適合于沉管法施工的主要條件是:水道河床穩(wěn)定和水流并不過(guò)急。前者不僅便于順利開挖溝槽,并能減少土方量;后者便于管段浮運(yùn)、定位和沉放。
按管段制作方式可分為船臺(tái)上制作和干塢中制作兩大類型:①船臺(tái)型管段制作。是利用船廠的船臺(tái),先預(yù)制鋼殼,將其沿滑道滑移下水后,在浮起的鋼殼內(nèi)灌筑混凝土。該類管段的橫斷面一般為圓形、八角形和花籃形。由于管段內(nèi)輪廓為圓形,在車輛限界以外的上下方空間雖可利用為送、排風(fēng)道,但車道高程相應(yīng)壓低,致使隧道深度增加,因此溝槽深度和隧道長(zhǎng)度均相應(yīng)增大;又因其內(nèi)徑受限制而只能設(shè)置雙車道的路面,亦即限制了同一隧道的通行能力;同時(shí)耗鋼量大,管段造價(jià)高,而且鋼殼焊接質(zhì)量及其防銹尚未能完善解決,因此只是早期在美國(guó)應(yīng)用較多。②干塢型管段制作。是在臨時(shí)的干塢中制成鋼筋混凝土管段,向干塢內(nèi)放水后,將其浮運(yùn)到隧址沉放。其斷面大多為矩形,不存在圓形斷面的缺點(diǎn);不用鋼殼,可節(jié)省大量鋼材。但在制作管段時(shí),對(duì)混凝土施工工藝須采取嚴(yán)格措施,以滿足其均質(zhì)性和水密性特別高的要求,并保證必需的干舷(管段頂部浮出水面的高度)和抗浮安全系數(shù)。這類管段較船臺(tái)型管段的造價(jià)經(jīng)濟(jì),自50年代以來(lái),在歐洲已成為常用的制作方式。荷蘭鹿特丹馬斯河水底隧道為用干塢制作管段的最早一例。
50年代以前,對(duì)鋼殼制作的管段,曾采用水下灌筑混凝土的方法進(jìn)行水下連接。對(duì)鋼筋混凝土制作的矩形管段,普遍采用水力壓接法。此法是在50年代末期在加拿大隧道實(shí)踐中創(chuàng)造成功的,故也稱溫哥華法。它利用作用于管段后端封墻上的巨大水壓力,使安裝在管段前端周邊上的一圈尖肋型膠墊產(chǎn)生壓縮變形,形成一個(gè)水密性良好的止水接頭(圖2)。施工中在每節(jié)管段下沉著地時(shí),結(jié)合管段的連接,進(jìn)行符合精度要求的對(duì)位,然后使用預(yù)設(shè)在管段內(nèi)隔墻上的 2臺(tái)拉合千斤頂(或利用定位卷?yè)P(yáng)機(jī)),將剛沉放的管段拉向前一節(jié)管段,使膠墊的尖肋略為變形,起初步止水作用。完成拉合后,即可將前后兩節(jié)管段封墻之間被膠墊封閉的水,經(jīng)前節(jié)管段封墻下部的排水閥排出,同時(shí)利用封墻頂部的進(jìn)氣閥放入空氣。排水完畢后,作用在整個(gè)膠墊上更為巨大的水壓力將其再次壓縮,達(dá)到止水。完成水力壓接后,便可拆除封墻(一般用鋼筋混凝土筑成),使已沉放的管段連通岸上,并可開始鋪設(shè)路面等內(nèi)部裝修工作。
用沉管法施工的水下段隧道,比用盾構(gòu)法施工具有較多優(yōu)點(diǎn)。主要有:
①容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預(yù)制,混凝土施工質(zhì)量高,易于做好防水措施;管段較長(zhǎng),接縫很少,漏水機(jī)會(huì)大為減少,而且采用水力壓接法可以實(shí)現(xiàn)接縫不漏水。
②工程造價(jià)較低。因水下挖土單價(jià)比河底下挖土低;管段的整體制作,浮運(yùn)費(fèi)用比制造、運(yùn)送大量的管片低得多;又因接縫少而使隧道每米單價(jià)降低;再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小,隧道長(zhǎng)度可縮短很多,工程總價(jià)大為降低。
③在隧道現(xiàn)場(chǎng)的施工期短。因預(yù)制管段(包括修筑臨時(shí)干塢)等大量工作均不在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
④操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業(yè)外,基本上無(wú)地下作業(yè),更不用氣壓作業(yè)。
⑤適用水深范圍較大。因大多作業(yè)在水上操作,水下作業(yè)極少,故幾乎不受水深限制,如以潛水作業(yè)實(shí)用深度范圍,則可達(dá)70米。
⑥斷面形狀、大小可自由選擇,斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納4~8車道,而盾構(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高,且只能設(shè)雙車道。
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