段采用宽24.8m、高8.4m的矩形钢筋混凝土结构，共9节长61.3m的管段，其矩形断面设计为后续欧洲沉管隧道建设奠定了基础，矩形断面因有效空间利用率高、隧道高度和覆盖层较小等优点，被欧洲国家广泛采用。荷兰在管段制造、接缝防水等方面技术领先，如在混凝土内部安设供冷却水循环的钢管以消除裂缝，首创的GINA垫圈被世界普遍应用于管段接头处防水。此外，荷兰还发明了砂流基础技术，从管段内部基础注砂，克服了传统喷砂法（泵砂法）的诸多缺点，保证了基础质量。日本在沉管隧道建设方面同样成果丰硕。1969年，日本建成了神户港岛隧道，此后不断在沉管隧道技术上创新突破。日本的沉管隧道多应用于城市交通和港湾建设，注重工程的抗震设计和环保要求。在抗震方面，通过优化隧道结构设计、采用新型材料等措施，提高隧道在地震等自然灾害中的稳定性；在环保方面，采取有效措施减少施工对周边海洋生态环境的影响。在管段预制技术方面，国外不断研发高性能混凝土材料，以提高管段的耐久性和抗渗性。例如，采用纤维增强混凝土，增强混凝土的抗拉强度和抗裂性能；研发自密实混凝土，提高混凝土的浇筑质量和施工效率。在管段浮运与沉放技术上，利用先进的测量定位系统，如全球卫星导航系统（GNSS）、声呐系统等，实现管段的高精度定位和沉放控制。同时，采用动力定位技术，使管段在复杂的水文条件下能够保持稳定，确保沉放过程的安全可靠。在基础处理技术方面，除了传统的砂基础、桩基础外，还发展了灌浆基础、复合基础等新型基础处理方法，以适应不同的地质条件和工程要求。国外的一些典型沉管隧道工程，如英法海峡隧道，从拿破仑时代就开始筹划，历经波折，最终于1993年全部贯通并投入运营。该隧道海底段长23.30公里，最大水深140米，最小覆盖层厚100米，采用超前导坑和平行导坑法施工，提前探明地质情况并用于通风、排水和出渣。丹麦大海峡隧道于1996年竣工，它把丹麦和欧洲本土连接起来，实现了把瑞典和德国连成一体的计划，使欧洲范围内几乎都能陆路相通，在工程规模和技术复杂性上具有重要意义。1.2.2国内研究现状我国沉管隧道施工技术起步相对较晚，但发展迅速。20世纪80年代，随着改革开放和城市建设的需求，我国开始引进和研究沉管隧道技术。1993年，广州珠江隧道建成通车，这是我国大陆第一条采用沉管法施工的大型水下隧道，标志着我国在沉管隧道领域迈出了重要一步。珠江隧道的成功建设，为我国积累了宝贵的沉管隧道设计、施工和管理经验，培养了一批专业技术人才，推动了我国沉管隧道技术的发展。此后，我国沉管隧道建设进入快速发展阶段。在上海，黄浦江吴淞口隧道采用沉管法施工，进一步丰富了我国在软土地层中建设沉管隧道的经验。宁波甬江沉管隧道的建成，展示了我国在复杂地质条件下建设沉管隧道的能力。香港地区已建成5座越海沉管隧道，在工程设计、施工技术和运营管理等方面达到了国际先进水平，为我国其他地区的沉管隧道建设提供了借鉴。近年来，我国在沉管隧道技术方面取得了一系列重大突破。港珠澳大桥海底隧道是我国沉管隧道技术的集大成者，也是世界上最长的沉管隧道。该隧道全长5664米，由33节巨型沉管和1个合龙段最终接头组成，最大安装水深超过40米。在建设过程中，攻克了多项世界级技术难题，如超大沉管的预制、浮运与沉放技术，深海基础处理技术，管节接头防水技术等。其中，在管节接头防水方面，研发了新型的止水材料和接头构造，确保了隧道在复杂海洋环境下的防水性能；在基础处理方面，采用了挤密砂桩、深层水泥搅拌等多种方法，有效控制了隧道的沉降。深中通道海底隧道同样具有重要意义，它是全球首例集桥、岛、隧、水下互通于一体的超级工程。在沉管隧道施工中，实现了毫米级的安装精度，展示了我国在沉管隧道施工技术上的卓越水平。通过自主研发和创新，深中通道在智能建造、绿色施工等方面取得了显著成果，如利用数字化技术对施工过程进行实时监测和管理，采用环保型材料和施工工艺，减少对周边环境的影响。在管段预制方面，我国不断优化混凝土配合比和施工工艺。广州车陂南隧道在国内内河首次采用全断面预制沉管工艺，技术团队从混凝土配合比展开试验，历经426天，经过上百次对比试验，研制出低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比，满足了沉管预制质量要求，保障了沉管隧道使用寿命100年的耐久性要求，同时实现了混凝土容重偏差±10kg/m³以内的精准控制，确保了沉管的干舷高度稳定。在管段浮运与沉放技术上，我国自主研发了高精度的测量定位系统和先进的沉放控制技术。例如，在港珠澳大桥岛隧工程中，通过建立多传感器融合的测量系统，实现了对沉管位置和姿态的实时精确测量；采用智能化的沉放控制系统，根据测量数据自动调整沉管的下沉速度和姿态，确保沉管准确就位。在基础处理技术方面，我国根据不同的地质条件，综合应用多种基础处理方法。如在一些软土地层中，采用真空预压联合堆载预压的方法，提高地基土的强度和稳定性；在岩石地基中，采用爆破挤淤、水下灌浆等方法，确保基础的牢固性。目前，我国在沉管隧道施工技术方面已达到国际先进水平，在一些领域甚至处于国际领先地位。随着我国基础设施建设的不断推进，未来还将有更多的沉管隧道项目开工建设，沉管隧道施工技术也将不断创新和发展，为我国的交通事业做出更大的贡献。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究选取广州具有代表性的沉管隧道项目，包括车陂南隧道、洲头咀隧道、如意坊隧道等，深入剖析其在施工过程中所采用的关键技术，旨在总结经验、发现问题，并为未来沉管隧道工程提供技术支持和决策依据。对于车陂南隧道，重点研究其全断面预制沉管工艺。车陂南隧道在国内内河首次采用这一工艺，技术团队从混凝土配合比展开试验，历经426天，经过上百次对比试验，研制出低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比，满足了沉管预制质量要求，保障了沉管隧道使用寿命100年的耐久性要求，同时实现了混凝土容重偏差±10kg/m³以内的精准控制，确保了沉管的干舷高度稳定。本研究将详细分析这一配合比的设计原理、试验过程以及在实际施工中的应用效果，探究其如何解决混凝土控裂难题，以及对沉管预制质量和耐久性的影响。此外，还将研究全断面预制工艺的施工流程、技术要点和质量控制措施，分析其相较于传统分层浇筑工艺的优势和创新之处，以及在施工过程中遇到的技术难题和解决方案。针对洲头咀隧道，主要聚焦于管段浮运与沉放技术。洲头咀隧道的管段浮运与沉放过程面临着复杂的水文条件和航道安全等问题。本研究将深入分析其在管段浮运前的准备工作，包括管段的密封性检查、浮运设备的调试、水文气象条件的监测等；研究管段在浮运过程中的拖航方案、定位控制技术以及应对突发情况的应急预案；探讨管段沉放过程中的下沉速度控制、姿态调整技术以及如何确保管段准确就位。通过对这些方面的研究，总结出适用于广州地区复杂水文条件下的管段浮运与沉放技术经验，为其他沉管隧道项目提供参考。在如意坊隧道方面，重点关注其基础处理技术。如意坊隧道的地质条件复杂，基础处理的好坏直接关系到隧道的稳定性和沉降控制。本研究将详细分析其地质勘察资料，了解隧道穿越地层的岩土特性和工程地质条件；研究针对该地质条件所采用的基础处理方法，如桩基础、复合地基等的设计参数、施工工艺和质量检测方法；分析基础处理效果的监测数据，评估基础处理技术对隧道沉降控制和结构稳定性的影响。