海底隧道沉管施工綜合技術(shù)方案一、工程概況（一）項(xiàng)目基本參數(shù)本工程為跨海沉管隧道項(xiàng)目，采用干船塢預(yù)制管段的沉管法施工工藝。管段設(shè)計(jì)為雙孔矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單節(jié)管段長(zhǎng)100米，寬35米，高9米，采用C40P8抗?jié)B混凝土澆筑。工程水域最大水深25米，水流速度1.2米/秒，河床地質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主，含少量卵石層。項(xiàng)目包含5個(gè)管段沉放施工，總工期18個(gè)月，需完成管段預(yù)制、基槽開挖、浮運(yùn)沉放、水下連接、基礎(chǔ)處理及覆土回填等關(guān)鍵工序。（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)隧道設(shè)計(jì)使用年限不低于100年，防水等級(jí)二級(jí)以上，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)。管段采用整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，縱向每15米設(shè)置一道變形縫，縫間采用GINA橡膠止水帶與OMEGA止水帶雙重防水體系。管段頂部覆蓋層厚度按航道要求控制為2.5米，基槽底部設(shè)計(jì)標(biāo)高-28.5米，采用1:2.5邊坡開挖形式，槽底寬40米。（三）工程地質(zhì)條件河床表層為2-3米厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，其下為15米厚中密狀態(tài)粉質(zhì)黏土，夾3-5米厚卵石層，基巖面標(biāo)高-45米。地下水位與海水位一致，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。地震基本烈度VII度，設(shè)計(jì)地震加速度0.15g。二、施工總體部署（一）施工分區(qū)規(guī)劃預(yù)制區(qū)：在河岸新建臨時(shí)干船塢，長(zhǎng)120米×寬40米×深12米，配置4套液壓模板系統(tǒng)及混凝土輸送設(shè)備，設(shè)置獨(dú)立的鋼筋加工車間和預(yù)應(yīng)力張拉平臺(tái)。干塢塢底采用30cm厚無筋混凝土墊層，墊層下鋪設(shè)50cm厚級(jí)配砂礫層，防止管段起浮時(shí)產(chǎn)生"吸附效應(yīng)"。塢墻采用鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝與集水井，配備4臺(tái)Φ150mm污水泵排水。水上作業(yè)區(qū)：劃分管段浮運(yùn)航道（寬50米，水深≥8米）、沉放作業(yè)區(qū)（上下游各100米禁航區(qū)）及材料運(yùn)輸碼頭。配備2艘3000噸級(jí)拖輪、4艘定位駁船及1套水上測(cè)量控制系統(tǒng)。航道需提前進(jìn)行清淤處理，確保通航水深，設(shè)置6座臨時(shí)導(dǎo)航燈塔及4套AIS船舶監(jiān)控系統(tǒng)。水下作業(yè)區(qū)：基槽開挖區(qū)設(shè)置分層開挖控制線，采用GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控開挖精度。配備2艘抓斗式挖泥船、1艘絞吸式挖泥船及2艘泥駁船，設(shè)置水下地形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每50米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，確保開挖誤差控制在±30cm內(nèi)。