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沉管式隧道

隧道类型

沉管隧道是将隧道管段分段预制，每段两端设置临时止水头部，然后浮运至隧道轴线处，沉放在预先挖好的地槽(基槽)内，完成管段间的水下连接，移去临时止水头部，回填基槽保护沉管，铺设隧道内部设施，从而形成一个完整的水下通道。

简述
1910年，美国底特律水底铁路隧道的建成，标志着沉管法修建水底隧道技术的成熟。自香港跨港沉管隧道(1972)和台湾高雄海底沉管隧道(1984)兴建后，我国建成的沉管隧道有广州珠江隧道(1993)、宁波甬江沉管隧道(1995)、宁波常洪沉管隧道(2002)、上海外环线越江沉管隧道(2003)、杭州湾海底沉管隧道(2004)、天津海河沉管隧道(2011)、广州洲头咀沉管隧道(2011)等10多座。已开展大量沉管隧道前期工作，但最后改变施工工法的隧道有京沪高铁穿越长江的南京上元门隧道、武汉长江水底隧道(含地铁)等。
沉管隧道对地基要求较低，特别适用于软基、河床或海床较浅易于用水上疏浚设施进行基槽开挖的工程地点。由于其埋深小，包括连接段在内的隧道线路总长较采用矿山法和盾构法修建的隧道显著缩短。沉管断面形状可圆可方，选择灵活。基槽开挖、管段预制、浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业，彼此干扰较少。管段预制质量易于控制。
用沉管法修建水下隧道，对建设地点的水文、泥沙、床面土质和场地有一定的要求。若水流速过大或河床有深沟、地形陡峭，或水深过深(超过40m)，则管段的浮运、沉放是困难的。为保证水下基槽成型，水下床面的土质应相对稳定。泥沙条件应至少满足施工期间不会在基槽内形成快速淤积。潮汐水域应有足够长的平潮期以便于管段沉放。应有合适的场地用于管段预制和疏浚排出物的处置。此外，为进行水下基础的构筑、管段沉放和水下对接，需要某些专用设备。
特点
沉管隧道与其他横断水路的隧道相比，主要有如下特点：
(1)沉管隧道因其能够设置在只要不妨碍通航的深度下，故隧道全长可以缩短；
(2)隧道管段是预制的，质量好，水密性高；
(3)因有浮力作用在隧道上，所以视比重小，要求的地层承载力不大，故也适用于软弱地层；
(4)断面形状无特殊限制，可按用途自由选择，特别适应较宽的断面形式；
(5)沉管的沉放，虽然需要时间，但基本上可在1～3天内完成，对航运的限制较小；
(6)不需要沉箱法和盾构法的压缩空气作业，在水相当深的条件下，能安全施工；
(7)因采用预制方式施工，效率高、工期短。
分类
沉管隧道结构形式沉管隧道按管段的制作方式，可分为船台型(钢壳混凝土管段)和干圬型(钢筋混凝土管段)两类。
(一)船台型
船台型的管段是钢壳与混凝土的组合结构，是利用船厂的船台，先预制钢壳，将其沿滑道滑移下水后，在浮起的钢壳内灌注混凝土。钢壳混凝土管段的横断面一般为圆形、八角形和花篮形。钢壳有单层和双层两种：单层钢壳管段的外层为钢板，内层为钢筋混凝土环；双层钢壳管段的内层为圆形钢壳，外层为多边形钢壳，内外层之间浇筑抗浮混凝土。钢壳管段的内断面为圆形，外轮廓有圆形、八角形等多种，一般用于双车道，若需设4车道，则可采用双筒双圆形组合式断面。
船台型沉管隧道的优点是：外轮廓断面为圆形或接近圆形，沉没完毕后，荷载作用下所产生的弯矩较小，因此在水深较大时，比较经济；管段的底宽较小，基础处理的难度不大；管段外壳为钢板，浮运过程中不易碰损；钢壳可在造船厂的船台上制作，充分利用船厂设备，工期较短；由于占大部分重量的混凝土是在管节处于悬浮时浇灌的，故在陆地上时管段比较轻，便于拖运、下水。
其缺点是：管段的规模较小，一般为2车道，内径一般不超过10m，对于多车道隧道则不经济；圆形断面的空间利用率低，且由于车道上方必须空出一个限界之外的空间，车道的路面高程不得不相应压低，使隧道的深度增加，基槽浚挖量加大；管段耗钢量大，造价较高；钢壳存在焊接拼装的问题，防水质量不能保证，如有渗漏，不易修补；钢壳本身的防锈问题尚未完全解决。
(二)干坞型
干坞型沉管隧道是在临时干坞中制作钢筋混凝土管段，外涂防水涂料，而后在坞内灌水，管段上浮，拖运到隧址沉放。其横断面一般为矩形，我国多采用干坞型沉管隧道。
干坞型沉管隧道的优点是隧道横断面空问利用率高，建造多车道(4～8车道)隧道时，优势显著；车道路面最低点的高程较高，隧道的全长相应较短，所需浚挖的土方量亦较小；不用钢壳防水，节约大量钢材；利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。
其缺点是：需要修建临时干坞，征地搬迁及施工费用高；制作管段时，对混凝土施工要求严格，保证干舷和抗浮安全系数；须另加混凝土防水措施。
结构
横断面结构
沉管隧道管段断面结构形式，按制作材料主要分为钢壳混凝土管段和钢筋混凝土管段两种；按断面形状可分为圆所示。
(1)钢壳混凝土管段
钢壳混凝土管段是钢壳与混凝土的组合结构。钢壳有单层和双层两种。单层钢壳管段的外层为钢板，内层为钢筋混凝土环；双层钢壳管段的内层为圆形钢壳，外层为多边形钢壳，内外层之间浇筑混凝土。钢壳管段一般用于双车道隧道，若需设4车道，则可采用双筒双圆形组合式断面。
钢壳管段的优点有：外轮廓断面为圆形或接近圆形，在外荷载作用下所产生的弯矩较小，因此在水深较大时比较经济；管段的底宽较小，基础处理的难度不大；钢壳可在造船厂的船台上制作，充分利用船厂设备，工期较短。
钢壳管段的缺点有：圆形断面的空间利用率低，耗钢量大，造价较高；钢壳的防腐蚀、钢壳与混凝土组合结构受力等问题不易得到较好解决，且施工工序复杂，
(2)钢筋混凝土管段
钢筋混凝土管段的横断面多为矩形，可同时容纳2—8个车道，有的还设置有维修、避险、排水设施等的专用管廊。如上海外环路沉管隧道为8车道，设有3个车辆通行孑L和2个管廊孔；管段高9.55m、宽43m，最大节长108m。
钢筋混凝土管段的优点：隧道横断面空间利用率高；不用钢壳防水，节约大量钢材；其主要缺点有：需要修建临时干坞，费用高；制作管段时对混凝土施工要求高，须采取严格的施工措施防止混凝土产生裂缝。
纵断面结构
沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分组成。竖井通常作为沉埋段的起始点以及通风、供电、排水、运料和监控等的通道。但是，根据具体的地形、地貌和地质情况，也可将沉埋段和暗埋段直接相连接而不设竖井，如广州珠江沉管隧道。
水底隧道的纵坡一般最小为0.3%，最大纵坡可达6%，广州珠江沉管隧道纵坡最大为4.9%。管段长度一般为100—150 n，，同一隧道的管段长度并不均等。隧道沉管段的长度一定时，确定了管段的长度后，即可确定出所需要的管段数。
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