通过对如意坊隧道基础处理技术的研究，为在类似地质条件下建设沉管隧道提供科学的基础处理方案和技术指导。1.3.2研究方法本研究综合运用多种研究方法，以确保研究的全面性、科学性和可靠性。文献研究法是基础，通过广泛查阅国内外相关文献，包括学术论文、研究报告、工程案例等，全面了解沉管隧道施工技术的发展历程、研究现状和前沿动态。收集广州地区已建沉管隧道的工程资料，如设计文件、施工记录、监测报告等，对这些资料进行系统梳理和分析，总结成功经验和存在的问题。例如，在研究车陂南隧道全断面预制沉管工艺时，查阅相关文献了解国内外类似工艺的应用情况，对比分析不同工艺的优缺点，为深入研究车陂南隧道工艺提供理论支持。案例分析法是核心，选取广州车陂南隧道、洲头咀隧道、如意坊隧道等典型案例，对其施工过程中的关键技术进行深入剖析。详细分析每个案例的工程背景、技术难点、解决方案以及实施效果。通过对多个案例的对比研究，总结出具有普遍性和指导性的技术规律和经验教训。如在研究管段浮运与沉放技术时，对比洲头咀隧道和其他类似隧道的浮运沉放方案，分析不同方案在不同水文地质条件下的适用性，为优化浮运沉放技术提供依据。实地调研法是重要补充，深入隧道施工现场，与工程技术人员进行交流，实地观察施工过程和关键技术的应用情况。对车陂南隧道的混凝土浇筑现场进行实地考察，了解混凝土配合比在实际施工中的应用情况，观察浇筑工艺和质量控制措施的实施效果；对如意坊隧道的基础处理施工现场进行调研，了解桩基础或复合地基的施工工艺和质量检测方法，获取第一手资料。通过实地调研，能够更直观地了解工程实际情况，验证文献研究和案例分析的结果，发现实际问题并提出针对性的解决方案。二、广州典型沉管隧道工程概况2.1车陂南隧道2.1.1工程基本信息车陂南隧道是广州市一条至关重要的过江隧道，它的建成极大地改善了广州的交通格局。该隧道南起海珠区新港东路北侧，与阅江路相交，下穿珠江，向北与天河区在建的临江大道、花城大道相交，终点至现状黄埔大道交叉口。隧道全长约2.07公里，其中沉管段全长492米，道路等级为城市主干道，规划宽度60米，过江隧道段设置为双向6车道，设计车速为60公里/小时。车陂南隧道的沉管段共计4个管节，每个管节又分7个单节管节，单节管节长123米，是目前中国内河整体式管节最长的沉管隧道。每个沉管管节高8.7米，重约3万吨，体量巨大，相当于近16个标准泳池的水量总和。在建设过程中，车陂南隧道展现出诸多独特之处。它是广州市首个PPP市政项目，这种模式有效整合了政府与社会资本的资源，为项目的顺利推进提供了有力保障。同时，它还是国内首座紧邻近运营地铁线施工的沉管隧道，全线隧道与在运营的地铁4号线关系复杂，岸上段在地铁上方穿越，江中段近距离并行，这对施工技术和安全保障提出了极高的要求。2.1.2工程建设目标与意义车陂南隧道在广州交通网络中扮演着举足轻重的角色，其建设目标明确，意义深远。作为连接广州国际金融城与琶洲大湾区琶洲数字经济创新试验区的战略发展通道，它肩负着促进区域经济协同发展的重任。广州国际金融城和琶洲数字经济创新试验区是广州市经济发展的重要引擎，分别在金融和数字经济领域具有显著优势。车陂南隧道的建成，打破了珠江两岸的交通瓶颈，实现了两大区域的快速联通，为资源共享、产业互补提供了便利条件。企业之间的交流合作更加频繁，人才、资金、技术等要素能够自由流动，从而促进产业升级和创新发展，提升广州在全国乃至全球的经济竞争力。从交通层面来看，车陂南隧道有效缓解了琶洲大桥、东圃大桥的过江交通压力。在隧道通车前，琶洲大桥和东圃大桥承担了大量的过江交通流量，交通拥堵现象严重，尤其是在早晚高峰时段，车辆通行缓慢，给市民出行带来极大不便。车陂南隧道通车后，分流了部分过江车辆，使交通流量得到合理分配，提高了过江通行效率。市民过江时间由通车前的耗时二三十分钟大幅提速到只需2分钟，显著拉近了海珠区与天河区的时空距离，有效发挥了联通黄埔区、天河区、海珠区、番禺区交通动脉的作用，极大地提升了居民的出行体验，提高了城市的运行效率。车陂南隧道的建成，完善了广州的城市交通网络。它与周边的道路、桥梁等交通设施相互衔接，形成了更加便捷、高效的交通体系，为城市的可持续发展奠定了坚实基础。该隧道还对城市的空间布局和功能分区产生了积极影响，促进了区域的协调发展，提升了城市的整体品质。2.2洲头咀隧道2.2.1工程独特之处洲头咀隧道于2015年1月28日建成通车，是广州城市交通建设的重要里程碑。它的建成，将芳村拉入广州城市半小时城市圈内，使海珠内环段与芳村的行车距离缩短至2公里，行车时间缩短至2分钟，极大地促进了海珠两岸的经济发展。该隧道的江中段采用沉管隧道形式，受两端立交条件的约束，采用了变截面异型隧道，这在国内隧道设计中具有鲜明的特点。其纵坡也较大，对施工技术和工程管理提出了更高的要求。隧道沉管段由四节钢筋混凝土管节组成，平均每节高9.68米、长85米、重约2.5万吨，其中最重的一节将近2.68万吨，比之前广州市生物岛隧道工程的沉管重一倍多。从设计到建设，洲头咀隧道都以100年使用寿命作为考量基准，许多新技术、新方法、新工艺在当时国内都属首创。在管节预制方面，洲头咀隧道面临诸多挑战。隧道沉管段与岸上段连接处为变截面管段，横断面标准宽度31.4米，变宽段最大宽度39.4米，是当时亚洲最大的变截面过江沉管隧道。这种变截面设计使得管节预制模板的制作难度大幅增加，需要精确计算和设计模板的尺寸和结构，以确保管节的形状和尺寸符合设计要求。管段起浮的干舷控制、管节浮运和沉放的稳定性控制以及管节对接后的受力平衡控制等，也因变截面设计而变得更加复杂。变截面沉管的设计放大了这些难题，对工程技术和管理水平是巨大考验。为解决这些难题，四航局为洲头咀项目抽调精兵强将，成立“沉管技术梯队”，并与中山大学、华南理工大学、武汉理工大学、四航研究院等研究机构合作。在充分熟悉设计图纸的前提下，对管节预制的重点、难点进行分析、讨论，确定了分两层预制管节的主方案，以及沉管预制模板方案、沉管预制施工方案等多个配套方案。这些技术经验不仅为现场施工提供了坚强的技术支撑，还汇编成论文集，为后续世纪工程港珠澳大桥沉管预制奠定了坚实基础。大体积混凝土施工容易产生裂缝，洲头咀隧道沉管混凝土结构裂缝宽度要求小于2毫米，抗渗等级要求不小于P10（能抵抗1兆帕静水压力而不渗水）。钢端壳及面板安装精度要求极高，是做好防水最关键的一环，最大横断面宽39.36米、高9.68米的沉管，钢端壳安装时每延米平整度要小于1毫米，整体小于3毫米，误差偏差大小会影响到管节的预制精度，甚至决定沉管安装的成败。为保证沉管结构的自防水性能，满足沉管的抗渗性能，减少大体积混凝土的裂缝，洲头咀隧道工程对沉管混凝土配合比进行了长达8个月的研究，分别对水泥、骨料、外加剂等83组配合比进行比选、试验测试。针对混凝土的强度、抗渗、水化热、和易性、收缩值、重度等进行比较和论证，并设置物理模型进行验证，采用“双掺”技术，以满足沉管预制施工工艺要求。为保证管段接头防水性能，工程采用先进的接头止水带——GINA止水带，其抗渗性能、耐久性能、使用寿命均超出普通橡胶材料。沉管在接头时还使用钢索连系，由钢索连系固定的隧道整体可以随着水流变化微调角度、高低，进一步保障了隧道的防水和结构稳定性。