（二）施工流程規(guī)劃本項(xiàng)目采用"干船塢方式"施工，總體流程分為六個(gè)階段：前期準(zhǔn)備階段（1-2月）：干船塢建設(shè)、施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、測(cè)量控制網(wǎng)建立管段預(yù)制階段（3-8月）：鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力施工基槽開挖階段（6-9月）：分層開挖、邊坡支護(hù)、槽底平整管段浮運(yùn)沉放階段（10-14月）：管段出塢、拖運(yùn)定位、精準(zhǔn)沉放水下連接階段（11-15月）：臨時(shí)止水、水力壓接、最終接頭處理收尾工程階段（16-18月）：基礎(chǔ)加固、覆土回填、內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工（三）施工設(shè)備配置主要施工設(shè)備清單預(yù)制設(shè)備：液壓模板系統(tǒng)4套、混凝土輸送泵6臺(tái)、預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備2套水上設(shè)備：3000噸級(jí)拖輪2艘、定位駁船4艘、測(cè)量船2艘、交通艇3艘水下設(shè)備：抓斗挖泥船2艘（斗容2.5m3）、絞吸挖泥船1艘（產(chǎn)量800m3/h）、水下整平機(jī)1臺(tái)測(cè)量設(shè)備：TrimbleR9GNSS系統(tǒng)3套、LeicaTS60全站儀4臺(tái)、HDS3000測(cè)深儀2套潛水設(shè)備：飽和潛水系統(tǒng)1套、ROV水下機(jī)器人2臺(tái)、潛水鐘1個(gè)三、關(guān)鍵施工工序（一）管段預(yù)制施工1.鋼筋工程管段鋼筋采用HRB400E級(jí)鋼筋，縱向主筋直徑Φ32mm，間距150mm，采用直螺紋套筒連接。鋼筋綁扎前進(jìn)行三維坐標(biāo)放樣，設(shè)置5cm厚混凝土保護(hù)層墊塊，墊塊強(qiáng)度不低于C40。底板鋼筋分上下兩層布置，層間設(shè)置Φ20mm架立筋，間距1000mm×1000mm。墻體鋼筋采用"梯子筋"定位，確保保護(hù)層厚度偏差≤3mm。2.模板工程采用18mm厚酚醛覆膜膠合板，背楞為100×100mm方木，間距300mm。外側(cè)模板采用滿堂腳手架支撐，立桿間距600×600mm，設(shè)置雙向水平剪刀撐。模板接縫處粘貼5mm厚海綿條，內(nèi)側(cè)涂刷長(zhǎng)效脫模劑。模板安裝完成后進(jìn)行三維坐標(biāo)復(fù)測(cè)，允許偏差：軸線位置±5mm，截面尺寸±10mm，表面平整度≤3mm/2m。3.混凝土工程采用C40P8抗?jié)B混凝土，摻加粉煤灰和聚羧酸系減水劑，坍落度控制在180±20mm?；炷劣蓴嚢枵炯泄?yīng)，通過輸送泵經(jīng)布料桿澆筑，分層厚度500mm，采用插入式振搗棒振搗，振搗時(shí)間控制在20-30秒/點(diǎn)。澆筑順序?yàn)橄鹊装?、再墻體、最后頂板，墻體混凝土澆筑至頂板底面以下20mm，預(yù)留施工縫?；炷翝仓瓿珊蟾采w土工布灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14天，內(nèi)部最高溫升不超過50℃。4.預(yù)應(yīng)力施工縱向預(yù)應(yīng)力采用15.2mm鋼絞線，張拉控制應(yīng)力1395MPa，采用兩端對(duì)稱張拉工藝。每個(gè)管段設(shè)置16束預(yù)應(yīng)力筋，采用塑料波紋管成孔，真空輔助壓漿工藝。張拉設(shè)備使用前進(jìn)行標(biāo)定，張拉順序?yàn)橄戎虚g后兩邊，對(duì)稱進(jìn)行。張拉完成后24小時(shí)內(nèi)完成壓漿，水泥漿水灰比0.4-0.45，摻加膨脹劑。（二）基槽開挖與處理1.開挖工藝采用"分層開挖、階梯推進(jìn)"法，分三層開挖：上層（-5~-15m）采用絞吸式挖泥船開挖，中層（-15~-25m）采用抓斗式挖泥船開挖，下層（-25~-28.5m）采用精細(xì)開挖。開挖前設(shè)置導(dǎo)標(biāo)和水尺，采用DGPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控船位，每開挖50米進(jìn)行一次水下地形測(cè)量。