世界沉管隧道技术建造述评及展望

世界沉管隧道技术建造述评及展望

彭建敏,黎日环

广州南洋理工职业学院  广东省广州市  519000

摘要：沉管隧道技术是一种先进、高效的地下交通工程建造方法，被广泛应用于世界各地。通过将预制的巨型混凝土管段沉放到事先挖掘好的沉管沟槽中，沉管隧道实现了快速且安全的施工。这项技术在城市交通拥堵解决、地铁系统扩建等方面具有重要意义。本文将对世界沉管隧道技术的建造作出详细述评，以及对其未来发展进行展望。

关键词：世界沉管；隧道技术；建造述评

作者简介：彭建敏（1983—），男，汉族，湖南汨罗人，硕士，讲师，高级工程师，主要研究方向：土木工程技术;

基金1：2020年广州南洋理工职业学院科研项目：沉管隧道技术发生学研究，编号：NY-2020KYYB-14。

基金2：2021年广州南洋理工职业学院创新强校项目：建筑设计专业高水平专业群，编号：NY-2021CQ-ZYQ001。

引言

随着城市人口的增长和城市交通状况的恶化，沉管隧道技术成为改善城市交通的重要解决方案之一。沉管隧道的建造过程需要克服许多工程挑战，水下工作环境、船只交通干扰等。这项技术在许多国家取得了卓越成就，并为城市发展提供了便捷和高效的交通方式。在本文中，我们将对世界沉管隧道技术的建造进行回顾和评估，并展望其未来在更广泛领域的应用。

1世界沉管隧道技术的发展背景

1.1城市化进程

随着全球城市化进程的加速，城市人口快速增长，城市交通问题日益突出。传统的地面交通模式已无法满足人们对便捷、高效交通的需求，因此需要在有限土地空间内寻找新的解决方案。

1.2地下空间的利用

地下空间利用是缓解城市交通压力的重要手段之一。以往的地下工程主要是采用明挖法或盾构法，然而在某些城市和特定环境下，这些方法存在一些限制和困难。沉管隧道技术作为一种新的地下交通建设方式逐渐崭露头角。

1.3技术的进步

沉管隧道技术的发展得益于施工技术的不断创新和改进。随着材料科学、力学分析、结构设计等领域的进步，相应的施工技术得到了全面提升。预制混凝土管段的制造工艺也得到了极大改善，使得大规模生产成为可能。

1.4成功案例的示范效应

在一些国家和地区，沉管隧道技术已经取得了显著的成功，法国的拉菲尔隧道、日本的东京湾防波堤等。这些成功案例证明了沉管隧道技术的可行性和效益，为其他地区采用这种技术提供了有力的借鉴。

1.5可持续发展要求

在当前全球可持续发展的背景下，沉管隧道技术也符合绿色环保的理念。相比于传统地面交通建设，沉管隧道技术可以最大限度地减少土地占用和环境破坏，更好地保护城市生态环境。

2世界沉管隧道技术的发展具有重要的意义

2.1缓解城市交通压力

随着全球城市化进程的加速，城市交通拥堵问题越来越突出。沉管隧道技术可以将交通线路地下化，有效分散交通流量，减少地面交通拥堵，提高交通效率。通过增加交通通道容量，沉管隧道可以提供更为便捷和可靠的交通方式，缓解城市交通压力。

2.2提高交通安全性

沉管隧道工程在建设过程中采用预制混凝土管段，这些管段具有较高的结构强度和稳定性，能够抵御地下水位等不利因素。相比于其他地下工程方法，沉管隧道可以更好地应对地质条件、水文环境和地震等自然风险，从而提高交通隧道的安全性。

2.3节约土地资源

在城市建设中，土地资源十分宝贵。通过将交通线路地下化，沉管隧道能够充分利用地下空间，最大限度地节约土地资源，避免了对城市地表的占用和破坏。可以更好地保护城市的景观和生态环境，提高城市用地的综合利用效益。

2.4保护城市文化遗产

在一些历史悠久的古城区域或文化遗产保护区域，传统的地面交通建设方式往往会对景观和文化遗产造成破坏。而沉管隧道技术因其地下化的特点，在保证交通需求的最大限度地保护了城市的历史遗迹和文化价值。沉管隧道技术可以在保护城市文化遗产的同时实现交通功能的完善，实现城市发展与文化保护的共赢。

