2018年第1期 张志刚，等：港珠澳大桥海底沉管隧道基础垡层选型与总体没计 ·35 度约3km,隧道两端均位于海中离岸人工岛上 层的选择是本项目设计中重要的一个环节。 纵向穿越5种地层，建成后是世界上最长的公路 近年来，我国沉管荐道建设进入了快速发展 沉管隧道，也是我国首条于外海修建的海底沉管 时期，江西红谷最长内河沉管隧道己经合龙，深 首-4 圳至中山过江通道工程与大连湾海底隧道工程已 由于水下沉管基槽施工控制的难度大、 水滴 相继启动 本文以在建港珠澳沉管隧道工程为研 条件复杂，槽底处理后表层的施工精度难以达到 究对象，从基础垫层选型思路、总体方案设计、 隧道结构的刚度支撑要求，因而沉管隧道无论是 支撑试验的研究成果、工程现场检测桔况等几个 采用天然地基还是经过特殊措施改良后的人工地 方面讲行系统分析，以便为类似工程提供借鉴 基均需要在地基与隧道管节之间充填垫层材料 基础垫层选型 垫层的主要功能是充填管节底部与基槽底之间的 从沉管隧道垫层设计的发展及实例调查来看 空隙，保证上部荷载均匀传递到下部地基，避免 按处理方法大致可分为先铺法和后铺法两大类 由于地基受力不均导致结构的局部破坏或者产生 先铺法指先铺碎石垫层，后铺法包括喷砂、砂流 拉大的不均匀沉降。基础垫层的工程规模不大， 与压浆3种方法州。 多数设计为1m左右的厚度，但在沉管隧道工程 从国际上的应用情况来看，每种方法均有各 中起的作用却是至关重要的， 垫层选择或设计的 自的优缺点，具体采用哪种方法，需要根据工 合适与否，直接关系到沉管残道工程的长期运营 条件、承包商施工经验、风险控制、工期及经荡 安全。港珠澳海底沉管游道管节数量多、工程冈 性等因素，结合相应的地基处理方案或天然地基 域航运繁忙、水流条件复杂、 下覆地层种举多 现状综合确定。表1中所列为港珠澳海底沉管隧 再加上项目风险控制要求高 工期紧张，基础垫 道基础垫层比选情况 表1沉管隧道垫层对比 Table1 Compar ison of immersed tunnel beddins 项目 后法垫 地层适应 地基适应性好，不会发生液化存在地震液化的可能 存在地震液化的可能 与地基适应性好，不会发生液 施工经哈 似经 水文条件限制小 业不受水文条件限制 沉降可控 年相 航道影响 作业时阿长，对道 水上作业时间短，对航道 工所量 质量有保 质量有保 情所量有保 工期 风险 材料要求 定级配的碎石 砂水混合料 专门配制的砂浆 经济性 保资开州 2.1先铺碎石垫层 的沉管隧道，不论规模大小均采用这种方式。 先铺碎石垫层是采用一个固定在指定位置 种方法对于基础宽度较大的隧道，需要将钢箱的 的简单开口钢箱来实现，一功沿球道轴线方向羧 规模与牵引力设计的很大，经济性差。在20世纪 动钢箱，一边向箱内补充碎石，形成隧道基础垫 末的厄粉海峡隧道建设期间，承包商首次将全覆 层，是最早使用的沉管基础方式。早期美国修至 盖满铺碎石垫层更改为垄沟相间的醉石基础垫层 C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing Hous A1 rights reserved http://www.cnki.ne 2018 年第 1 期 2.1 先铺碎石垫层 先铺碎石垫层是采用一个固定在指定位置上 的简单开口钢箱来实现，一边沿隧道轴线方向移 动钢箱，一边向箱内补充碎石，形成隧道基础垫 层，是最早使用的沉管基础方式。早期美国修建 的沉管隧道，不论规模大小均采用这种方式。这 种方法对于基础宽度较大的隧道，需要将钢箱的 规模与牵引力设计的很大，经济性差。