沉管隧道节段式路面工程施工组织设计.docx

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沉管隧道节段式路面工程施工组织设计

沉管隧道节段式路面施工组织设计

摘要

隧道路面施工管理工作的核心是施工组织，施工组织的作用在于通过对施工过程中诸要素的合理组织，即针对工程的具体特点，对施工过程中的资源、技术、费用等因素进行科学合理地统筹安排，保证施工工作在一定的时间和空间上有计划、有秩序地开展。

因此，为保证隧道路面在施工过程中各道工序之间有序搭接、相互配合，保证施工作业的协调性、节奏性、配合性和连续性，保证隧道路面结构质量与路用性能，结合路面结构与施工环境的特殊性有针对性地展开隧道路面施工组织的研究具有重要的意义。

本文以港珠澳跨海集群工程中的沉管隧道为依托工程，通过分析港珠澳隧道路面工程特性，提出了港珠澳隧道路面施工的基本原则、构建了隧道路面施工组织评价体系。

以此为基础对隧道路面各层结构的施工工艺、施工工序及主要施工机群配置进行了分析。

结合施工组织的相关理论对隧道路面施工总体组织优化方法进行了研究。

本研究主要结论如下：

（1）施工组织的研究应以施工方法的明确、施工机械的选择、施工过程的时间组织与空间组织为主要对象。

沉管隧道节段式路面施工组织应遵循施工质量第一、施工工期合理、施工顺序科学、施工手段先进、适应项目特性的基本原则。

隧道路面的施工组织评价体系应由质量、工期、安全、费用、施工先进性、资源供应程度、与其它工程相互影响程度等评价指标构建而成。

（2）对于采用沥青混凝土铺筑的隧道路面，在施工中因环境狭窄，而且空间相对封闭，在高温环境下极易产生浓烟与臭味，且容易发生火灾，不利于路面施工，因此采取适当的温拌阻燃技术十分必要。

（3）隧道路面沥青混合料拌和采用不小于3000型间歇式强制搅拌设备，搅拌站选址在港珠澳大桥西人工岛上。

混合料运输采用中小型自卸车，采用10t自卸车运输上下面层混合料所需最大车辆数分别为16辆、24辆。

隧道路面面层、应力吸收层分别采用两幅梯队联合摊铺、全幅一次成型摊铺的摊铺方法。

混合料碾压过程初压、复压、终压均采用双钢轮压路机。

隧道钢纤维混凝土搅拌站也设置于人工岛上，生产能力满足300m3/h的要求。

钢纤维混凝土运输采用中小型自卸车，采用10t自卸车运输是所需最大车辆数为39辆。

采用大型滑模摊铺机对主车道钢纤维基层进行一次性全幅摊铺。

（4）沉管隧道路面毛勒伸缩缝的施工准备工作从整个路面施工前开始启动。

隧道大管节接头处压重混凝土预制时即需预留毛勒伸缩缝安装槽并埋置钢筋，隧道路面基层摊铺前对槽口做填充处理。

毛勒伸缩缝、TST伸缩缝的施工在借鉴桥梁伸缩装置的安装工艺的基础上，应根据港珠澳隧道路面的实际结构进行调整。

（5）灰色层次分析法可以应用到公路桥梁工程的施工组织的优化比选之中，灰色层次分析模型的构建主要包括确定最优指标集、指标权重计算、灰色关联度计算、评判结果计算等几个步骤。

（6）本文基于路面施工现状提出了沉管隧道路面施工的备选总体组织方案，运用灰色层次分析法对其进行了优化比选，提出了沉管隧道施工组织方案的评价指标体系，并总结了一套基于专家打分制的沉管隧道路面施工组织方案择优方法。

关键词：

施工组织，沉管隧道，灰色层次分析法，施工工艺

Abstract

Thecoreofconstructionmanagementfortunnelpavementisconstructionorganization,constructionorganization'sroleistopassonthevariouselementsoftheconstructionprocessofrationalorganizationthatworksforthespecificcharacteristicsoftheconstructionprocessoftheresources,technology,costandotherfactors,scientificandreasonableco-ordinatearrangementstoensurethattheconstructionworkatacertaintimeandspaceinaplanned,orderlyconduct.Therefore,toensureroadtunnelduringconstructionorderlyoverlapbetweeneachprocess,cooperatewitheachothertoensurethecoordinationofconstructionwork,rhythm,fitandcontinuity,toensurethequalityofthepavementstructuretunnelandroadperformance,combinedwiththepavementstructureandconstructionofspecialenvironmenttargetedtocommenceconstructionoftheroadtunnelorganizationstudyhasimportantsignificance.

