内河沉管隧道管节寄存系泊施工关键技术分析_陈宁.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言近年来，沉管隧道因其本身的优势在城市内河水下工程中得到了广泛应用。目前，世界范围内应用沉管法建成的水下隧道超过100座，可以说沉管法是目前最为主要的内河隧道修建方法。国外对沉管法的相关研究较为突出，理论体系较为完善。国内在这方面的研究起步较晚，目前国内的内河沉管隧道有广州珠江隧道、广州洲头咀隧道、广州生物岛隧道、天津海河隧道、舟山沈家门港海底隧道、上海外环隧道、宁波常洪隧道等，可见我国在沉管隧道修建施工技术方面取得了一定的进展，在管节制作、测量定位、浮运陈放等方面也取得了一些成果。但是目前的内河沉管隧道施工在面对季节性变化较强的河道时还存在一定的问题，尤其是在流速、水位落差较大等复杂的水文环境中，管节预制、管节浮运、管节沉放等方面的技术还需要结合实际工程进行分析。管节寄存系泊作为关键性施工技术，将管节预制和管节沉放联系在一起，可确保后续施工工作顺利完成。因此，还需要结合实际情况展开综合性分析，确保后续施工顺利进行。2工程概况在实际应用过程中，沉管隧道以其埋深浅、通行能力强、线路短、断面形式灵活、预制管节容易施工、防水效果突出等特点在内河隧道工程中得到了广泛应用。不仅如此，在实际应【作者简介】陈宁（1991），女，安徽凤阳人，高级工程师，从建筑工程管理研究。内河沉管隧道管节寄存系泊施工关键技术分析Analysis on Key Technologies of Pipe Joint Storage Mooring Constructionin Inland Immersed Tunnel陈宁（广州市中心区交通项目管理中心，广州 510030）CHEN Ning(Guangzhou Central District Communications Project Management Center,Guangzhou 510030,China)【摘要】针对内河沉管隧道在水位落差较复杂水域中存在的施工问题，提出了一种新的管节寄存系泊施工技术。该技术解决了在长距离复杂水域环境中内河沉管隧道管节浮运的问题，实现了内河沉管隧道管节的安全浮运。研究结果表明：该技术不仅可以保证在大水流力影响下内河沉管隧道安全系泊，还能准确判断沉管管节的寄存系泊，研究结果可应用于城市隧道建设中。【Abstract】In view of the construction problems existing in the inland immersed tube tunnel in the waters area with complicated waterlevel difference,a new construction technology of pipe joint storage mooring is put forward.This technology solves the problem of floatingtransportation of pipe joints in the long distance complex water environment and realizes the safe floating transportation of pipe joints in theriver immersed pipe tunnel.The research results show that it can not only ensure the safe mooring of inland immersed tube tunnels underthe influence of large current force,but also accurately judge the storage mooring of immersed tube joints.The research results can beapplied to urban tunnel construction.【关键词】内河沉管隧道；管节寄存；系泊参数；施工技术【Keywords】inland immersed tube tunnel;pipe joint storage;mooring parameters;construction technique【中图分类号】U459.5【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0196-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.060196用过程中，科学的内河沉管隧道管节寄存系泊施工可以更好地缩短施工周期，确保施工安全，节约施工成本，优化施工工序。在开展内河沉管隧道管节寄存系泊施工过程中，还存在很多困难，需要结合实际情况展开综合性分析。某内河隧道工程采用沉管式地下通道进行施工，将地下通道的沉管分成4节（E1E4段），全长2 650 m，分别在南部码头预埋件之间进行了两次预埋工作。从干坞浮送8.51 km到隧址后，从东西两侧到河中部，按顺序进行沉放，使用重力锚块连接，将最后的连接设置在E1和E2段之间，海底连接长度为2.5 m。管道节段之间用PC钢丝绳连接。隧道横截面为“二洞一廊”，外宽30 m，外高8.3 m。当地水资源十分丰沛，其产汇流量以大气降雨为主。水面和流速随着季节的不同而有一定的周期变化。在汛期，水面和流速的变化量很大，46月份是主要汛期，河道水位可达18 m，暴风雨时水面的平均流速可以达到0.8 m/s，正常情况下，水面的平均流速可以达到0.6 m/s；79月为多雨时节，河道容易发生洪涝，在高峰时段，河道的水位波动较大。施工河段的水深波动大，流速很快，在进行管节的浮式运输时，必须考虑施工所在流域的水文数据。河道宽度为520.0 m，北部河道河床高度为-1.022.00 m，在最低通航水位3.59 m的情况下，水深为1.594.60 m。