邊坡開挖采用"二次修坡"工藝，先按1:2.0預(yù)開挖，再修整至設(shè)計(jì)1:2.5邊坡。2.槽底處理基槽開挖完成后采用"先粗平、后精平"處理工藝：粗平采用抓斗船進(jìn)行初步整平，允許誤差±20cm；精平采用水下整平機(jī)，配備GPS定位和超聲波測(cè)深系統(tǒng)，整平精度控制在±15cm內(nèi)。對(duì)局部超挖區(qū)域（深度>30cm）采用級(jí)配碎石回填，壓實(shí)度≥90%。3.邊坡防護(hù)對(duì)卵石層分布區(qū)域的邊坡采用土工格柵+袋裝砂袋防護(hù)，格柵采用雙向拉伸聚丙烯土工格柵，抗拉強(qiáng)度≥80kN/m，鋪設(shè)寬度2.5米，搭接長(zhǎng)度50cm。砂袋采用聚丙烯編織袋，充填中粗砂，袋體搭接1/3寬度，分層錯(cuò)縫鋪設(shè)，共鋪設(shè)兩層。（三）管段浮運(yùn)與沉放1.管段出塢干塢內(nèi)注水至管段起浮水深（8.5米），注水速率控制在0.5米/小時(shí)，同步監(jiān)測(cè)塢內(nèi)水位和管段姿態(tài)。管段起浮后采用4臺(tái)200噸級(jí)千斤頂頂推至塢口，拖輪牽引出塢。出塢前檢查管段密封性能，進(jìn)行壓載水艙調(diào)試，確保管段吃水深度偏差≤5cm，縱傾≤0.1%L。2.浮運(yùn)方案浮運(yùn)時(shí)間選擇在平潮期進(jìn)行，水流速度≤0.8m/s。采用"雙拖輪+輔助拖輪"的拖帶方式，主拖輪位于管段前端，控制方向；輔助拖輪位于管段兩側(cè)，維持穩(wěn)定。浮運(yùn)過程中每30分鐘測(cè)量一次管段姿態(tài)，通過調(diào)節(jié)壓載水保持管段水平。浮運(yùn)航線設(shè)置3個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，每個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)設(shè)置臨時(shí)導(dǎo)標(biāo)，轉(zhuǎn)向角≤15°/次。3.沉放施工沉放作業(yè)在平潮時(shí)段進(jìn)行，提前3小時(shí)進(jìn)入沉放準(zhǔn)備。管段定位采用"四錨兩纜"定位系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)錨纜實(shí)現(xiàn)管段三維精確定位。沉放設(shè)備采用4臺(tái)200噸級(jí)液壓千斤頂，同步控制管段下沉速度（5-10cm/min）。沉放過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管段坐標(biāo)、高程及姿態(tài)，允許偏差：軸線位置±5cm，高程±3cm，扭轉(zhuǎn)角≤0.1°。4.壓載系統(tǒng)管段設(shè)置8個(gè)壓載水艙，分四組對(duì)稱布置。采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，同步調(diào)節(jié)各艙進(jìn)水量。沉放初期采用快速壓載（50m3/min），當(dāng)管段距槽底2米時(shí)改為精細(xì)壓載（5m3/min）。壓載水采用經(jīng)過濾的海水，沉放完成后向艙內(nèi)注入水泥漿，水灰比0.5，注漿壓力0.3-0.5MPa。（四）水下連接施工1.臨時(shí)止水管段沉放到位后，通過調(diào)節(jié)壓載水使管段端面與已安裝管段對(duì)接，GINA橡膠止水帶壓縮量控制在25±2mm。采用水下機(jī)器人檢查止水帶壓縮情況，確保無扭曲、褶皺。臨時(shí)止水完成后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力0.2MPa，恒壓30分鐘無滲漏。2.水力壓接在管段對(duì)接端設(shè)置環(huán)形水艙，通過向水艙內(nèi)注水產(chǎn)生水壓（0.25MPa），推動(dòng)管段緩慢移動(dòng)，使GINA止水帶充分壓縮。壓接過程中監(jiān)測(cè)管段位移和壓力變化，壓接完成后關(guān)閉進(jìn)水閥，保壓12小時(shí)。壓接面間隙控制在20-30mm，最大不超過50mm。