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).doc

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隧道施工工艺标准

28管段浮运与沉放施工工艺

28.1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（GB50299-1999）。

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

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

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。

（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

28.4.1技术要求

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

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

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℃。

28.5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

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

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。

a）四船拖运b）三船拖运

图28.5.2.1-2管段拖运

（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－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

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。

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

（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。

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

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。

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－沉管；2－自升式平台（SEP）

图28.5.2.2-3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－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

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）。

1－管节；2－大型铁驳；3－定位索

图28.5.2.2－5双驳杠吊法

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