中国沉管法隧道典型工程实例及技术创新与展望

李志军， 王秋林， 陈　旺， 郭小龙

(中铁隧道集团二处有限公司， 河北 三河　065201)

0　引言

沉管法隧道凭借其埋深浅、地质适应能力强、两岸接线短及对岸线环境影响小等优势[1]，已成为修建跨江越海通道的重要工法，并在国内城市水下隧道工程中得到广泛应用。自1910年美国在底特律河用沉管法修建第1座用于交通运输的水下隧道起，目前全世界已建成的沉管法隧道数量已超过100座。近几十年来，陆续建成的大型混凝土沉管隧道工程，进一步拓展了在高水压、复杂水流和复杂地质条件下的施工技术，能够跨越更深、更宽阔的河口及海峡水道[2]； 新技术、新工艺和新设备的不断涌现，推进了沉管法隧道技术再上新台阶[3]。诸多专家和学者针对国内外沉管隧道的整体技术发展和进步均有较翔实的总结和探讨。

香港在1969—1997年的28年间建成了跨越维多利亚港湾的5座沉管隧道，隧道采用了钢壳沉管(1座)、预应力混凝土沉管(2座)和普通钢筋混凝土沉管(2座)工法，采用了先铺法、喷砂法和砂流法3种不同的沉管法基础[4]，为沉管法工程发展积累了宝贵的经验。考虑到其地理位置和工况的单一性，中国内陆沉管隧道的建设以香港沉管隧道为基础进行了大量的发展和创新。20世纪90年代初，中国大陆建成了第1条公铁两用通行的沉管法隧道——广州珠江隧道。截至2017年底，已建成18座沉管法隧道。随着城市交通的日渐繁荣及城市规划的提升，在沉管法隧道修建技术取得长足进步的今天，沉管法隧道在国内呈现出爆发式的发展。因此，有必要对我国沉管法隧道的关键技术现状和创新按施工工艺的差异性进行归纳和探讨。

目前，我国沉管法隧道修建技术在水位比较稳定的河道和海湾应用较广，但对于水位季节性变化大的江河和大风大浪海洋环境下沉管隧道的修建技术，仍缺少系统性的总结和施工指南。目前国内沉管法隧道技术发展主要有2个方向： 一个是传统的江河沉管法隧道，并逐步从下游往中上游发展，以南昌红谷隧道等项目为代表；另一个是向海洋环境发展，以港珠澳大桥海底隧道等项目为代表。

1　沉管法隧道关键修建技术应用现状

除1972年香港修建的红磡海底隧道采用钢壳沉管隧道外，中国沉管法隧道均采用矩形钢筋混凝土结构。沉管法隧道关键技术主要包括干坞建设、大体积混凝土管节结构预制、管节浮运、管节沉放及对接、接头处理、基础处理及接线工程。

1.1　基槽开挖与航道疏浚

1.1.1开挖方式

沉管隧道基槽开挖与航道疏浚涉及到的地层可能有淤泥、淤泥质土、土层、砂和风化岩石等。浚挖船等设备应根据工程规模、建设要求、水域条件、岩土可挖性和环境条件等影响因素进行综合选择。岩石一般可在必要的预处理后进行挖掘，软质岩石可采用大型绞吸挖泥船、铲斗挖泥船或抓斗挖泥船进行直接挖掘。常用的挖掘船机如图1所示。

1.1.2水下开挖检测

应用卫星GPS定位技术，采用单波束和多波束水下声纳扫描仪对基槽及浮运航道水下地形进行大断面扫测，关键部位采用人工探摸及硬扫测和录像方式[5]，速度快，精度高，确保少超挖、无浅点。多波束扫测生成的水下地形图如图2所示。