3.最終接頭處理采用"干濕結(jié)合"施工法：先在管段接頭處安裝鋼端殼，然后在內(nèi)部搭設(shè)操作平臺(tái)，清除接頭處雜物，安裝OMEGA止水帶。止水帶固定采用不銹鋼壓條，螺栓間距150mm。最后澆筑C45微膨脹混凝土，采用水下不分散混凝土，坍落度200±20mm，通過導(dǎo)管法澆筑，初凝時(shí)間≥6小時(shí)。4.接頭防水接頭處設(shè)置三道防水防線：第一道GINA橡膠止水帶，第二道OMEGA止水帶，第三道聚氨酯密封膠。止水帶安裝前進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、破損。密封膠施工前對(duì)接縫表面進(jìn)行噴砂處理，表面粗糙度達(dá)到Sa2.5級(jí)，涂刷底涂后施打密封膠，膠層厚度10-15mm。（五）基礎(chǔ)處理與回填1.基礎(chǔ)加固采用"砂流法"進(jìn)行基礎(chǔ)處理，在管段底部?jī)蓚?cè)設(shè)置20個(gè)噴砂口，通過高壓空氣將中粗砂（粒徑0.5-2mm）噴射至管段底部空隙。噴砂管直徑150mm，工作壓力0.6-0.8MPa，砂流量控制在50m3/h。噴砂過程中監(jiān)測(cè)管段沉降，單點(diǎn)沉降量≤5mm，相鄰管段差異沉降≤3mm。2.覆土回填分三層進(jìn)行回填：第一層（管頂0-1m）采用級(jí)配碎石，采用人工拋填；第二層（1-2m）采用中粗砂，采用吹填法施工；第三層（2-2.5m）采用原狀土，采用抓斗船拋填?；靥钸^程中控制回填料粒徑≤300mm，最大塊體重量≤50kg?；靥钍┕墓芏蝺蓚?cè)對(duì)稱進(jìn)行，高差≤1m，回填速率≤0.5m/天。3.航道恢復(fù)回填完成后進(jìn)行航道疏浚，按設(shè)計(jì)要求恢復(fù)航道底標(biāo)高。設(shè)置2個(gè)永久導(dǎo)標(biāo)和4個(gè)水深監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行航道監(jiān)測(cè)。清理施工遺留物，拆除臨時(shí)導(dǎo)航設(shè)施，恢復(fù)水域通航條件。四、質(zhì)量控制措施（一）原材料控制1.鋼筋：采用HRB400E級(jí)鋼筋，每批進(jìn)場(chǎng)鋼筋進(jìn)行力學(xué)性能和重量偏差檢驗(yàn)，屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值比值≥0.85，抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值比值≥1.25。鋼筋焊接接頭進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，閃光對(duì)焊接頭外觀檢查合格率100%。2.混凝土：水泥采用P.O42.5R水泥，粉煤灰采用Ⅱ級(jí)以上，粗骨料采用5-25mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量≤1%?；炷僚浜媳冗M(jìn)行正交試驗(yàn)確定，每工作班進(jìn)行2次坍落度測(cè)試，每100m3制作3組抗壓試塊、2組抗?jié)B試塊。混凝土28天抗壓強(qiáng)度≥40MPa，抗?jié)B等級(jí)≥P8。3.防水材料：GINA止水帶采用天然橡膠制成，邵氏硬度60±5度，拉伸強(qiáng)度≥18MPa，扯斷伸長(zhǎng)率≥400%，壓縮永久變形（70℃×24h）≤25%。止水帶接頭采用熱硫化連接，接頭拉伸強(qiáng)度≥母材強(qiáng)度的80%。（二）施工過程控制1.測(cè)量控制：建立三級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，首級(jí)控制網(wǎng)由業(yè)主提供，施工控制網(wǎng)按二等三角測(cè)量精度建立，加密控制網(wǎng)按三等導(dǎo)線測(cè)量精度建立。管段預(yù)制采用三維坐標(biāo)測(cè)量，允許偏差：長(zhǎng)度±10mm，寬度±5mm，高度±5mm，對(duì)角線差≤10mm。