ByanalyzingthecharactersofHongKong-Zhuhai-Macaotunnelpavement,thebasicprinciplesandtheevaluationsystemoftheconstructionofthetunnelpavementareputforward,basedonwhichthetunnelpavementconstructiontechnology,constructionprocessandmainconstructionmachinesconfigurationareresearched.Optimizationresearchfortunnelpavementconstructionorganizationisbasedontherelevanttheoryofconstructionorganization.Themainresearchachievementisasfollows:

（1）ConstructionOrganizationofconstructionmethodsshouldbeclear,thechoiceofconstructionmachinery,constructionprocess,organizationandspatialorganizationofthetimeasthemaintarget.Immersedtubetunnelsegmentalpavementconstructionorganizationshouldfollowtheconstructionqualityfirst,reasonableconstructionperiod,constructionsequencescience,advancedconstructionmethods,toadaptthebasicprinciplesofprojectcharacteristics.Roadtunnelconstructionorganizationevaluationsystemshouldbequality,duration,safety,cost,constructionadvanced,resourcesupplylevel,interactionwithotherengineeringdegreeevaluationindexisbuilt.

（2）fortheuseofasphaltconcretepavedroadtunnelintheconstructionduetoenvironmentalnarrowandrelativelyclosedspace,easytoproduceinhightemperatureenvironmentofsmokeandodor,andispronetofire,isnotconducivetoroadconstruction,sotakeappropriatewarmmixflameretardanttechnologyisnecessary.

（3）tunnelpavementasphaltmixingusingnolessthan3000intermittentforcedmixingequipment,mixingstationlocatedintheHongKong-Zhuhai-MacaoBridge,Westartificialisland.MixturetransportUsingsmalldumptruck,dumptrucksusing10tmixtransportationlayerbelowtherequiredmaximumnumberofvehiclesthatare16,24.Tunnelroadsurface,thestressabsorbinglayerwerecombinedusingtwoechelonpaving,pavingfullwidthpavingamoldingmethod.Mixtureinitialpressurerollingprocess,complexpressure,finalpressureareusedtandemroller.Tunnelsteelfiberconcretemixingstationisalsoprovidedontheartificialisland,theproductioncapacitytomeet300m3/hrequirements.Usingsmallsteelfiberreinforcedconcretetransporttruck,used10ttrucktransportisthemaximumnumberofvehiclesrequiredforthe39.Theuseoflargeslidingpaverdrivewaysteelfibergrassrootstothemainone-timefull-widthpaving.

（4）Maurerimmersedtubetunnelpavementexpansionjointsfromtheentireroadconstructionpreparationworkbeforeconstructionstarts.TunnelbassoonsectionjointsofprecastconcreteballastthatistobereservedwhenMaurerandembeddedsteelmountinggroovejoints,tunnelroadbasepriortopavingnotchasfillingprocess.Maurerjoints,TSTconstructionjointsdrawbridgeexpansiondevicesintheinstallationprocess,basedontheHongKong-Zhuhai-Macaoshouldbebasedontheactualstructureoftheroadtunneltobeadjusted.

（5）grayanalyticalhierarchyprocesscanbeappliedtohighwaybridgeconstructionprojectorganizationoptimizationandselectionamongthegray-levelconstructananalyticalmodeltodeterminetheoptimalsetofindicatorsincluding,indexweighting,graycorrelationcalculation,evaluationresultscalculationseveralsteps.

（6）Basedonthestatusquooftheroadconstructionroadconstructionimmersedtubetunneloptionsfortheoverallorganizationscheme,usingthegrayanalytichierarchyprocessoptimizationandselectionwascarriedoutproposedimmersedtubetunnelconstructionorganizationplanevaluationindexsystemandconcludedexpertscoringsystembasedonasetofimmersedtubetunnelroadconstructionorganizationpreferredmethod.

Keywords:

Constructionorganization,Immersedtubetunnel,Gray-AnalyticHierarchyProcess,constructiontechnology

第一章绪论

1.1项目背景及研究意义

（1）项目背景

与跨越江河湖海的其他交通方式相比，水下隧道有其独特的优势，因此近年来在国内外发展迅速。

世界各国，特别是美国、荷兰、和日本等国在沉管技术领域有了长足的进展。

目前，中国已建成的有广州的珠江、宁波甬江和常洪及上海外环线沉管隧道等。

由于沉管隧道所处海洋环境，工程地质与水文地质条件复杂，所处深海荷载条件多样，导致沉管隧道各施工工序异常复杂。

港珠澳大桥是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的重要组成部分，它是连接我国广东省珠海市、香港特别行政区、澳门特别行政区的大型跨海通道，是跨越伶仃洋海域的关键性跨海通道工程。