2.2.2对广州交通格局的影响洲头咀隧道的通车，对广州的交通格局产生了深远影响，成为缓解城市交通压力、促进区域协同发展的重要支撑。从区域交通连接来看，洲头咀隧道连接了荔湾和海珠两区，极大地缩短了两岸的时空距离。以往从海珠到芳村，若绕行珠江隧道，大概需要20分钟，而现在通过洲头咀隧道，仅需3分钟。这一变化使得西荔湾板块与广州市区的联系更为紧密，加强了广佛交界处与广州市区的交通联系，促进了区域间的人员流动和经济交流。对于西荔湾板块的居民来说，出行更加便捷，无论是前往广州市中心工作、购物还是就医，都能节省大量时间。企业之间的商务往来也更加频繁，降低了物流成本，提高了运营效率，为区域经济的发展注入了新的活力。在交通流量分流方面，洲头咀隧道有效分担了珠江隧道的交通压力。珠江隧道作为广州较早的过江通道，长期以来承担着繁重的交通流量，交通拥堵现象时有发生。洲头咀隧道通车后，部分过江车辆选择从这里通行，使珠江隧道的交通流量得到合理分配，缓解了交通拥堵状况，提高了过江通行效率。在早晚高峰时段，珠江隧道的拥堵情况明显改善，车辆通行速度加快，市民的出行体验得到显著提升。洲头咀隧道还优化了广州的城市道路网络结构。它与周边的内环路、芳村大道、工业大道等道路相互连接，形成了更加完善的交通网络，使城市道路的通达性得到提高，为市民提供了更多的出行选择。以往，由于道路网络不完善，一些区域的交通出行受到限制，居民只能选择特定的路线出行。洲头咀隧道通车后，市民可以根据实时交通状况，灵活选择出行路线，避开拥堵路段，提高出行效率。这对于提升城市的整体交通运行效率，促进城市的可持续发展具有重要意义。2.3如意坊隧道2.3.1工程建设进展如意坊放射线系统工程（一期）作为广州市交通基础设施建设的重点项目，目前建设工作正稳步推进，已取得了一系列关键性进展。该工程位于广州市荔湾区，东起内环路如意坊立交，向西南下穿珠江后与芳村大道相连，隧道工程主线全长1511米，其中岸上段893米，沉管段618米，双向六车道，按城市快速路设计，设计时速除黄沙端环形范围内为40公里/时外，其余为50公里/时。在项目建设历程中，多个重要节点已顺利完成。2018年7月18日召开项目开工动员大会，标志着工程正式启动；2019年1月17日水上临时航道疏浚开始施工，为后续工程开展奠定基础；2019年12月24日芳村端岸上隧道围护结构封闭完成，保障了工程施工的安全与稳定；2020年5月11日，黄沙端干坞深基坑、芳村端岸上隧道深基坑、芳村端护岸深基坑等三个深基坑在一个月内相继完成围护结构施工，开始深基坑开挖施工工序。2021-2022年期间，沉管浇筑工作取得重要成果。2021年8月20日完成第一批沉管首节沉管E5-1混凝土浇筑施工任务；2022年6月6日第一批沉管最后一节管节浇筑完成；2022年8月6日第一批沉管短管节浇筑完成。随后，各项准备工作有序推进，2022年10月3日芳村端钢板桩围堰开始拆除；2022年11月10日第一批沉管压载水箱安装完成；2022年11月16日第一批沉管钢端封门安装完成；2022年11月18日第一批沉管外防水涂装完成；2022年11月22日进行首批管节试漏干坞回水施工。2023年，工程在干坞及沉管浮运方面取得突破。3月15日干坞围堰钢管桩拔除一期顺利完工；5月6日第一批沉管钢坞门打开干坞与珠江连通；6月26日首节沉管E6管节浮运出坞；2023年10月31日完成首批沉管浮运安装，这一关键节点的完成为后续工程的顺利推进创造了有利条件。进入2024年，工程持续推进。5月12日芳村护岸沉箱正式进入吊装阶段，标志着护岸恢复施工正式有序推进，为下一步护岸胸墙施工提供基础条件；7月第二批沉管首节管节浇筑完成；8月12日第二批沉管最后一节管节——E1管节主体浇筑施工顺利完成，标志着该项目沉管隧道主体工程浇筑工作全部完成，项目建设取得关键性进展。目前，项目已完成第一批管节沉放对接等重要工程节点，接下来将着力攻坚干坞沉管管节试漏起浮、沉管防锚层施工等重点工序。计划于今年底完成第二批沉管沉放对接施工，有望2025年完工通车。项目完工开通后，内环如意坊立交至芳村大道两地通行距离大幅缩短，通行时间可由原来的15-30分钟缩短至4分钟，将极大程度提高珠江南北两岸的通行效率。2.3.2工程在区域交通中的定位如意坊隧道在区域交通中占据着极为重要的地位，是广州市快速路网骨架的重要组成部分，也是广州市西南方向的重要进出口。它肩负着增强广州市老城区与佛山城区及西部周边城市联系的重任，对促进区域协同发展、优化城市交通格局具有不可替代的作用。从区域协同发展角度来看，如意坊隧道是连接广州老城区与佛山城区的关键纽带。广州与佛山地缘相近、人缘相亲，经济联系紧密，在粤港澳大湾区建设的背景下，广佛同城化发展不断深入。如意坊隧道的建设，进一步加强了广佛两地的交通联系，使人员、物资、信息等要素能够更加便捷地流动。对于广州老城区而言，能够更好地发挥其在商贸、文化、金融等方面的优势，辐射带动佛山城区及周边地区的发展；对于佛山城区来说，可以借助广州的资源和平台，实现产业升级和创新发展。以白鹅潭经济圈为例，该区域是广州重点打造的经济发展区域，如意坊隧道的建成将使白鹅潭经济圈与佛山的产业对接更加顺畅，促进两地在高端服务业、先进制造业等领域的合作，推动区域经济一体化发展。在优化城市交通格局方面，如意坊隧道将内环路及广州市中心区的交通向西南方向疏解，有效缓解了城市中心区的交通压力。以往，由于交通通道有限，广州市中心区向西南方向的交通出行受到制约，交通拥堵现象较为严重。如意坊隧道通车后，将分担部分交通流量，使交通分布更加均衡。它与周边的芳村大道、内环路等道路相互连接，形成更加完善的交通网络，提高了道路的通达性。市民在出行时，可以根据实际情况选择更加合理的路线，避开拥堵路段，节省出行时间。例如，从广州市中心前往芳村片区，以往可能需要绕行较远的路线，而现在通过如意坊隧道，可以实现快速直达，大大提高了出行效率。如意坊隧道还对芳村片区的经济发展具有重要推动作用。它将促进芳村片区工业、农业、商业的繁荣发展，对白鹅潭经济圈、花地湾、花卉生产基地、东沙经济开发区等区域的经济发展和沿江仓储业的兴旺产生积极影响。以花地湾为例，该区域拥有丰富的花卉产业资源，如意坊隧道的开通将降低花卉运输成本，提高运输效率，有利于花卉产品的销售和推广，进一步提升花地湾花卉产业的竞争力，带动相关产业的发展，促进区域经济的繁荣。三、广州沉管隧道施工关键技术3.1混凝土技术3.1.1抗裂混凝土配合比设计在沉管隧道施工中，混凝土的性能直接关系到隧道的结构安全和耐久性。以车陂南隧道为例，为实现“滴水不漏”的建设目标，解决混凝土控裂难题成为关键。混凝土技术团队从混凝土配合比展开试验，历经426天，经过上百次对比试验，精心研制出低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比，为车陂南隧道量身打造了抗裂混凝土“专属”配方。车陂南隧道建设团队在项目伊始便定下隧道使用寿命100年的奋斗目标，这对混凝土品质提出了极高要求。普通混凝土在硬化过程中，由于水泥水化反应会产生大量的热量，导致混凝土内部温度升高，当温度下降时，混凝土会产生收缩应力，若收缩应力超过混凝土的抗拉强度，就会出现裂缝。此外，混凝土的收缩还会导致其内部结构疏松，降低混凝土的抗渗性和耐久性。