(a) 吸砂船 (b) 绞吸船(c) 链斗船

(d) 抓斗船 (e) 长臂挖机(f) 水下爆破

图1水下施工多种船机组合

Fig. 1Multi dredger/machine combination of underwater construction

图2　多波束扫测生成的水下地形图

Fig. 2Underwater topographic map generated by multi-beam scanning and detecting

1.2　干坞建设

干坞是用于预制混凝土管节的场所，管节需要在干坞内预制、存放和一次舾装，然后起浮和拖运。干坞根据构造类型分为移动干坞和固定干坞2类。其中，固定干坞根据其与隧址的位置关系，分为轴线干坞、旁建干坞和异地干坞3种。

1.2.1移动干坞

移动干坞是修造或租用大型半潜驳作为可移动式干坞，在移动干坞上完成管节的预制，然后利用拖轮将半潜驳拖运至隧道附近已建好的港池内下潜，实现管节与驳船的分离，再将管节浮运到隧道位置完成沉放安装工作。2010年建设完成的广州市仑头—生物岛隧道是世界上第1座采用移动干坞建成的沉管法隧道[6]，实现了沉管法隧道建设史上的重大突破，创造了“隧道船上造”的奇迹，如图3所示。

图3　广州市仑头—生物岛隧道工程采用移动干坞预制管节

Fig. 3Movable dry dock adopted in Guangzhou Luntou-Bioisland Tunnel Project for precasting immersed tunnel elements

1.2.2固定干坞

固定干坞分轴线干坞、旁建干坞和异地干坞3类。

1.2.2.1轴线干坞

轴线干坞就是将干坞布置在隧道轴线岸上段主体结构位置。国内沉管法隧道大都采用轴线干坞，如广州珠江沉管法隧道、宁波甬江沉管法隧道、宁波常洪沉管法隧道和天津海河隧道等。主要优点有： 将干坞与隧道岸上段相结合，减少了施工场地的占用，同时岸上段和干坞共用了一部分基坑开挖和支护，可以减少一部分工程费用；管节从坞内拖出后，直接沿隧道纵向浮运，减少了航道疏浚费用。天津海河沉管法隧道轴线干坞布置及实景如图4和图5所示。

图4　天津海河沉管法隧道轴线干坞布置

Fig. 4Axial dry dock layout of Tianjin Haihe River Immersed Tunnel

图5　天津海河沉管法隧道轴线干坞实景

Fig. 5The scenery of axial dry dock of Tianjin Haihe River immersed tunnel

1.2.2.2旁建干坞

干坞建在沉管法隧道的接线隧道旁边，将干坞和接线隧道采用坑中坑、深浅坑和并行坑等共坑设计[7]，可节约用地和临建投入，如佛山东平隧道。

1.2.2.3异地干坞

异地干坞是远离隧道选择合适的岸域独立建造干坞。异地干坞最大的优点是岸上段结构、管节制作以及基槽开挖等关键工序可以平行作业，从而可以最大限度地节省工期。上海外环隧道、香港地铁沙中线过海隧道(见图6)、港珠澳大桥岛隧工程(见图7)和南昌红谷隧道均是采用异地固定式干坞的典型案例。

图6　香港石澳预制场

图7　港珠澳大桥岛隧工程桂山岛沉管预制厂

Fig. 7Guishan Precast Yard of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Island Tunnel Project

1.3　管节预制

中国已建沉管法隧道均采用钢筋混凝土矩形结构，目前采用整体式管节和节段式管节2种预制方法。

1.3.1整体式管节

中国沉管法隧道大部分采用整体式管节进行管节预制，管节混凝土采用横向分层和纵向分段进行浇筑。纵向根据每节管节的长度进行分段，每小段长15～18 m，相邻两小段之间设置1.5 m的后浇带，见图8。横断面分底板、侧墙和顶板2次浇筑，见图9。

1.3.2节段式管节

港珠澳大桥岛隧工程采用的是节段式管节预制。通过采用节段式管节和整体式浇筑，尽可能地减少温度裂纹的出现，使混凝土自身成为永久的防水屏障，不再使用外包材料进行辅助防水[8]。港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道沿纵向划分为33段管节，标准管节长180 m，非标准管节长157.5 m，保证了每22.5 m为1个节段。与国外沉管管节预制的不同之处在于，港珠澳大桥岛隧工程沉管每节将纵向临时预应力保留为永久预应力。港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节分节、整体浇筑及顶推如图10—12所示。