3沉管隧道技术的建造过程

3.1项目调研和规划

（1）项目调研：对于计划建设沉管隧道的区域进行详细的调研和评估。这包括地质勘察、水文调查、环境影响评估等，以了解地质条件、水文水力情况、生态环境和社会影响等因素，为后续的设计和施工提供基础数据和参考。

（2）可行性研究：对于计划建设的沉管隧道方案进行经济、技术和环境可行性研究。这一阶段主要考虑项目的可行性和可持续性，交通需求、经济效益、技术可行性等。

（3）方案选择：根据可行性研究结果，结合政府的规划和发展目标，选择最具优势的沉管隧道方案。考虑因素包括工程施工难度、预算成本、地质条件、环境影响等。

（4）规划设计：制定详细的规划设计方案，包括沉管隧道的布局、横断面形状、施工工艺等。这一阶段需要进行工程设计、结构计算和模拟分析，确保沉管隧道的稳定性、承载能力和安全性。

（5）立项和申请：根据规划设计方案，进行项目立项和相关手续的申请。这包括向政府部门提出申请、进行评估审批等。

3.2土地清理和准备

（1）土地调查：在正式开始土地清理之前，需要进行土地调查，包括对待建区域的地貌、地质、水文水利、生态环境等进行详细勘察和评估。这有助于确保在土地清理和准备过程中充分考虑到相关因素。

（2）获取许可和准证：根据当地的法规和规定，申请并获取必要的许可和准证，以进行土地清理工作。这可能涉及到政府部门、土地管理机构和相关环保部门等的审批和批准程序。

（3）土地使用协议：与土地所有者或相关当事方达成土地使用协议或签署租赁合同，明确在清理期间的用地权和土地移交的时间和条件。

（4）拆迁和移除：针对现有的建筑物、构筑物或者其他障碍物，进行拆除和移除工作。这可能涉及到拆迁协商、补偿安置等相关事项，需遵守当地的土地管理法规，

（5）地表处理：完成拆迁后，需要对地表进行处理，包括清理、平整、疏通水道等工作，为后续的土地平整和建设创造良好的条件。

（6）建设基础设施：根据设计要求，进行一些基础设施的建设和改造，道路、桥梁、管网等，以满足沉管隧道建设需要。

（7）环境保护：在土地清理和准备过程中，需要注意环境保护措施的采取，确保污染物的处理与排放符合环境标准和法规要求。

3.3挖掘沉管沟槽

（1）方案设计：在进行沉管沟槽的挖掘前，需要根据设计要求，制定详细的方案设计。这包括确定沉管沟槽的尺寸、形状和地下水位等。

（2）地质勘察：在挖掘沉管沟槽之前，进行地质勘察非常重要。通过地质勘察，可以了解地下土质、地下水位、地下水流情况等信息，以便合理安排挖掘步骤和采取相应的支护措施。

（3）挖掘工序：开始挖掘沉管沟槽时，通常的工序如下：

a.标线：根据设计要求，在地面或地下标明沉管沟槽的位置和尺寸。

b.开始挖掘：使用适当的挖掘设备（挖掘机、装载机等）进行挖掘。挖掘的深度和形状应符合设计要求。

c.斜坡和平台：根据需要，可能需要在挖掘过程中构建斜坡或平台，以确保施工人员和设备的安全。

（4）土方支护：根据地质情况，可能需要进行土方支护。常见的支护方式包括使用钢板挡墙、喷砼、钢筋网等。这些措施有助于保持沉管沟槽的稳定性，并防止土方倒塌和水流泥浆进入。