因此，研发低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比至关重要。在研发过程中，技术团队深入研究了混凝土的组成材料对其性能的影响。水泥作为混凝土的胶凝材料，其品种和用量直接影响混凝土的水化热和强度。技术团队通过对比不同品种的水泥，选择了水化热较低的水泥，并优化了水泥用量，在保证混凝土强度的前提下，降低了水化热的产生。骨料的选择也不容忽视。粗骨料的粒径、形状和级配会影响混凝土的骨架结构和工作性能，细骨料的细度模数和颗粒形状会影响混凝土的和易性和收缩性能。技术团队选用了级配良好、质地坚硬的粗骨料和细度模数适中的细骨料，以提高混凝土的密实性和抗裂性能。外加剂在混凝土中起着重要作用。减水剂可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土的强度和耐久性；膨胀剂可以补偿混凝土的收缩，减少裂缝的产生；缓凝剂可以延缓混凝土的凝结时间，便于施工操作。技术团队通过试验，合理掺加外加剂，实现了混凝土性能的优化。经过一年四季的检验，这一配合比可满足不同情况下的沉管混凝土浇筑，达到了沉管预制质量要求。它不仅保障了沉管隧道使用寿命100年的耐久性要求，还弥补了国内缺少适用于沉管预制的商品混凝土配合比的缺陷。该配合比的成功应用，为车陂南隧道的“滴水不漏”奠定了坚实基础，也为国内其他沉管隧道项目在混凝土配合比设计方面提供了宝贵的经验借鉴。3.1.2混凝土容重精准控制沉管管段在浮运时，保持合适的干舷高度是确保管段稳定的关键因素之一，而严格控制混凝土容重偏差则是实现这一目标的核心要点。以车陂南隧道为例，技术团队基于混凝土原材料紧密堆积理论和混凝土含气量控制原理，对混凝土配方进行精心设计与反复调整，成功实现了混凝土容重偏差±10kg/m³以内的更高目标，有力确保了混凝土容重的精准控制。干舷高度是指沉管管段在浮运时，管段顶面露出水面的高度。合适的干舷高度能够保证沉管管段在浮运过程中的稳定性，防止管段发生倾斜或下沉。若干舷高度过高，会增加管段的重心高度，降低管段的稳定性；若干舷高度过低，管段在受到风浪等外力作用时，容易发生进水甚至沉没的危险。而混凝土容重作为影响管段重量的重要因素，对干舷高度有着直接的影响。当混凝土容重偏大时，管段重量增加，干舷高度会相应降低；反之，当混凝土容重偏小时，管段重量减轻，干舷高度会升高。因此，精准控制混凝土容重对于保证沉管的干舷高度稳定至关重要。在车陂南隧道的施工中，技术团队深入研究了混凝土原材料紧密堆积理论。该理论认为，通过合理选择和搭配粗细骨料、水泥等原材料的粒径和级配，使它们在混凝土中形成紧密堆积结构，可以有效提高混凝土的密实度和强度，同时降低混凝土的容重。技术团队对各种原材料的粒径分布进行了详细的分析和试验，通过优化级配，使原材料在混凝土中达到最佳的堆积状态，从而实现了混凝土容重的有效控制。技术团队还运用了混凝土含气量控制原理。混凝土中的含气量会影响其容重和工作性能。适量的含气量可以改善混凝土的和易性，减少混凝土的泌水和离析现象，同时降低混凝土的容重。然而，含气量过高会导致混凝土的强度降低。技术团队通过试验，确定了合适的含气量范围，并采用先进的引气剂和搅拌工艺，精确控制混凝土中的含气量，在保证混凝土工作性能和强度的前提下，实现了对混凝土容重的精准控制。通过这些努力，车陂南隧道的技术团队成功保证了沉管的干舷高度在117毫米-234毫米之间，且稳定在167毫米左右，实现了沉管干舷高度的精准控制。这一成果不仅为车陂南隧道沉管管段的安全浮运提供了有力保障，也为其他沉管隧道项目在混凝土容重控制和干舷高度保障方面提供了重要的技术参考和实践经验。3.1.3智能化浇筑技术应用在车陂南隧道的混凝土浇筑过程中，项目建设团队联合技术团队积极引入信息技术，利用云技术和数据库等手段，成功实现了沉管智能化浇筑，为沉管混凝土的顺利浇筑和裂缝控制提供了有力保障。传统的混凝土浇筑过程存在诸多问题，如人工监测效率低、数据记录不及时、难以实现实时调整等。这些问题可能导致混凝土浇筑质量不稳定，增加裂缝产生的风险。而智能化浇筑技术的应用，有效解决了这些难题。通过利用云技术，项目团队将沉管大体积混凝土浇筑、升温、降温和应变监测等过程的监测数据实时保存到云端。这使得工程技术人员可以随时随地通过网络终端访问这些数据，实现了数据的实时查询功能。无论是在施工现场还是在办公室，技术人员都能及时了解混凝土浇筑的最新情况，包括浇筑进度、混凝土温度变化、应变情况等。这种实时性为及时发现问题和采取相应措施提供了便利，大大提高了施工管理的效率和准确性。数据库技术的应用则为数据的分析和预警提供了支持。项目团队建立了专门的混凝土浇筑数据库，将大量的监测数据进行分类存储和管理。通过数据分析软件，对这些数据进行深入挖掘和分析，能够及时发现数据中的异常变化和潜在风险。当混凝土温度超过预设的安全范围，或者应变值达到预警阈值时，系统会自动发出预警信号，提醒技术人员采取相应的措施，如调整浇筑速度、加强温度控制等。这种智能化的预警功能能够有效预防裂缝等质量问题的发生，确保混凝土浇筑的质量和安全。智能化控制功能是该技术的核心优势之一。通过与混凝土浇筑设备的连接，智能化浇筑系统可以根据监测数据自动调整浇筑参数，实现混凝土浇筑过程的自动化控制。根据混凝土的温度变化自动调整冷却水管的通水流量，以控制混凝土的内部温度；根据应变监测数据自动调整浇筑速度，避免混凝土因受力不均而产生裂缝。这种智能化控制不仅提高了施工的精度和质量，还减少了人工操作的误差和劳动强度，提高了施工效率。智能化浇筑技术实现了混凝土实时监测数据的“一键查看”，使技术人员能够快速、全面地了解混凝土浇筑的情况。这一技术的应用，有力保障了车陂南隧道沉管混凝土的顺利浇筑和沉管混凝土的裂缝控制，为隧道的质量和安全奠定了坚实基础。智能化浇筑技术还具有良好的推广应用前景，有望在其他沉管隧道项目以及大型混凝土结构工程中得到广泛应用，推动整个行业的技术进步和发展。3.2全断面预制技术3.2.1技术原理与优势全断面预制技术是一种先进的隧道施工技术，它改变了传统隧道施工中现场浇筑的方式，将隧道管节在预制工厂进行整体预制，然后运输至施工现场进行安装。这一技术的核心在于通过精确的模具制作和先进的混凝土浇筑工艺，一次性完成隧道管节的整体成型。在预制工厂中，首先根据隧道设计要求制作高精度的模具，模具的尺寸精度和表面平整度直接影响管节的质量。模具采用高强度、高精度的钢材制作，经过严格的加工和检验，确保其符合设计标准。在混凝土浇筑过程中，采用先进的浇筑设备和工艺，确保混凝土均匀、密实填充模具，避免出现空洞、裂缝等缺陷。利用自动化的搅拌设备，精确控制混凝土的配合比和搅拌时间，保证混凝土的质量稳定；采用分层浇筑、振捣的方式，确保混凝土的密实度，提高管节的强度和耐久性。相较于传统的分层浇筑技术，全断面预制技术在施工质量和效率方面具有显著优势。在施工质量上，全断面预制技术避免了分层浇筑可能产生的施工缝，从而减少了漏水隐患。施工缝是隧道防水的薄弱环节，传统分层浇筑时，由于混凝土的收缩和施工工艺的限制，施工缝处容易出现裂缝，导致隧道漏水。而全断面预制技术一次性完成管节浇筑，不存在施工缝，有效提高了隧道的防水性能。该技术在预制工厂进行生产，环境条件稳定，便于质量控制。工厂内可以采用先进的检测设备和严格的质量管理制度，对原材料、半成品和成品进行全方位的检测和监控，确保每一个管节都符合设计要求，提高了管节的质量稳定性。