2.混凝土施工控制：采用電子計(jì)量攪拌站，計(jì)量偏差：水泥±1%，骨料±2%，水±1%。混凝土澆筑溫度控制在5-30℃，夏季施工采用冰水拌合、骨料預(yù)冷措施，冬季施工采用熱水拌合、骨料預(yù)熱措施?；炷羶?nèi)外溫差≤25℃，降溫速率≤2℃/天。3.防水施工控制：變形縫處設(shè)置三道防水防線：GINA止水帶、OMEGA止水帶和背貼式止水帶。止水帶安裝位置偏差≤5mm，固定點(diǎn)間距≤300mm。施工縫處設(shè)置遇水膨脹止水條，寬度20mm，膨脹倍率≥200%。（三）檢測(cè)與監(jiān)測(cè)1.管段檢測(cè)：管段預(yù)制完成后進(jìn)行外觀檢查，表面平整度≤5mm/2m，蜂窩麻面面積≤0.5%，且不允許有裂縫。進(jìn)行灌水試驗(yàn)，管段兩端封閉后充水至設(shè)計(jì)水頭，恒壓24小時(shí)滲漏量≤0.01L/(m2·d)。2.沉放監(jiān)測(cè)：沉放過程中采用全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)監(jiān)測(cè)，每10分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，管段軸線偏差≤5cm，高程偏差≤3cm，扭轉(zhuǎn)角≤0.1°。沉放完成后進(jìn)行水下三維掃描，接縫處錯(cuò)臺(tái)≤10mm。3.結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)：在每個(gè)管段設(shè)置6個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)、4個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。施工期間每周監(jiān)測(cè)1次，運(yùn)營(yíng)初期每月監(jiān)測(cè)1次，后期每季度監(jiān)測(cè)1次。允許沉降量≤50mm，差異沉降≤20mm，結(jié)構(gòu)應(yīng)力≤設(shè)計(jì)值的80%。五、安全與環(huán)保措施（一）安全管理1.水上作業(yè)安全：施工船舶配備AIS系統(tǒng)和VHF通訊設(shè)備，船員持證上崗，嚴(yán)禁酒后作業(yè)。設(shè)置救生衣、救生圈、救生筏等救生設(shè)備，每艘船舶配備2套消防器材。水上作業(yè)人員穿戴救生衣，作業(yè)平臺(tái)設(shè)置防護(hù)欄桿和安全網(wǎng)。2.水下作業(yè)安全：潛水作業(yè)前進(jìn)行設(shè)備檢查和環(huán)境評(píng)估，潛水員持證上崗，配備潛水監(jiān)督和應(yīng)急潛水員。潛水作業(yè)采用"雙人作業(yè)"制度，水下工作時(shí)間不超過60分鐘/次，潛水深度不超過30米。水下焊接作業(yè)配備防爆設(shè)備，設(shè)置水下警示燈。3.應(yīng)急預(yù)案：制定管段浮運(yùn)傾覆、船舶碰撞、潛水事故等專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，每半年組織一次應(yīng)急演練。建立應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫，配備應(yīng)急拖輪、潛水設(shè)備、醫(yī)療救護(hù)設(shè)備等。與當(dāng)?shù)睾Ｊ隆⑾?、醫(yī)療部門建立應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制。（二）環(huán)境保護(hù)1.水污染防治：施工廢水經(jīng)三級(jí)沉淀池處理后回用，油污水經(jīng)油水分離器處理，含泥廢水經(jīng)絮凝沉淀處理。船舶生活污水收集上岸處理，禁止向水域排放未經(jīng)處理的污水。施工船舶配備垃圾收集箱，生活垃圾上岸處理。2.大氣污染防治：施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置圍擋，出入口設(shè)置洗車平臺(tái)，運(yùn)