南部河道河床高度为1.414.06 m，在最低通航水位3.59 m的情况下，水深为02.18 m。沉管管节为预制，绞移法完成出坞浮运寄存作业，质量约为30 000 t1。表1为水文环境参数。表 1水文环境参数有效波高/m平均周期/s流速/（m s-1）风速水深/m最大潮差/m0.860.86 级4.51.23内河沉管隧道管节寄存系泊施工流程3.1风险分析内河沉管隧道管节寄存系泊施工关键技术的实际工作目标是进一步降低项目综合成本，缩短施工周期。以该工程项目为例，采用沉管管节预制安装后，整体工期缩短了约6个月，并且不会对沉管出坞产生负面影响。但考虑到该施工项目采用绞式出坞方式，沉管管节两端与码头桥面之间的距离只有1.8 m，安全间距相对有限，很容易出现碰撞风险。除此之外，在进行内河沉管隧道管节寄存系泊施工过程中，还存在诸多不可控风险。内河流速具有一定的季节性，其波动规律受到降雨补充和下游工程结构放水等因素的影响，一旦流速增加，对漂浮输移的需求将迅速增加。内河的水位随着时间的推移而不断发生着周期性变化。因此，一年中的管节浮动时间具有一定的限制。在内陆地区，由于管节浮运输通道狭窄，对拖船的驾驶技术和队伍的协调能力提出了很高的挑战。在河面上，管道的漂浮运输主要受到桥面的影响，而每座桥面之间的距离又直接关系到管道漂浮运输的危险程度，在较小跨度的桥下穿行，管道与桥面易发生相撞，危险性较大。水运通道中的各种影响因素很多，对河流的封闭有很高的需求，必须彻底切断整个水运通道，这就造成了很大的社会压力。但考虑到该施工项目采用绞式出坞方式，管道出坞时可能产生各种危险事故。例如，坞口浮式运输通道水深不足，管节发生碰撞或滞留，管面绞机承载力不足；水流过大会引起管节失控、拖轮撞击管节、锚索断裂、管节浮式运输监测测量装置故障等。在过往发展过程中，曾经出现管节搁浅，拖轮失效，缆绳断裂，管节漂移严重，管节与其他船舶发生碰撞等事故。管道绕过主流急流带时会出现中桩系泊锚块走锚、锚块缆绳断裂、管节搁浅、拖轮搁浅等危险。3.2总体布置在管节系泊工程中，要注意到系泊系统的选型和安装，以及系泊系统的绳索铺展等问题。锚材可选用一般船舶使用的铁锚、重力锚、大抓力锚等，各种类型的锚都有各自的优点和不足。重力式锚的质量较大，进行投掷、移动时，必须有吊机辅助施工。埋地式锚杆的特点是可靠性高、锚固力大、占地面积少。大抓力锚无须对海床进行特殊处理，施工难度相对较小，但其锚固能力较强且偏移量较大，需使用专门的拖船进行锚定，建造费用较高。为了便于航路调整和沉管的安放，将寄存区设置于两座大桥之间的海域内，并将E4段寄存区设置在接近沉管底沟的位置，将管道接头设置为垂直逆流状态，并选择双锚结构。E4段管道节位在三期临时性通道的走向上偏向于其中一侧，管道构造距河道边35 m。E3段管节的安放比E4段晚，因为隧道周边海域没有暂时存放E3段管节的地方，所以，E3段寄存区位于临江南海岸干坞入口，寄存区的纵向与河流Construction Technology工程施工技术197Construction&DesignForProject工程建设与设计轴线相平行，管节构造的长度为31.8 m，伸入入口的防波堤中。将管节浮运到沉放安装点后，用抛锚船将两端锚索在管面上接驳好后，就可以展开管节系泊沉放工作。根据式（1）和式（2）可计算同一坐标系下的管节系缆回复力，根据这一参数得到相应的沉管隧道管节施工系泊系统静力，进一步明确系泊过程应采取的措施，来应对潮位引起的系泊性能变化2。X=HwarsinhxVH-arsinhx（V-SwH）+HSEA（1）Z=Hw1+（VH）2-1+（V-SwH）2()+V2-（V-Sw）22wEA（2）式中，X，Z分别为系泊缆索水平和垂直方向投影长度，m；H、V分别为系泊缆索顶端张力的水平和垂直分量，kN；w为系泊缆索浮重，kg；S为系泊缆索原长，m；EA为缆索刚度，kN/m。3.3参数设计根据参数数据，综合考虑地质环境、边坡稳定性等方面要求，对寄存区管节系泊进行具体的设计，确保施工项目稳定进行。表2为沉管平面尺寸参数，综合当地的水文信息明确具体的系统布置方案（见图1）。在此基础上，还需要计算管节寄存期间的水流力计算和波浪力，式（3）为管节水流力的计算方式，进而可以得到表3，表4为管节基本参数，作为聚集体的计算参考，明确管节寄存期间可能会受到的影响3。表 2临时寄存区平面尺度管节编号纵向长度/m横向宽度/m高度/m管节基坑管节基坑123.0143.0126.5143.030.450.4126.542.48.7-6.008.7-6.00E4E3在沉管寄存过程中，在沉管的上游和下游均布置1辆警报车，用于对沉管进行保护，同时还可以设立航标和安全提醒，用土工布将系锚索和相应的管面都覆盖起来，以避免因为海潮的波动和浪潮的影响，使得管节产生摇晃，或者是钢索与沉管结构之间的摩擦，从而造成钢丝的损伤。FW=CW2V2A（3）式中，FW为水流力标准值，kN；CW为利用水流阻力系数，根据洲头咀隧道模型试验，取1.6；为水密度，淡水取1.0 t/m3；V为水流设计流速，取1.1 m/s；A为计算构件在与流向垂直平面上的投影面积，m2。52 钢丝绳124 mE4管节寄存区E4管节52 钢丝绳124 m52 钢丝绳124 m20 t 锚块25 t 锚块B4A910 t 绞车E3管节折双折双150 t 锚块M152 钢丝绳124 m150 t 锚块M2折双折双80 t 五轮滑车组 E3管节寄存区150 t 锚块150 t 锚块150 t 锚块150 t 锚块25 t 地锚25 t 地锚A1B180 t 五轮滑车组M3M572 钢丝绳75 m自然放坡M646 钢丝绳60 m46 钢丝绳70 m72 钢丝绳75 m72 钢丝绳75 mM4珠江堤岸11图 1寄存区系泊系统布置表 3水流力计算结果沉管迎流面积 A/m2水流力 Fw/kNE3E41 094.40255.721 059.38247.54表 4管节基本参数管节编号长度 L/m