在施工效率方面，全断面预制技术可以实现预制与现场施工的同步进行。在预制工厂进行管节预制的同时，施工现场可以进行基础处理、基槽开挖等工作，大大缩短了施工周期。传统分层浇筑技术需要在现场依次进行各层混凝土的浇筑和养护，施工进度受天气、场地等因素影响较大，施工周期较长。而全断面预制技术将大部分工作转移到工厂进行，减少了现场施工时间，提高了施工效率。预制管节的安装过程相对简单，采用大型起重设备可以快速将管节安装到位，进一步缩短了施工时间。全断面预制技术还具有环保优势。由于大部分施工在工厂进行，减少了现场施工的噪音、粉尘等污染，有利于保护环境。工厂化生产还可以减少施工现场的建筑垃圾产生，实现资源的有效利用，符合可持续发展的理念。3.2.2在广州沉管隧道中的应用实例车陂南隧道作为广州市的重要交通基础设施，在施工过程中成功应用了全断面预制技术，成为国内内河沉管隧道建设的典范。车陂南隧道沉管段共计4个管节，每个管节又分7个单节管节，单节管节长123米，是目前中国内河整体式管节最长的沉管隧道。在施工过程中，车陂南隧道建设团队充分借鉴港珠澳大桥岛隧工程沉管预制的宝贵经验，结合内河沉管全断面预制施工条件，打破传统分层浇筑桎梏，“移花接木”港珠澳大桥全断面浇筑模板预制关键技术，打造国内首条全断面浇筑内河沉管隧道。为保障全断面预制方案成功落地，项目团队联合沉管建设领域专家开展专题研究，并广泛吸取港珠澳大桥、广州洲头咀隧道建设经验，经历9次专家论证会、21版方案升级，成功解决了全断面技术预制场地受限、混凝土质量管控等核心技术难题，论证了外海沉管全断面浇筑工艺具备内河沉管应用基础，最终敲定了车陂南隧道沉管预制采用全断面预制浇筑工艺。在预制场地受限问题上，项目团队自主研发步履式机械模板。内河采用全断面浇筑工艺，预制场地受限是一个关键难题。传统的模板系统难以满足全断面预制的要求，且在场地狭窄的情况下，模板的安装和拆卸也非常困难。项目团队经过无数次论证分析和推倒重来，研发出的全自动液压步履式机械化模板，解决了模板进场难题，保障了沉管预制质量。这种模板具有自动化程度高、移动方便、适应性强等优点，能够在有限的场地内快速完成模板的安装和拆卸，提高了施工效率。在混凝土质量管控方面，技术团队从混凝土配合比上展开试验，历经426天，经过上百次对比试验，精心研制出车陂南隧道的抗裂混凝土“专属”配方——低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比。这一套配合比经过了一年四季检验，可满足不同情况下的沉管混凝土浇筑，达到了沉管预制质量要求，不仅保障了沉管隧道使用寿命100年的耐久性要求，还弥补了国内缺少适用于沉管预制的商品混凝土配合比的缺陷。车陂南隧道的成功建设，充分展示了全断面预制技术在沉管隧道施工中的优势。隧道的建成，进一步丰富了沉管隧道行业的工艺技术和施工经验，对同类型的沉管施工具有非常重要的借鉴意义。车陂南隧道通车后，过江时间由通车前的耗时二三十分钟提速到只需2分钟，显著拉近了海珠区与天河区的时空距离，有效发挥了联通黄埔区、天河区、海珠区、番禺区交通动脉的作用，为广州城市的高质量发展做出了重要贡献。3.3干坞技术3.3.1共享干坞设计理念共享干坞设计理念是在城市基础设施建设资源优化背景下应运而生的，旨在提高资源利用效率，降低工程建设成本。在广州沉管隧道建设中，这一理念的应用具有重要的现实意义。传统的沉管隧道建设通常为每个项目单独建设干坞，这种方式虽然能满足单个项目的需求，但存在诸多弊端。每个项目都需要投入大量的资金用于干坞的建设，包括土地征用、场地平整、坞体建造等方面的费用，这无疑增加了工程的总体造价。单个干坞在项目结束后往往被闲置，造成了土地资源和设施资源的浪费。在城市土地资源日益紧张的情况下，这种浪费是不可持续的。单独建设干坞还会导致建设周期延长，因为每个干坞都需要进行前期的规划、设计和施工，这会影响整个隧道项目的进度。共享干坞设计理念则打破了这种传统模式，通过科学合理的规划，使一个干坞能够为多个沉管隧道项目服务。在规划共享干坞时，需要充分考虑多个项目的需求和特点。要根据不同项目的沉管尺寸、数量和施工进度安排，合理设计干坞的规模和布局。确保干坞的长度、宽度和深度能够满足最大尺寸沉管的预制和存放要求，同时要预留足够的空间用于施工设备的停放和作业。要考虑干坞的地理位置，选择交通便利、靠近施工现场的位置，以减少沉管的运输距离和成本。共享干坞的坞口采用活动式钢坞门是实现资源集约利用的关键技术之一。活动式钢坞门具有安装和拆卸方便的特点，在不同项目使用干坞时，可以根据需要灵活调整坞门的位置和开启方式。在车陂路-新滘东路隧道使用干坞时，将钢坞门安装在合适的位置，确保干坞的密封性和稳定性，满足该项目沉管预制和浮运的要求。当该项目结束，干坞移交给会展西过江沉管隧道时，可将钢坞门拆卸并重新安装在新的位置，以适应新的项目需求。这种灵活性大大提高了干坞的通用性，使其能够为不同的沉管隧道项目提供服务。共享干坞还可以通过优化施工流程和资源配置，进一步提高资源利用效率。在不同项目使用干坞的间隙，可以对干坞进行维护和改造，确保其设施的完好性和适用性。可以利用干坞的闲置时间进行设备的检修和更新，提高施工设备的性能和可靠性。在施工过程中，可以共享一些通用的施工设备和材料，减少设备和材料的重复购置，降低工程成本。通过共享干坞，还可以促进不同项目之间的技术交流和经验分享，提高整个沉管隧道建设行业的技术水平和管理水平。3.3.2车陂南隧道干坞实践与经验车陂南隧道在干坞建设和使用过程中，充分践行了共享干坞设计理念，为其他沉管隧道项目提供了宝贵的实践经验。车陂南隧道的干坞设计独具特色，采用了独立干坞的形式，并且坞口安装了活动式钢坞门。这种设计为干坞的共享使用奠定了基础。独立干坞能够保证施工过程中的独立性和安全性，避免了与其他工程相互干扰。活动式钢坞门则使干坞的使用更加灵活，便于根据不同项目的需求进行调整。在使用过程中，车陂南隧道干坞主要承担了车陂南隧道沉管管段的预制任务。在预制过程中，干坞的各项设施和条件发挥了重要作用。干坞的场地面积充足，能够满足大型沉管管段的预制和存放需求。其内部的施工设备和配套设施齐全，为沉管管段的预制提供了有力的支持。通过合理规划施工流程，在干坞内实现了高效的生产作业，确保了沉管管段的预制质量和进度。车陂南隧道干坞的使用过程也并非一帆风顺，遇到了一些挑战。在沉管管段的预制过程中，对混凝土的供应和质量控制提出了很高的要求。由于沉管管段体积大，混凝土用量多，需要确保混凝土的连续供应，并且要保证其质量稳定。为此，项目团队与混凝土供应商密切合作，建立了完善的混凝土供应体系，加强了对混凝土质量的检测和监控。在干坞的维护和管理方面，也需要投入大量的人力和物力，确保干坞的设施和设备始终处于良好的运行状态。2022年2月，车陂南隧道干坞顺利移交给会展西过江沉管隧道作为沉管预制场地。这一移交过程体现了共享干坞的优势，实现了资源的二次利用，避免了干坞的闲置浪费。在移交过程中，车陂南隧道项目团队与会展西过江沉管隧道项目团队进行了充分的沟通和协作，确保了干坞的设施和设备能够顺利交接。车陂南隧道项目团队还分享了在干坞使用过程中的经验和教训，为会展西过江沉管隧道项目团队提供了有益的参考。