①、②、③代表浇筑顺序。

图8某工程采用的纵向分段管节及后浇带设置示意图(单位： mm)

Fig. 8Sketch diagram of longitudinal segmentation and post-cast strips used in a project (①, ② and ③ represent sequence of casting) (unit: mm)

图9上下分层浇筑纵向施工缝设置沉管管节横截面图(单位： mm)

Fig. 9Cross-section diagram of longitudinal construction joint arrangement for immersed elements by upper and lower layered casting (unit: mm)

图10　港珠澳大桥岛隧工程沉管管节分节(单位： m)

Fig. 10Segmentation of immersed tunnel elements of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project (unit: m)

1.4　管节浮运

轴线干坞一般采用干坞、两岸绞车及水上工作平台绞车方式，将沉管浮运至对应的沉放位置直接进行沉放。当水流流速过大时，可适当增加拖轮等进行吊拖或顶拖。管节浮运如图13—15所示。

图11　港珠澳大桥岛隧工程沉管管节整体浇筑

Fig. 11Monolithic casting of immersed tunnel elements for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

图12　港珠澳大桥岛隧工程沉管管节顶推完成

Fig. 12Completion of incremental launching of immersed tunnel elements for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

图13　宁波常洪隧道管节浮运

图14　宁波甬江隧道管节浮运

1—管段； 2—方驳； 3—液压绞车； 4—顶推拖轮； 5—备用拖轮； 6—芳村岸； 7—水流方向。

图15广州珠江隧道管节浮运

Fig. 15Element transportation of Guagnzhou Pearl River Tunnel

上海外环隧道为异地干坞，采用拖轮吊拖的方式进行管节浮运，如图16所示。

图16　上海外环隧道采用拖轮吊拖

港珠澳大桥岛隧工程管节浮运为异地外海管节浮运，主要依靠大功率拖轮以及通过拖轮与固定在管节上的浮驳对管节采用吊拖与绑拖或顶拖的方式进行浮运，如图17—19所示。

图17港珠澳大桥岛隧工程采用吊拖+绑拖的方式浮运管节(航道内)(单位： m)

Fig. 17Immersed tunnel transportation of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project (in the channel) (unit: m)

1.5　管节系泊

管节预制试浮检漏完成后，若不能及时浮运或不能及时沉放，则需要对管节进行临时系泊。管节系泊可分为坞内系泊和坞外系泊，又可分为坐底系泊和漂浮系泊，如图20和图21所示。

图18港珠澳大桥岛隧工程采用顶拖+吊拖的方式浮运管节(基槽内) (单位： m)

Fig. 18Immersed tunnel transportation of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project (in foundation trench) (unit: m)

图19　港珠澳大桥岛隧工程管节浮运

Fig. 19Element transportation of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

图20　香港地铁沙中线沉管隧道管节在坞内坐底系泊

Fig. 20Bottom mooring of elements in dock in Shatin to Central Link of Mass Transit Railway (MTR)

为满足管节预制任务或作业等需要，分批预制管节时可在航道边临时选一个水域系泊，可采用坐底系泊和漂浮系泊。广州洲头咀隧道沉管采用的是坐底系泊，港珠澳大桥岛隧工程采用的是坞内漂浮系泊。

图21　南昌市红谷隧道工程管节等候浮运期漂浮系泊

Fig. 21Floating mooring of elements of Nanchang Honggu Immersed Tunnel Project

1.6　管节沉放

1.6.1沉放方式

管节沉放是沉管法隧道施工中的重要环节，它受各种自然条件的影响和制约，如气象、水流和航道等。中国沉管法隧道的管节沉放方法均采用了吊沉法，又细分为浮吊法(用起重船或浮箱吊沉)、扛吊法(用驳船扛抬吊沉)和骑吊法(用水上专用作业平台船泊吊沉[9])。无论采用何种方法，其原理一致，即通过平衡负浮力控制沉管下潜。当然，由于设备不同，受力的情况也不同，各种方法都有自身的特点。