（5）清理和排水：随着挖掘的进行，需要清理挖掘出来的土壤和岩石，并对沉管沟槽进行排水，保持工作区干燥和清洁。

（6）安全措施：在挖掘沉管沟槽过程中，安全是至关重要的。必须遵守相关的安全规范和操作程序，采取适当的安全措施，保护施工人员和现场安全。

3.4准备沉管和槽底垫层

（1）沉管准备：在将沉管安放在沟槽内之前，需要对沉管进行准备工作。这包括清洁沉管外表面，确保表面没有杂物和污垢，并检查沉管的尺寸和形状是否与设计要求相符。

（2）槽底垫层：在沉管安放的位置，需要铺设槽底垫层来提供均匀的支撑和平整的基础。槽底垫层通常由合适的材料，砂土、碎石等构成。这一层垫层的目的是保护沉管的底部，分散沉管的载荷，提供沉管的稳定性。

（3）垫层厚度：具体的槽底垫层厚度应根据设计要求确定。一般而言，为了确保沉管的稳定和承载能力，槽底垫层的厚度应达到一定标准。该标准可能受地质条件、沉管的尺寸和设计载荷等因素的影响。

（4）垫层施工：槽底垫层的施工通常是通过平铺或均匀抛洒相关材料进行。施工过程中要注意厚度的控制、平整性的保持，并采取必要的压实和检测措施，以确保槽底垫层的质量和稳定性。

（5）环境保护：在准备沉管和槽底垫层的过程中，需要注意环境保护措施的采取。特别是对于可能产生粉尘或废弃材料的施工过程，要采取相应的防护和防污染措施，以避免对周围环境造成不良影响。

3.5吊装和沉放沉管

（1）吊装准备：在进行沉管的吊装之前，需要进行吊装准备工作。这包括根据设计要求选择合适的起重设备（起重机、吊车等），并检查其工作条件和安全性。需要确保沉管吊装的吊索、吊具和连接件符合相关的标准和规范。

（2）沉管降落点准备：在沉管吊装位置，需要进行沉管降落点的准备工作。这包括确保槽底垫层的平整和稳定，以及排除沉管下方的杂物和水泥浆等。

（3）沉管吊装：将起重设备正确放置并固定在所需位置上，然后使用吊索或吊具将沉管从地面或运输船上吊装到空中。在吊装过程中，要确保吊装过程平稳、吊绳受力均匀，并严格遵循施工安全规范。

（4）沉管沉放：一旦沉管达到预定位置，进行沉管的沉放工作。在进行沉管沉放时，可以使用液压系统或重力等方式将沉管小心地降落到槽底。根据设计要求，还可以通过插筏、引导槽等辅助设备来辅助沉管的准确沉放。

（5）校验和调整：一旦沉管沉放到位，需要进行校验和调整工作。这包括检查沉管与槽底的接触情况和水平度，并根据需要进行微调和调整，以确保沉管的稳定性和垂直度。

（6）固定和连接：一旦沉管沉放到位并校验通过，需要进行沉管的固定和连接工作。这可能包括使用膨胀胶、锚杆、支撑结构等方式，将沉管与槽底或相邻的沉管连接起来，形成连续的隧道结构。

3.6沉管对接和封固

（1）对接准备：在进行沉管对接之前，需要在沉管的接缝处进行准备工作。这包括清洁沉管接缝上的杂物、污垢和水泥浆等，并确保沉管接缝的平整和光滑。

（2）沉管对接：将两个相邻的沉管移动到预定的对接位置，并将它们精确对准进行接缝对接。这可以通过使用液压推动、液压夹具或其他辅助装置来实现。在对接过程中，应确保沉管的水平度和垂直度，并严格遵循施工规范和要求。

（3）封固材料：一旦沉管完成对接，需要使用适当的封固材料填充沉管接缝。常见的封固材料包括聚硫、聚氨酯或水泥砂浆等。封固材料的选择应根据设计要求和实际情况进行合理选择。

（4）封固操作：施工人员应使用专用工具和设备，在沉管接缝处均匀地施加封固材料。确保封固材料填充到整个接缝间隙，并到达设计要求的密实度，以确保沉管连接点的密封性和稳定性。

3.7管段间软连接处理

（1）确定软连接位置：在设计隧道时，需要明确软连接的位置。通常情况下，软连接会设置在沉管的接缝处附近，以提供管段间的柔性连接。

（2）选择软连接材料：软连接材料要具备一定的柔性和延展性，能够承受一定的拉伸、压缩和位移。常见的软连接材料包括橡胶、聚氨酯等弹性材料。

（3）安装软连接材料：在软连接位置上，将软连接材料正确地固定在沉管的接缝处附近。这可以通过钢筋、螺栓、焊接等方式进行固定。确保软连接材料与沉管接缝相适应，并具有良好的粘结和密封效果。