通过车陂南隧道干坞的实践，我们可以总结出以下经验。在共享干坞的设计阶段，要充分考虑不同项目的需求，确保干坞的规模、布局和设施能够满足多个项目的要求。活动式钢坞门等关键设施的选择和安装要合理，以保证干坞的通用性和灵活性。在干坞的使用过程中，要加强施工管理，优化施工流程，提高生产效率，确保沉管管段的预制质量。要注重干坞的维护和管理，定期对设施和设备进行检查和维护，延长其使用寿命。在干坞的移交过程中，要加强项目团队之间的沟通和协作，做好设施和设备的交接工作，确保干坞能够顺利地为下一个项目服务。3.4邻近地铁施工技术3.4.1施工难点与挑战在沉管隧道邻近地铁施工过程中，保障地铁的安全运营和隧道自身的顺利施工是两大核心目标，但这一过程面临着诸多严峻的难点与挑战。从对地铁运营安全的影响来看，施工过程中的土体扰动是一个关键问题。沉管隧道施工涉及到大量的土方开挖和回填作业，如基槽开挖和基坑施工等。在这些作业过程中，不可避免地会对周围土体产生扰动，导致土体的应力状态发生改变。当这种扰动传递到地铁结构时，可能会引起地铁隧道的变形，包括沉降、水平位移和收敛变形等。地铁隧道的变形可能会影响轨道的平整度，导致列车运行时产生颠簸，降低乘客的舒适度，甚至可能影响列车的行车安全，引发脱轨等严重事故。施工振动也是一个不容忽视的因素。施工过程中使用的大型机械设备，如挖掘机、装载机、打桩机等，在作业时会产生强烈的振动。这些振动通过土体传播，可能会对地铁结构和设备造成损害。振动可能会导致地铁隧道的衬砌结构出现裂缝，降低结构的承载能力和防水性能；还可能会影响地铁内部的通信、信号等设备的正常运行，干扰列车的调度和控制。对隧道施工而言，复杂的地质条件是一个重大挑战。广州地区的地质条件复杂多样，存在多种地层，如软土、砂土、粉质黏土等，且地下水丰富。在邻近地铁施工时，这些复杂的地质条件增加了施工的难度和风险。在软土地层中进行基槽开挖时，土体的自稳能力较差，容易发生坍塌，不仅会影响施工进度，还可能对地铁结构造成威胁。地下水的存在也会增加施工的复杂性，如可能导致土体的渗透变形，影响地基的稳定性，同时也会给施工排水带来困难。施工场地狭窄也是一个普遍存在的问题。在城市中心区域，土地资源紧张，施工场地往往受到限制。邻近地铁施工时，由于需要考虑地铁的安全和正常运营，施工场地的可用空间更加有限。这使得施工设备的停放、材料的堆放以及施工人员的活动空间都受到制约，增加了施工组织和管理的难度。施工场地狭窄还可能导致施工工序之间的干扰增加，影响施工效率。3.4.2应对策略与技术措施以车陂南隧道为例，作为国内首座紧邻近运营地铁线施工的沉管隧道，全线隧道与在运营的地铁4号线关系复杂，岸上段在地铁上方穿越，江中段近距离并行。为确保地铁运营与施工管理同时进行，广州市政总院设计团队采取了一系列行之有效的应对策略与技术措施。在施工前，通过三维分析技术对施工区域进行全面、深入的研究。利用先进的三维建模软件，结合地质勘察数据、地铁线路信息以及隧道设计方案，构建详细的三维模型。通过对模型的分析，准确预测施工过程中可能对地铁产生的影响，如土体变形、应力变化等，并据此制定相应的控制技术。在基槽开挖前，通过三维分析确定合理的开挖顺序和开挖范围，避免因开挖不当导致对地铁的过大影响。在基坑开挖时，根据三维分析结果，优化基坑支护方案，确保基坑的稳定性，同时减少对周围土体和地铁结构的扰动。在施工过程中，实现全过程信息化施工是关键。建立完善的监测体系，实时采集施工过程中的各种数据，包括土体位移、地下水位变化、地铁结构变形等。利用监测数据进行仿真分析，及时调整施工参数和施工方案，确保施工安全和地铁运营安全。在沉管浮运和沉放过程中，通过实时监测沉管的位置、姿态以及周围土体的变化，利用仿真分析模型预测沉管施工对地铁的影响，并根据预测结果及时调整沉管的施工参数，如沉放速度、定位精度等，确保沉管施工不会对地铁运营造成影响。通过信息化施工，还可以实现对施工过程的实时监控和管理，及时发现和解决施工中出现的问题，提高施工效率和质量。车陂南隧道在邻近地铁施工过程中，还加强了与地铁运营部门的沟通与协作。建立了定期的沟通机制，及时向地铁运营部门通报施工进展情况和可能对地铁运营产生的影响，共同制定应急预案。在施工过程中，如遇到突发情况，能够迅速启动应急预案，确保地铁运营的安全和正常。当监测到地铁结构出现异常变形时，立即停止相关施工活动，并与地铁运营部门共同采取措施，如对地铁结构进行加固、调整施工方案等，以保障地铁的安全运营。3.5BIM技术应用3.5.1BIM技术在沉管隧道设计中的应用在沉管隧道设计阶段，BIM技术的引入带来了设计方式的重大变革，极大地提升了设计的可视化程度和精细化水平。以车陂南隧道为例，作为广州市首批BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）应用示范项目之一，也是唯一一个隧道工程示范项目，其设计团队充分利用BIM技术，完成了一系列创新性的设计工作。在方案展示方面，BIM技术构建的三维模型为设计方案的呈现提供了直观的平台。传统的二维图纸难以全面展示隧道的空间结构和复杂细节，而BIM三维模型能够以立体的形式展示隧道的全貌，包括隧道的走向、管节的形状和尺寸、附属设施的布局等。通过对模型进行旋转、缩放、剖切等操作，设计人员和项目各方可以从不同角度、不同层次观察隧道的设计方案，更清晰地理解设计意图。在车陂南隧道的设计方案汇报中，利用BIM三维模型，能够让决策者、施工单位、监理单位等相关人员直观地了解隧道的设计思路和特点，如隧道的沉管段与岸上段的连接方式、通风系统和照明系统的布局等，从而更准确地进行评估和决策，避免因对设计方案理解不清晰而导致的沟通障碍和决策失误。碰撞检查是BIM技术在设计阶段的重要应用之一。沉管隧道工程涉及多个专业领域，如结构、给排水、电气、通风等，各专业的设计在二维图纸中难以进行全面的协同和检查，容易出现设计冲突和碰撞问题。而BIM技术通过整合各专业的设计信息，能够在虚拟环境中对不同专业的设计进行碰撞检查。在车陂南隧道的设计过程中，利用BIM技术对结构模型、机电模型等进行碰撞检查，发现了多处碰撞点，如管道与结构梁的碰撞、通风管道与电气桥架的碰撞等。通过及时调整设计方案，避免了在施工过程中因设计冲突而导致的返工和变更，节省了施工成本和时间，提高了工程质量。BIM技术还在管线模拟和行车模拟方面发挥了重要作用。在管线模拟中，通过BIM模型可以对给排水、电气、通风等管线的走向和布局进行模拟和优化，确保管线的合理性和可维护性。在车陂南隧道的设计中，利用BIM技术优化了给排水管道的布局，避免了管道的交叉和绕行，提高了管道的输送效率和维护便利性。在行车模拟方面，通过BIM模型可以模拟车辆在隧道内的行驶情况，评估隧道的线形、坡度、照明等对行车安全和舒适性的影响。在车陂南隧道的设计中，通过行车模拟，对隧道的线形进行了优化，确保车辆在行驶过程中的平稳性和安全性，同时合理设置了照明设施，提高了行车的舒适性。工程量统计也是BIM技术在设计阶段的一项重要功能。传统的工程量统计需要人工在二维图纸上进行计算，工作量大且容易出现误差。而BIM技术能够根据三维模型自动计算工程量，包括混凝土用量、钢筋用量、管线长度等，提高了工程量统计的准确性和效率。在车陂南隧道的设计中，利用BIM技术进行工程量统计，为工程预算的编制提供了准确的数据支持，避免了因工程量计算误差而导致的预算超支或资金浪费。