1.6.1.1浮吊法

在管节预制时，预埋了3～4个吊点，在沉放作业时用起重船或浮箱提起各个吊点，将管节沉放至预定位置，如图22和图23所示。

1—沉管； 2—压载水箱； 3—起重船； 4—吊点。

图22起重船吊沉法

Fig. 22Crane vessel lifting and sinking method

1.6.1.2扛吊法

扛吊法是采用“扛棒”和“方驳”等相互连接来完成管节的吊沉作业，中国沉管法隧道采用扛吊法的工程只有宁波甬江隧道。采用4组小型方驳，横向2组方驳间用扛棒(钢梁)联系，前后2组方驳间用钢桁架连接，构成一个整体船组。

图23　港珠澳大桥岛隧工程最终接头采用起重船吊沉法

Fig. 23Crane vessel lifting and sinking method for final connection of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

1.6.1.3骑吊法

中国沉管法隧道基本采用骑吊法沉放管节，多利用既有驳船或浮箱，如图24—27所示。

图24　广州洲头咀双驳沉放管节示意图

Fig. 24Schematic diagram of Guangzhou Zhoutouzui double barges immersed tunnel element sinking

图25　广州仑头—生物岛管节沉放

Fig. 25Guangzhou Luntou-Bioisland immersed tunnel element sinking

图26　上海外环隧道管节沉放

Fig. 26Immersed tunnel element sinking in Shanghai Outer Ring Tunnel

图27　香港地铁沙中线首节管节沉放

Fig. 27Sinking of first immersed tunnel element of Shatin to Central Link of Hong Kong Mass Transit Railway

港珠澳大桥岛隧工程和南昌红谷隧道等后续大型沉管法隧道工程，制作专用沉放浮驳设备，每个沉放驳设2个浮箱，自浮骑跨管节，通过吊索与管节相连吊沉管节，如图28和图29所示。

图28　港珠澳大桥岛隧工程沉管浮驳模型

Fig. 28Immersed tunnel element floating barge model for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

1.6.1.4组合沉放方式

广州珠江隧道管节沉放采用500 t起重船和2 000 t方驳船进行组合沉放，如图30所示。

图29　港珠澳大桥岛隧工程管节沉放

Fig. 29Immersed tunnel element sinking of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Island Bridge Project

(a)

(b)

Fig. 30Guagnzhou Pearl River Tunnel immersed tunnel element lifting and sinking method

1.6.2沉放定位

1.6.2.1浅水区沉放

管节沉放多采用全站仪与测量塔法[10]。测量塔为事先安装在管节顶面上的塔形钢结构，其高度根据沉放深度和测量要求而定，常高达10余m，中间有直径为800～1 200 mm的出入人孔。每个管节前后共设2座测量塔，并在其顶部设有测量标志，管节沉放定位基本采用此方式。最终定位采用人工辅助方式，如图31所示。

图31　通过测量塔测量定位管节沉放位置

1.6.2.2深水无人下水沉放

港珠澳大桥岛隧工程管节沉放由于水深达44 m，潜水作业风险大，因此采用“深水无人下水沉放系统”，包括锚泊定位系统、压载控制系统、自动拉合系统、测量控制系统和体内精调系统等，通过信息技术和遥控技术实现管节姿态调整、轴线控制和精确对接。管节平面位置控制测量与管节沉放对接相对位置精度控制测量集成为GPS+RTK+差分声纳控制系统，平面位置控制采用GPS+测量塔，对接精度控制采用GPS+RTK+声呐(红外线/激光等)，轴线精度控制采用贯通测量指导管节修正[11]。港珠澳大桥岛隧工程管节沉放对接测量定位技术如图32所示。

图32　港珠澳大桥岛隧工程管节沉放对接测量定位技术

Fig. 32Sinking, docking, measuring and positioning technology of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