在 20 世纪 末的厄勒海峡隧道建设期间，承包商首次将全覆 盖满铺碎石垫层更改为垄沟相间的碎石基础垫层 表 1 沉管隧道垫层对比 Table 1 Comparison of immersed tunnel bedding 项目 先铺法垫层 后铺法垫层 碎石整平 喷砂 砂流 压浆 地层适应性 与地基适应性好，不会发生液化 存在地震液化的可能 存在地震液化的可能 与地基适应性好，不会发生液 化 施工经验 国内无类似经验 欧美与韩国有类似经验 国内无类似经验 欧洲有类似经验 国内有类似经验 欧洲有类似经验 国内有类似经验 美国及日本有成熟经验 水文条件 受水文条件限制小 作业受水文条件限制 作业受水文条件限制 作业不受水文条件限制 沉降控制 后期沉降可控 后期沉降相对大 后期沉降相对大 后期沉降小 航道影响 水上作业时间短，对航道影响小 设有台架，水上作业时间长， 对航道影响大 水上作业时间长，对航道影 响大 水上作业时间短，对航道影响 小 施工质量 施工质量有保障 可达、易检 施工质量有保障 可检 施工质量有保障 可检 施工质量有保障 可检 工期 管节安装前铺设，与管节安装及 回填工序不冲突，工期短 管节安装后实施，需要临时支 撑，与回填工序有冲突，工期 长 管节安装后实施，需要临时 支撑，与回填工序有冲突， 工期长 管节安装后实施，需要临时支 撑，与回填工序有冲突，工期 长 风险 纳淤能力有限，存在施工期清淤 的风险 存在工后过渡沉降、接头漏水 的风险 存在工后过渡沉降、接头漏 水的风险 需在底板设置压浆孔，渗漏风 险大 材料要求 一定级配的碎石 砂水混合料 砂料 专门配制的砂浆 经济性 设备一次性投入费用高 不需要管节开孔、布管 设备一次性投入费用高 不需要管节开孔、布管 设备简单、费用低 需要管节开孔、布管 设备简单、费用低 需要管节开孔、布管 度约 3 km，隧道两端均位于海中离岸人工岛上， 纵向穿越 5 种地层，建成后是世界上最长的公路 沉管隧道，也是我国首条于外海修建的海底沉管 隧道[1-2]。 由于水下沉管基槽施工控制的难度大、水流 条件复杂，槽底处理后表层的施工精度难以达到 隧道结构的刚度支撑要求，因而沉管隧道无论是 采用天然地基还是经过特殊措施改良后的人工地 基均需要在地基与隧道管节之间充填垫层材料[3]。 垫层的主要功能是充填管节底部与基槽底之间的 空隙，保证上部荷载均匀传递到下部地基，避免 由于地基受力不均导致结构的局部破坏或者产生 较大的不均匀沉降。基础垫层的工程规模不大， 多数设计为 1 m 左右的厚度，但在沉管隧道工程 中起的作用却是至关重要的，垫层选择或设计的 合适与否，直接关系到沉管隧道工程的长期运营 安全。港珠澳海底沉管隧道管节数量多、工程区 域航运繁忙、水流条件复杂、下覆地层种类多， 再加上项目风险控制要求高、工期紧张，基础垫 层的选择是本项目设计中重要的一个环节。 近年来，我国沉管隧道建设进入了快速发展 时期，江西红谷最长内河沉管隧道已经合龙，深 圳至中山过江通道工程与大连湾海底隧道工程已 相继启动。本文以在建港珠澳沉管隧道工程为研 究对象，从基础垫层选型思路、总体方案设计、 支撑试验的研究成果、工程现场检测情况等几个 方面进行系统分析，以便为类似工程提供借鉴。 2 基础垫层选型 从沉管隧道垫层设计的发展及实例调查来看， 按处理方法大致可分为先铺法和后铺法两大类， 先铺法指先铺碎石垫层，后铺法包括喷砂、砂流 与压浆 3 种方法[4]。 从国际上的应用情况来看，每种方法均有各 自的优缺点，具体采用哪种方法，需要根据工程 条件、承包商施工经验、风险控制、工期及经济 性等因素，结合相应的地基处理方案或天然地基 现状综合确定。表 1 中所列为港珠澳海底沉管隧 道基础垫层比选情况。 张志刚，等：港珠澳大桥海底沉管隧道基础垫层选型与总体设计 ·35·