粤港澳三地共建主体工程长约29.6km，其中穿越伶仃西、铜鼓航道段采用长约5.99km的沉管隧道方案，如图1.1所示。

其主体工程采用双向六车道高速公路标准，设计时速100km/h；隧道净宽2×14.25m、净高5.1m；设计使用寿命120年；地震基本烈度Ⅶ度。

图1.1港珠澳大桥总平面布置图

Fig1.1Thegeneralarrangementplan

港珠澳大桥的建设旨在满足粤港澳之间的交通运输要求，建立连接珠江入海口东西两岸新的陆路运输通道。

项目建成后，将使珠江西岸地区与香港地区之间客货运输以水运为主、陆路绕行的现实状况得到根本性的改变，从而完善国家高速公路网络以及粤港澳三地的综合运输体系。

通过缩减穿越三地时间，深化珠江口两岸的社会联系，打造“三小时生活圈”。

改善珠江西岸地区的投资环境，加快产业结构调整和布局优化，拓展经济发展空间，继而提升珠江三角洲地区的综合竞争力，保持港澳地区的持续繁荣和稳定，促进珠江两岸经济社会协调发展。

港珠澳大桥将连起世界最具活力经济区，对香港、澳门、珠海三地经济社会一体化起到深远意义。

港珠澳大桥的海底沉管隧道距珠海约22km，是港珠澳大桥跨海集群工程主体工程的重要组成部分，其基槽设计底标高约-45m、行车单孔净宽14.25m、隧道管节宽度37.95m、单节管长180m，采用节段式管节，各节段长22.5m。

侧墙与顶底板厚度为1.5m，采用C50钢筋混凝土。

隧道顶板至原始海床的回淤厚度达23m、纵向长度约3km。

该隧道工程具有管节长度长、埋置深、回淤荷载大、地层差异显著、沉降控制难、抗震标准高、岛隧结合部施工复杂等特点。

如图1.2示，在国内外沉管隧道界尚属首例。

图1.2港珠澳海底隧道纵向布置图

Fig1.2TheLongitudinalfigureforsubseatunnel

港珠澳沉管隧道节段式路面是整体工程的主要组成部分之一，其质量对港珠澳大桥的整体服务水平有着极为重大的影响，路面的施工水平在很大程度上决定了隧道路面的质量，所以应高度重视路面工程的施工管理。

港珠澳沉管隧道节段式路面结构、路面工程材料、各类构件等与普通隧道公路路面均存在较大差异，加之其地理位置上的特点，决定了港珠澳隧道路面施工工艺的独特性、施工工序的复杂性、劳动力及施工机具的多样性以及施工环境的特殊性。

（2）研究意义

沉管隧道由于其自身条件以及所处地理位置等因素限制，使得隧道内处于一个相对封闭、空间狭小、湿度大，隧道路面有可能受到海水侵蚀等不良环境。

车辆进出隧道口加减速频繁，极易发生交通事故，且我国存在交通量增大以及运输物品复杂化的趋势，也增加了隧道交通事故的概率。

施工组织设计是规划、指导建筑工程投标、签订承包合同、施工准备和施工全过程的全局性的技术经济文件，是建筑施工实现科学管理的重要手段。

其主要作用在于通过对施工过程中诸要素的合理组织，即针对工程的具体特点，对施工过程中的资源、技术、费用等因素进行科学合理地统筹安排，保证施工工作在一定的时间和空间上有计划、有秩序地开展。

施工组织设计的设计的好坏，对企业竞争项目起着决定性作用。

好的施工组织设计能够为施工单位实现优质、安全、环保、高效、低耗，取得最大的经营效果，全面地完成施工任务[1]。

施工组织设计是指导现场施工与技术管理的全面性的技术经济文件。

是建筑施工实现科学管理的重要手段，是高质量、低成本、有秩序、高效率的完成建筑工程项目的有力保证措施[2]。

建筑工程施工组织设计是规划、指导建筑工程投标、签订承包合同、施工准备和施工全过程的全局性的技术经济文件[3]。

隧道施工是由多种作业工序构成,其中任何一项工作搞不好，都会对全局造成不利影响,其施工的综合性非常强。

隧道工程的管理实施就是保证各工序正常生产并合理衔接,不断提高隧道的工厂化和规范化施工能力,使工程快速有序的进展,最终实现工程目标[4]。

目前在我国隧道工程中, 施工管理是一个薄弱环节, 大部分还是传统的或受传统模式影响的管理模式, 在组织隧道施工中存在种种误区, 已经越来越不适应市场经济发展的要求[5]。

如何改变观念, 向管理要效益、挖潜力, 是一个急待解决的问题。

隧道施工相对于公路工程中的道路和桥梁施工难度和危险程度更大，隧道施工由于不良的地质条件、设计不合理和施工方法等不当会引发众多地质灾害，如坍塌、涌水、涌砂、岩爆等，再加之隧道施工中较差的工作环境，如通风不畅，噪音大，能见度低等，可能引发的安全生产事故层不穷[6]。