1.7　接头处理

管节接头多采用柔性接头形式。其中GINA橡胶止水带和OMEGA橡胶止水带构成管节接头的2道防水屏障[12]，管节底板设混凝土结构水平剪切键，中隔墙处设钢结构垂直剪切键，纵向设置PC拉锁纵向限位。管节接头透视图如图33所示。

图33　管节接头透视图

1.8　基础处理

基础处理是沉管法隧道的重要工序。基础处理的主要目的是将基础垫平，按其铺垫作业工序安排于管节沉放作业之前或以后，可大体上分为先铺法与后填法2种。

1.8.1后填法

又细分为砂流法(南昌红谷隧道工程、广州佛山东平隧道、广州仑头—生物岛隧道、广州生物岛—大学城隧道和广州珠江隧道等，用得最多)、灌囊法(广州洲头咀隧道)、压浆法(天津海河隧道)和压砂法(上海外环隧道)，如图34—36所示。

图34　砂流法施工沉管基础

Fig. 34Construction of immersed tunnel foundation by sand flow method

宁波常洪隧道基础辅以打设桩基，沉放后桩顶标高低于管底。桩顶与管底通过灌浆囊袋连接, 这样管节的荷载便可通过囊袋传至桩基，管底与基槽底的间隙采用管内灌浆充填[13]，如图37所示。

图35　广州洲头咀隧道现场基础灌囊作业

Fig. 35Foundation sand filling operation at the site of Guangzhou Zhoutouzui Tunnel

图36　天津海河隧道基础采用压浆法施工示意图

Fig. 36Construction sketch of Tianjin Central Avenue Haihe River Tunnel foundation by grouting method

图37　宁波常洪隧道基础处理采用桩基+灌囊法+灌浆法

Fig. 37Ningbo Changhong Tunnel foundation treated by pile foundation + pocket filling method + grouting method

1.8.2先铺法

实际上只有刮铺法一种，按铺垫时所采用的材料不同，又分为刮砂法和刮石法[14]2种，两者的操作工艺基本相同。早期的沉管法隧道多采用刮铺法处理基础。港珠澳大桥岛隧工程基础碎石整平船如图38所示。

图38　港珠澳大桥岛隧工程基础碎石整平船

Fig. 38Rubble leveling barge for foundation of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Project

2　沉管法隧道关键修建技术创新

随着我国“一带一路”政策和经济与城镇化的飞速发展，邻江邻海城市建设已逐步从江河下游向中上游与内河迅猛发展，以已建成通车的地处长江中游的南昌红谷隧道项目为代表，填补了沉管法隧道在江河中游修建的空白。同样，作为长大跨海通道，受航空净高和海运航道等影响，一般采用桥-岛-隧相结合的方式修建通道，其中隧道的修建工法长期受海陆接线、深水高压、暗涌海泥和大风大浪等多种因素的制约，难以突破大断面数千米的隧道修建，而已建成并即将通车的港珠澳大桥海底沉管隧道长度超过5 km，进一步提升了我国沉管法隧道在海洋中的修建长度。上述2个项目的修建过程十分艰辛和困难，针对技术难题创新了诸多关键技术，引领了中国沉管法隧道修建技术，具有里程碑意义。

2.1　一般关键施工技术创新

2.1.1基槽开挖与航道疏浚

体现了中国工业制造的进步，采用了多种水上船机组合开挖，水下开挖检测方法体现了检测仪器的进步，改变了以往打水砣等传统检测方法(存在速度慢、精度低和点位不足的问题)，而采用了速度快、精度高和点位密集的多波束水下检测。

2.1.2浮运与沉放技术

利用北斗、GPS定位可视化技术和大型拖轮等浮运工装的进步，实现了一体化浮运指挥调度，保障了管节浮运姿态的控制精度，提升了在复杂水情及航道、长距离浮运等综合浮运技术的能力。管节沉放技术体现在沉放设备的创新，制作专用的沉放浮驳设备及采用大型起重船等，大幅提升了对管节水下姿态的控制。