3.5.2BIM技术在施工管理中的作用在沉管隧道施工管理中，BIM技术展现出了强大的功能和显著的优势，对施工进度管理和质量控制等方面产生了积极而深远的影响。在施工进度管理方面，BIM技术与项目管理软件的集成应用，实现了施工进度的动态可视化管理。通过将BIM三维模型与施工进度计划相关联，以时间为维度，将施工过程中的各个阶段和工序在BIM模型中进行直观展示。在车陂南隧道的施工过程中，利用BIM-4D（三维模型加时间维度）技术，项目管理人员可以清晰地看到每个施工阶段的工作内容、时间节点和资源分配情况。通过对比实际施工进度与计划进度，能够及时发现进度偏差，并分析原因，采取相应的措施进行调整。当某个施工工序因不可抗力因素导致进度滞后时，通过BIM-4D模型可以快速评估对后续工序和整个项目进度的影响，从而合理调整施工计划，优化资源配置，确保项目按时完成。BIM-4D模型还可以用于施工进度的预测和模拟，通过输入不同的施工参数和假设条件，预测项目在不同情况下的完工时间，为项目决策提供科学依据。在质量控制方面，BIM技术为施工过程的质量监控提供了有力工具。通过建立BIM质量信息管理平台，将施工过程中的质量检查数据、验收记录、整改情况等与BIM模型相关联，实现了质量信息的集中管理和可视化展示。在车陂南隧道的施工中，质量管理人员可以通过手机、平板电脑等移动终端，随时随地将现场的质量检查数据录入BIM质量信息管理平台。这些数据会实时反映在BIM模型上，通过不同的颜色和标记区分合格和不合格部位，方便管理人员直观地了解工程质量状况。一旦发现质量问题，系统会自动推送通知给相关责任人，要求其及时进行整改。整改完成后，质量管理人员可以再次通过移动终端对整改情况进行复查，并将复查结果录入平台，形成质量问题的闭环管理。利用BIM技术还可以对施工过程中的关键部位和关键工序进行质量预控。通过对BIM模型进行分析，提前识别可能出现质量问题的风险点，并制定相应的预防措施和质量控制方案，从源头上保障工程质量。BIM技术在沉管隧道施工管理中的应用，提高了施工管理的效率和精细化水平，有效保障了工程的进度和质量，为沉管隧道工程的顺利实施提供了有力支持。随着技术的不断发展和完善，BIM技术在沉管隧道施工管理中的应用前景将更加广阔。四、施工技术难点及解决方案4.1地质条件复杂问题4.1.1广州地质特点对沉管隧道施工的影响广州地区独特的地质条件给沉管隧道施工带来了诸多挑战。广州位于珠江三角洲冲积平原，软土地层广泛分布。这些软土具有高含水量、高压缩性、低强度和低渗透性等特点，给隧道的基础处理和结构稳定性带来了极大的困难。在软土地层中进行基槽开挖时，土体的自稳能力较差，容易发生坍塌，导致施工安全事故的发生。软土的高压缩性使得隧道基础在承受上部荷载时容易产生较大的沉降，影响隧道的正常使用。广州地区地下水丰富，水位较高，且与珠江水系相互连通。在沉管隧道施工过程中，地下水的存在增加了施工的复杂性和难度。地下水的浮力作用会对沉管管段产生向上的托力，影响管段的下沉和定位精度。在进行基槽开挖和基础处理时，地下水的渗透会导致土体的流失和坍塌，增加施工的风险。地下水还可能对隧道结构产生腐蚀作用，降低结构的耐久性。广州地区的地质构造较为复杂，存在断裂、褶皱等地质构造。这些地质构造会导致地层的不均匀性和岩体的破碎，增加隧道施工的难度和风险。在穿越断裂带时，可能会遇到涌水、坍塌等问题，严重影响施工进度和安全。地质构造的存在还会对隧道的抗震性能产生不利影响，需要在设计和施工中采取相应的抗震措施。4.1.2应对地质问题的技术措施针对广州地区复杂的地质条件，在沉管隧道施工中采取了一系列有效的技术措施。地基加固是解决软土地层问题的关键措施之一。常用的地基加固方法包括排水固结法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等。排水固结法通过在地基中设置排水体，如砂井、塑料排水板等，加速地基土的排水固结，提高地基土的强度和稳定性。深层搅拌法是利用水泥、石灰等固化剂，通过搅拌机械将其与软土强制搅拌，使软土硬结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体。高压喷射注浆法是利用高压喷射设备，将水泥浆等固化剂喷射到地基土中，与土体混合形成加固体。在广州某沉管隧道施工中，采用了排水固结法结合深层搅拌法对地基进行加固。先通过设置塑料排水板进行排水固结，降低地基土的含水量，提高地基土的强度；然后采用深层搅拌法，在地基中形成水泥土桩，进一步增强地基的承载能力和稳定性。经过加固后的地基，能够满足沉管隧道的施工和使用要求。桩基施工也是应对复杂地质条件的重要手段。在软土地层或存在不均匀地层的情况下，采用桩基可以将隧道的荷载传递到深层稳定的地层中，有效控制隧道的沉降。常用的桩基类型有灌注桩、预制桩等。灌注桩是在施工现场通过钻孔、挖孔等方式成孔，然后灌注混凝土形成桩体；预制桩则是在工厂或施工现场预制好桩体，然后通过锤击、静压等方式将其沉入地基中。在广州的一些沉管隧道项目中，根据地质条件和工程要求，选择了合适的桩基类型和施工工艺。对于软土地层较厚的区域，采用了大直径灌注桩，以增加桩体的承载能力；对于地层较为复杂的区域，采用了预制桩，通过精确的测量和施工控制，确保桩体的垂直度和入土深度，保证桩基的质量和稳定性。在地下水处理方面，通常采用降水和止水措施。降水是通过设置降水井、井点等设施，降低地下水位，减少地下水对施工的影响。止水则是通过设置止水帷幕、地下连续墙等结构，阻止地下水的渗透。在广州某沉管隧道施工中，为了防止地下水对基槽开挖和基础施工的影响，采用了地下连续墙作为止水帷幕。地下连续墙具有挡土、止水的双重作用，能够有效地隔断地下水与施工区域的联系。在施工过程中，严格控制地下连续墙的施工质量，确保墙体的垂直度和密封性，避免出现漏水现象。通过降水和止水措施的结合使用，有效地解决了地下水对沉管隧道施工的影响，保证了施工的顺利进行。4.2水下作业难题4.2.1沉管浮运与沉放的技术挑战沉管在浮运和沉放过程中，面临着诸多由水流、风浪等因素带来的技术挑战，这些挑战对沉管的稳定性和定位精度构成了严重威胁。在浮运过程中，水流的速度和方向变化是影响沉管稳定性的关键因素之一。以广州的沉管隧道建设为例，珠江水流复杂，流速在不同季节和潮汐条件下差异较大。在洪水期，珠江水流速度可能会超过3m/s，强大的水流冲击力会使沉管受到侧向力的作用，导致沉管偏离预定的浮运航线。若不能及时调整沉管的位置，可能会使其与周围的障碍物发生碰撞，如桥墩、岸边等，造成沉管损坏，影响工程进度和安全。水流还会对沉管产生拖曳力，增加浮运过程中的能耗和操作难度。为了克服水流的影响，需要精确计算水流力的大小和方向，合理选择拖航设备和拖航方案，确保沉管能够在水流作用下保持稳定的浮运状态。风浪的影响同样不可忽视。广州地处亚热带沿海地区，受季风和台风影响较大。在台风季节，风浪较大，波高可达数米。风浪会使沉管产生上下起伏和左右摇晃的运动，增加沉管的运动复杂性。当沉管受到风浪的作用时，其干舷高度会发生变化，若干舷高度过低，沉管可能会进水，导致沉没事故的发生。风浪还会使沉管的定位变得困难，难以准确到达预定的沉放位置。为了应对风浪的影响，需要在浮运前密切关注天气预报，选择合适的浮运时机，避开恶劣天气。