沉管隧道的设计准则

提要：本文阐述了在联邦德国北部莱尔城附近埃姆斯河下的一座1453m长9车道的公络隧道施工中有关沉管隧道的设计准则。从1986年11月至1987年6月沉埋了五节管段。因为有大量的细微变化控制工程局面，管段的浮运、沉放和基础施工都要求精心设汁和现场监测，以确保结构的安全和质量。

　　工地概况和隧道总体设计

　　从联邦德国北部连接荷兰的新建公路要跨越流经遍布沼泽和沟渠平原地带的埃姆斯河。沿埃姆斯河必须保留供大型船只驶往河上游的港口和船坞自由通过的航道。

　　建造一座隧道而不是桥梁的决定是在以下结沦的基础上做出的，即隧道能提供一既较经济又能有益于环境的可取方案。尽管桥梁方案的造价较低，但经过一些调查之后还是将其放弃了。因为桥梁必须要跨过两岸堤坝和有高出水面的堤前滩地的埃姆斯河，使人感觉到它与低地景观多么格格不入。
　　在工程招标中，由一以荷兰为主的荷兰-德国工程公司集团提出的5节防水混凝土沉管隧道方案被选中。其它的隧道掘进方法，如盾构掘进法和从河岸一侧明挖逐段掘进隧道等都因其造价太高而被淘汰。
　　图1为主要工地概况，其中有永久性和临时性堤坝以及准备浚挖的于船坞。在扩大了高程比例的纵剖面中标出了引入坡道；明挖（由特殊的环形堤临时围护）施工的河堤下隧道部分；以及由5节沉管组成的总长为639．5m的沉埋隧道段。

内　　容

图1莱尔城附近埃姆斯河下的公路隧道 　　①沉管隧道②永久性堤坝③供灌注5节管段的船坞，标准水位下9m④临时堤坝⑤船坞的环形堤坝 　　总宽度为27．50m，高为8．40m的横断面（图2）设计成每侧有两条行车道和一条紧急行车道。如用圆形断面（如盾构掘进的隧道）就要求有较大的高度，因而就会成为更深、更长的隧道（图1），投标文件中的设计是通过在隧道边墙和底部做外层钢钣密封来提供防水，而提交的设计则建议用防水混凝土来取代，即1.00或1．05m厚的混凝土。顶部还加了一层沥青密封和2Ocm厚混凝土覆盖层以防止落下的船锚和沉船的冲击。顶部的方边角做成圆角以防止拖曳着的船锚被隧道挂住。 　　横断面中的空白部分与混凝土部分的比例因受以下两个重要条件的支配只能在很小的变化范围内确定。 　　①管段必须浮运； 　　②在其最终沉埋状态时，加填重的管段必须具有充分抵抗上浮的安全能力。 　　大量的微小数值影响着这些条件。所以，对混凝土的比重，甚至水的比重（如潮汐影响的河水会形成含泥的浑水）的确定都应该格外准确。有关沉埋隧道工程中的若干问题已在两届荷兰三角洲隧道工程研讨会论文集（ImmersedTunnelsl1978andImmersedTunnels21987）中详细介绍。混凝土的厚度极受限制，而且在设计中只允许很小的改变，因此象图2中这样的横断面就限制应用在深水下的隧道工程中。 　　图3为一节127．5m长的隧道管段单元，它被膨胀接缝分五段各长为25．50m的浇注段。在沉埋作业期间，这些接缝被位于顶、底部内的迪维达拉杆拉紧而闭合。管段放到最后沉放位置上以后，切断拉杆，让接缝再次松开。膨胀接缝用支托架固定好以防止垂直和横向位移，但允许纵向膨胀。这些接缝可防止由于收缩而产生的张拉应力，并对沿隧道轴线的不同沉陷能作出一些调整。当用橡胶密封条去封闭一节已沉放好和一节正沉放下来与之相接的管段之间的空隙时，位于管段端头堵墙中间的角架就成为沉放后这时的支承结构。在管段单元东端（右侧），有两个支承管段的钢质撑在，由千斤顶从隧道内向下伸出顶在沉放前预先铺设在基槽内的混凝土板的基础上。 图2沉埋管段的横断面　　图3隧道管段以及临时支承它的角架和由千斤顶来调整的撑柱 　　图4为这第二套支撑结构的详细情况。两个千斤顶用以推动整个钢质撑柱穿过混凝土底部的水密封孔口。千斤顶架则扣在2×6根直径为36mm的钢杆上。这一安排可促使管段最后就位的调整。即使于沉放之后，支承荷载，如果采用应力计来量测它也可以控制。这个第二套支承系统已证明其对几何结构误差和钢杆可能出现的破坏，极为敏感。 ">