2.1.3基础处理技术

以佛山东平隧道和南昌红谷隧道为代表的后铺法灌砂基础，相应配套的施工技术也取得了长足进步。通过施工中采取多种监测及检测方法[15](见图39)，提升了对灌砂基础饱满度的判定精度，沉管隧道基础灌砂质量得到显著提升。

图39　沉管隧道基础灌砂监测及检测方法(冲击映像法+全波场法)原理图

Fig. 39Schematic diagram of monitoring and testing method for sand filling foundation of immersed tunnel (impact imaging method+full-wave field imaging method)

2.2　南昌红谷隧道关键修建技术创新

2.2.1管节浮运与沉放技术创新

2.2.1.1管节纵断面迎流横江浮运

红谷隧道管节纵断面迎流横江浮运作为创新点有3个过程： 一是管节绞拉出坞，干坞内的水流速很小，而管节出坞后纵断面受横向水流的影响，存在往下游偏移搁浅的重大风险；二是过第1座大桥前，管节需转体90°至平行于水流方向，转体过程中，迎流面积从最大变到最小，该过程受力极其复杂；三是管节在调头回旋区打横调头及进隧址，受江心洲及东岸围堰影响，河道宽度大幅度缩窄，导致赣江东汊航道水流速激增及水流向变得复杂，风险极大。施工中，首次创新采用了“挂拖+绑拖+牵拖+吊拖+地锚”的混合拖航浮运管节关键技术，解决了上述风险。

2.2.1.2窄航道长距离浮运管节

红谷隧道为国内首座江河中游沉管法隧道，浮运航道自干坞起，沿途穿越生米大桥、朝阳大桥和南昌大桥，最后到达隧址，全长8 650 m，受季节性降水影响，水位和流速变化幅度大，且浮运航道距离长，水位标高控制严，航道窄且多次蜿蜒转向，施工风险大，浮运窗口期较少。红谷隧道浮运航道平面示意图如图40所示。

2.2.1.3管节浮运安全穿越窄桥孔

管节浮运穿越南昌大桥净跨仅68 m，管节宽度30 m，拖轮宽10.5 m，管节至桥墩净空不足11 m，且桥址河流走向与航道轴线夹角为15°～20°，加之南昌大桥为高桩承台，抵抗水平冲击的能力较弱，一旦管节与桥墩发生碰撞，后果不堪设想。为了防止管节撞击桥墩，采用“筒形自浮式复合材料防撞设施+钢导向柱”防撞装置。在桥墩承台台阶处至桥墩范围内设钢导向柱支撑系统，在承台周围设置筒形自浮式复合材料防撞设施，用以保护桥墩，如图41所示。

图40　红谷隧道浮运航道平面示意图

Fig.40Diagram of transportation channel plan of Nanchang Honggu Immersed Tunnel

2.2.1.4寄放区管节浮运调头进隧址

东岸围堰及江心洲压窄了赣江东汊主河道宽度，使得东汊水流流速急剧上升，流速平均高达1.7 m/s，管节在浮运转体过程中必然会出现纵断面迎流的情况，水流力也随之急剧增大。同时，基槽处水流也流向回旋区，流速平均高达1.35 m/s，2个方向水流在回旋区交汇，使得回旋区流速与流向十分紊乱复杂，造成管节在回旋区浮运转体进入隧道的风险极大。

(a)

(b)

Fig. 41Pier protection facilities of Nanchang Honggu Immersed Tunnel

主要关键技术创新： 采用“5艘拖轮提供调头动力、回旋区上游水中埋置2个重力式锚块系高强度尼龙缆拴在管节腰部，转体过程中将腰部由短缆变长缆护送管节与水流向呈斜交匀速平稳进入隧址基槽”的方式[16]，实现了1.2 m/s流速条件下回旋区内管节浮运调头的安全。