因此，为保证隧道路面在施工过程中各道工序之间有序搭接、相互配合，保证施工作业的协调性、节奏性、配合性和连续性，保证隧道路面结构质量与路用性能，结合路面结构与施工环境的特殊性有针对性地展开对港珠澳海底隧道路面施工组织的研究具有重要的意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1沉管隧道施工的国内外研究现状

沉管隧道是一种沟通江河、海湾、海峡两岸的水底隧道。

所谓沉管法隧道，就是在修建隧道的江河或海湾或海峡的水底下预先挖掘好一条沟槽，把在干坞内预制的沉管从制作场地浮运到江河或海湾或海峡的施工现场，依次沉放在沟槽内并加以连接，从而建成隧道的施工方法。

由于沉管隧道的设计和施工涉及到土木工程、混凝土学、材料科学、水利学、空气动力学等学科，所以技术难度相当的大[7]。

沉管隧道起源于美国，发展于欧洲、日本。

由于沉管隧道具有埋深浅、总长短、地层适应性强、防水性能好、抗震性能高、工期短、且具有军事防御能力。

因此，至世界上第一条沉管隧道建成至今，据统计，目前全世界在建、已修建的沉管隧道达150余座。

雷巨光[8]对沉管隧道施工中的测量控制问题进行了系统性和基础性的研究。

总结出了沉管隧道建造工程所需的各项测量工作,并阐述了各项测量工作的原理和方法。

邱峰[9]结合目前国内沉管隧道施工应用缺乏科学、系统的施工管理经验的现状,围绕沉管隧道建设对工程项目工期、进度、质量、安全及成本管理的顺利实现这一目标，结合沉管隧道建造特点及以前沉管隧道施工与管理经验,系统介绍了沉管隧道在沉管基槽开挖及炸礁,管节预制，管节浮运、系泊,管节沉放、水下对接，沉管基础处理及回填等施工工艺流程、施工工况特点和施工方法，为后续沉管隧道的施工与管理提供了有益的参考。

魏欣海[10]全面深入的分析了沉管隧道工程可视化进度管理系统的主要功能,设计出系统的组成结构、数据传递结构,实现了沉管隧道工程可视化进度管理系统。

并将该系统应用在广州市仑头-生物岛隧道工程进度管理的过程中,根据该工程的进展情况,及时调整更新进度计划,向陆上管理人员提供水下沉管隧道工程实时3D形态,在实际工程的应用过程中,取得了较好的效果,并对该系统进行了改进和完善。

杜朝伟[11]结合国内已建成的沉管隧道对沉管法施工干坞方案比选、管段及接头防水设计进行了探讨分析,对沉管法施工的关键技术如管段制作、管节浮运、沉放及水下对接和基础处理方法进行了归纳。

王吉云[12]介绍了港珠澳大桥沉管隧道工程的施工难点及所应用的新技术，如沉管隧道管节工厂化生产；粗挖、精挖及清淤的基槽开挖方法及设备；碎石刮铺处理基础的方法及设备；体外定位系统及管节浮运与沉放等。

Pulaski、Michael基于完善的施工资料建立了全面控制进度和成本的施工组织设计模式，指出了目前在跨海隧道技术方面取得了重大进展，对于项目效率的提高起到了很大的改善作用[13]。

HansCozijn对釜山-巨济沉管隧道制作了1：

50的拖船与沉管模型，并对拖船及沉管在浮运、沉放、对接过程中的力学行为进行研究[14]

Kiyomiya[15]提出的“弹簧-质量”数学模型，将沉管看成是置于弹性地基土体上的梁、弹簧、阻尼结构，进行纵向地震响应分析。

Dalgic依托BeykozTunnel工程，对浅埋破碎岩层对隧道开挖和支护展开研究，认为浅埋破碎岩层隧道需要进行联合支护，即采用喷射混凝土、钢筋网、锚杆、钢拱架等进行作用，并通过合理的优化开挖工序，降低对隧道失稳破坏的影响[16]。

1.2.2施工组织的国内外研究现状

施工组织设计在有些国家被称为“施工准备”或“施工计划”。

国外对工程施工组织的理论研究相对比较系统和成熟，既注重施工组织设计在技术方面的要求，又综合考虑整个施工织方案的经济性及合理性。

能够把整个工程项目从施工准备、施工过程、工程质量、施工工期、施工成本以及劳动保障措施等进行全方案综合考虑，统筹计划、合理安排。

上世纪二十年代，在建造第聂伯河水电站期间，苏联施工人员编制了世界上第一个较为系