在浮运过程中，采用先进的稳性控制技术，如安装减摇装置、调整压载水等，减少风浪对沉管的影响，确保沉管的稳性。在沉放过程中，沉管的定位精度要求极高。沉管需要准确地放置在预先疏浚好的基槽内，与已安装的管节进行精确对接，对接误差通常要求控制在几厘米以内。然而，水流和风浪会使沉管在下沉过程中发生漂移和晃动，难以保证其准确就位。在水流的作用下，沉管可能会偏离基槽中心线，导致对接困难。风浪会使沉管的姿态发生变化，影响其垂直度和水平度，增加对接的难度。为了确保沉管的定位精度，需要采用高精度的测量定位系统，如全球卫星导航系统（GNSS）、声呐系统等，实时监测沉管的位置和姿态，并根据监测数据及时调整沉管的下沉速度和方向。还需要研发先进的沉放控制技术，如动力定位技术、智能控制算法等，实现沉管的精确沉放。4.2.2保障水下作业安全与精度的技术手段为确保沉管浮运和沉放的安全与精度，采用了一系列先进的技术手段，这些技术手段相互配合，形成了一套完整的保障体系。系缆桩是保障沉管浮运安全的重要设施之一。在浮运过程中，沉管通过系缆与系缆桩相连，系缆桩能够承受沉管受到的水流力、风浪力等外力，将沉管固定在预定的位置。系缆桩的设计和布置需要考虑多种因素，如沉管的尺寸、重量、浮运航线的地形条件等。系缆桩的承载能力要足够大，能够承受沉管在各种工况下的外力作用；系缆桩的位置要合理，能够使系缆均匀受力，避免出现系缆受力不均导致沉管倾斜或移位的情况。在广州某沉管隧道的浮运过程中，通过合理布置系缆桩，采用高强度的系缆，成功地保障了沉管在复杂水流条件下的浮运安全。定位系统是确保沉管浮运和沉放精度的核心技术之一。目前，常用的定位系统包括全球卫星导航系统（GNSS）、声呐系统、全站仪等。GNSS能够实时获取沉管的三维坐标信息，为沉管的浮运和沉放提供精确的定位基准。在沉管浮运过程中，通过GNSS接收机实时监测沉管的位置，与预定的浮运航线进行对比，及时调整拖航方向，确保沉管沿着预定航线浮运。声呐系统则可以用于测量沉管与周围物体的距离，以及基槽的地形信息，为沉管的沉放提供重要的数据支持。在沉管沉放前，利用声呐系统对基槽进行扫描，获取基槽的精确地形数据，根据这些数据制定沉放方案，确保沉管能够准确地落入基槽内。全站仪可以用于测量沉管的姿态，如垂直度、水平度等，通过实时监测沉管的姿态，及时调整沉放参数，保证沉管的对接精度。除了系缆桩和定位系统，还采用了其他一些技术手段来保障水下作业的安全与精度。在沉管浮运前，对沉管进行严格的密封性检查，确保沉管在浮运和沉放过程中不会进水。对浮运设备和沉放设备进行全面的调试和检测，确保设备的性能良好，运行可靠。在沉放过程中，采用精确的测量仪器，如水准仪、经纬仪等，对沉管的下沉速度、下沉深度等参数进行实时监测，根据监测数据及时调整沉放操作，保证沉管的安全下沉和准确就位。还制定了完善的应急预案，针对可能出现的突发情况，如设备故障、恶劣天气等，提前制定应对措施，确保在紧急情况下能够迅速、有效地进行处理，保障水下作业的安全。4.3结构防水问题4.3.1沉管隧道防水的重要性沉管隧道作为一种特殊的地下工程结构，长期处于水下环境，防水性能直接关系到其结构的耐久性和使用寿命。在广州，多条沉管隧道如车陂南隧道、洲头咀隧道等穿越珠江，珠江水的长期侵蚀和渗透对隧道结构构成了严峻考验。若防水措施不到位，隧道结构将面临诸多问题。地下水的渗透会导致混凝土结构的溶蚀和劣化。珠江水中含有各种化学物质，如氯离子、硫酸根离子等，这些物质会与混凝土中的水泥成分发生化学反应，导致混凝土的强度降低、体积膨胀，从而产生裂缝和剥落现象。长期的溶蚀作用会使混凝土结构的保护层变薄，钢筋失去保护，进而发生锈蚀。钢筋锈蚀会导致体积膨胀，进一步加剧混凝土的裂缝发展，形成恶性循环，严重影响隧道结构的承载能力和稳定性。渗漏水还会对隧道内的设备和设施造成损害。沉管隧道内通常设有通风、照明、排水、通信等设备，渗漏水会使这些设备受潮，影响其正常运行，降低设备的使用寿命。水的存在还可能引发电气短路等安全事故，威胁隧道的运营安全。渗漏水还会影响隧道内的行车环境，降低行车的舒适性和安全性。因此，沉管隧道的防水是确保隧道结构安全和正常运营的关键环节。良好的防水性能可以有效防止地下水的渗透，保护隧道结构不受侵蚀，延长隧道的使用寿命，降低后期维护成本。它还能保障隧道内设备的正常运行，为隧道的安全运营提供有力保障。在沉管隧道的设计、施工和运营过程中，必须高度重视防水问题，采取有效的防水技术和措施，确保隧道的防水效果。4.3.2广州沉管隧道防水技术应用与创新在广州沉管隧道的建设中，采用了多种先进的防水技术，并在实践中不断创新，以确保隧道的防水效果。止水带是沉管隧道防水的重要措施之一。在洲头咀隧道的建设中，为保证管段接头防水性能，采用了先进的接头止水带——GINA止水带。GINA止水带具有卓越的抗渗性能、耐久性能和较长的使用寿命，其性能远超普通橡胶材料。在管节对接时，GINA止水带被压缩在管节之间，形成紧密的密封，有效阻止了地下水的渗漏。随着水压的增大，GINA止水带会自动调整压缩量，进一步增强密封效果，确保隧道在不同水压条件下的防水性能。这种止水带的应用，为洲头咀隧道的防水提供了可靠保障。防水涂料在沉管隧道防水中也发挥着重要作用。一些隧道采用了喷涂型聚脲防水涂料作为管节外包防水层。聚脲防水涂料具有固化速度快、拉伸强度高、延伸率大、粘结力强等优点，无需设置保护层。在施工时，将聚脲防水涂料喷涂在管节表面，能够形成一层连续、致密的防水膜，有效防止地下水的渗透。聚脲防水涂料还具有良好的耐腐蚀性，能够抵御珠江水中化学物质的侵蚀，提高隧道结构的耐久性。在防水技术的创新方面，广州沉管隧道项目团队进行了积极探索。针对传统防水技术存在的问题，研发了一些新型的防水工艺和材料。在管节预制过程中，通过优化混凝土配合比，提高混凝土的自防水性能。在混凝土中添加特殊的外加剂，如膨胀剂、防水剂等，使混凝土在硬化过程中产生微膨胀，补偿混凝土的收缩，减少裂缝的产生，从而提高混凝土的抗渗性。还采用了一些新型的防水卷材和密封材料，这些材料具有更好的粘结性能和防水性能，能够有效提高隧道的防水效果。在施工工艺上，也进行了创新改进。在防水涂层的施工过程中，采用了自动化喷涂设备，提高了涂层的均匀性和施工效率。通过严格控制施工质量，加强对防水施工过程的监督和检测，确保每一道防水工序都符合设计要求，从而保证了隧道的整体防水性能。这些防水技术的应用与创新，为广州沉管隧道的防水提供了坚实的技术支撑，有效保障了隧道的结构安全和正常运营。五、技术应用效果与展望5.1已建成隧道技术应用效果评估5.1.1车陂南隧道技术应用成果车陂南隧道在施工过程中应用的一系列关键技术取得了显著成果，在工程质量、耐久性和运行效果等方面表现出色。在工程质量方面，车陂南隧道采用的全断面预制技术有效提升了施工质量。这种技术避免了传统分层浇筑可能产生的施工缝，减少了漏水隐患，提高了隧道的防水性能。车陂南隧道还是国内内河第一个实现零渗漏的沉管隧道，这一成果充分体现了全断面预制技术在防水方面的优势。在混凝土浇筑过程中，通过精心研制的低发热低收缩高抗裂的混凝土配合比，有效解决了混凝土控裂难题，保障了混凝土的质量。经过上百次对比试验确定的配合比，满足了沉管预制质量要求，为隧道的结构安全奠定了坚实基础。在施工过程中，利用云技术和数据