（4）填充软连接材料：在软连接装置固定后，需要将软连接材料与管段间的空隙填充。使用适当的填充材料（橡胶条、聚氨酯泡沫等）填充软连接材料，以确保软连接的完整性和稳定性。

3.8工程附属设施建设

（1）进出口设施：为了方便车辆、行人和其他交通工具进出隧道，需要建设相应的进出口设施，坡道、桥梁、引道等。

（2）排水设施：为了防止隧道内积水影响运营，需要设置排水系统，包括收水井、泵站和排水管道等。

（3）通风设施：为了确保隧道内的通风和空气质量，在隧道中设置通风系统和风机，以保持适宜的温度和空气流动。

（4）照明设施：为了提供良好的能见度和安全性，隧道内需要安装照明设施，灯具和应急照明设备。

（5）监控和安全设施：为了确保隧道的安全和监控，需要配置监控摄像头、火灾报警器、烟雾探测器等设施，并设置紧急电话和应急出口标识等设施。

4世界沉管隧道技术建造述评

4.1沉管隧道技术有以下几个优势

（1）相对于传统的开挖隧道方法，沉管隧道技术施工周期较短，对周围环境和交通的影响也较小。

（2）使用沉管隧道技术可以减少对地表和水下环境的破坏，保护生态环境。

（3）由于沉管可提前制造，质量可控，所以在施工质量方面较为可靠。

（1）沉管隧道技术适用于不同类型的地质条件，水下、软土层、岩石等。

4.2沉管隧道技术也存在一些挑战：

（1）沉管的制造、运输和安装过程复杂，需要大量的专业设备和人力资源，施工成本较高。

（2）随着隧道深度的增加，沉管的重量和尺寸也会增加，这对于运输和安装来说是一个技术上的挑战。

（3）在某些沉管隧道施工中，可能会遇到地质条件复杂、水下环境复杂等问题，需要进行专门的技术研究和解决方案设计。

5世界沉管隧道技术建造发展趋势和前景

5.1技术创新

随着科技的不断进步和应用，我们可以预期沉管隧道技术将会有更多创新，包括材料的改进、设计方法的优化、施工技术的提升等。可能会开发出更轻、更强、更环保的材料，提高沉管隧道的承载能力和耐久性。

5.2自动化和智能化

在沉管隧道建造过程中，自动化和智能化技术的应用将会增加效率和安全性。使用机器人进行沉管制造和安装、无人机进行勘察和监测、人工智能辅助设计和施工等，都将成为未来发展的方向。

5.3跨海跨江项目增多

随着经济全球化和城市化进程的推进，跨海跨江隧道项目将会增多。沉管隧道作为一种有效的解决方案，将在这些大型工程中发挥重要作用。未来可能会看到更多的跨海跨江沉管隧道项目，浮桥隧道、深水沉管隧道等。

5.4环境保护和可持续发展

未来沉管隧道技术建造将更加注重环境保护和可持续发展。开发低碳、节能的施工方法和材料，减少对周围环境的影响；沉管隧道建造也可以与可再生能源、智慧城市等相关领域相结合，实现资源的有效利用和城市的可持续发展。

5.5国际合作和经验分享

由于沉管隧道建造是一个复杂的工程，各国之间的合作和经验分享将变得更加重要。未来可能会看到更多的国际合作项目，并形成标准化的设计和施工规范，以提高效率和质量。

结束语

沉管隧道技术的发展以及在世界各地的应用取得了令人瞩目的成就。随着科技和工程的不断进步，沉管隧道建造技术将会变得更加先进和高效。在未来，我们可以预见到沉管隧道技术在交通领域的更广泛应用，为城市交通系统的可持续发展做出更大贡献。我们也期待各国在沉管隧道建设方面的深入合作与交流，共同探索新的创新解决方案，以满足不断增长的城市交通需求。

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