2.2.1.5多管节批量浮运与系泊

江河中游水文窗口浮运条件苛刻，受季节性降水影响，赣江流域水位高、流速大，与管节浮运需求的高水位、低流速相矛盾，浮运窗口期较少；工程建设施工期满足浮运条件的窗口期很短，工期难以保障。通过调整沉管传统“浮一沉一”的施工组织思路，在较少的窗口期内采用集中浮运、临时系泊和连续沉放的方式，确保完成单批次管节的浮运和沉放任务。

2.2.1.6多管节连续沉放与对接

红谷隧道位于江河中游，丰水期与枯水期水位落差达10 m以上，管节在0.6 m/s流速下，沉放定位、压载下沉和接头水力压接等施工技术难度大、风险高，且管节分别从2段逐节安装，在中间进行水下对接。通过采用多功能浮驳、高强耐压耐久止水带及精度调节盖等技术，确保了管节接头的水密性和长距离轴线的精度，实现了在高水差、大流速下最终接头的精准对接[17]。

2.2.2管节沉放基础差异沉降控制技术创新[18]

由于E6和E7管节的沉放时间间隔为6个月，地基可能产生不均匀沉降，从而影响管节对接精度，这种差异沉降可达多少，对管节之间柔性接头有多大影响，都难以判断且风险极高。通过严格控制E6和E7管节接头钢剪切键支座安装精度及安装质量，确保在接头4组剪切键(包括侧墙)及支座均完成后，再拆除鼻托及导向装置，从而控制E7管节的端头沉降量。

2.2.3水下立交接线实现过江通道与沿线路网全互通快速衔接技术创新

红谷隧道为连接老城区和红谷滩新区的快速过江通道。西岸采用主线跟匝道并行的接线型式，主线和匝道接线位于不同的路口，极大地缓解了沉管法隧道衔接的主干道的交通压力。东岸7条明挖匝道采用水下互通立交一体平面基坑设计，实现了“快速过江、水下立交、多点疏散、东西贯通”的交通功能。东岸接线暗埋段正上方规划了1条垂直于沉管轴线的沿江快速路，东岸匝道通过水下立交往南北两侧延伸，和快速路无缝对接，实现了匝道群和岸上5条主干道路网相接，最大限度地发挥了过江沉管隧道的社会效益，如图42和43所示。

2.2.4水下空间开发与修建避难疏散大厅技术创新

红谷隧道东岸接线2个Y字岔口之间设近400 m2的水下疏散中心。隧道内一旦发生紧急情况，人员可以在疏散大厅进行躲避，并沿着垂直逃离电梯和跑梯快速疏散，减少了应急疏散时间，形成了人车分流和直通陆域的防灾疏散无障碍通道。

图42　红谷隧道西岸接线工程

图43　红谷隧道东岸接线工程

紧邻疏散大厅设1座容量为3 000 m3的消防应急水池和泵房，隧道内一旦发生火灾，启动消防设施，消防水池可直接供水灭火，避免了消防水源不足造成次生危害，最大限度地保证了隧道的消防安全。水下疏散大厅和疏散楼梯如图44和图45所示。

图44　水下疏散大厅

图45　疏散楼梯

2.3　港珠澳大桥岛隧工程沉管法隧道关键修建技术创新

2.3.1干坞建设

以港珠澳大桥岛隧工程为代表的工厂化干坞建设技术的创新，进一步保障了管节预制工艺的高效、规范化和工厂化。

2.3.2管节预制

目前管节预制大部分采用刚性整体式钢筋混凝土结构，其预制技术体现在对混凝土浇筑工艺和养护工艺的进步，其防水主要依靠混凝土自身质量的自防水和外部附加防水层。以港珠澳大桥岛隧工程为代表的节段式管节全环整体浇筑预制技术，减少了管节的浇筑次数，增加了单次浇筑混凝土量，取消了混凝土水平施工缝，提升了管节自身的抗渗性能。

2.3.3管节沉放

体现在水下定位探测手段的进步，在以港珠澳大桥岛隧工程为代表的无人水下对接测量定位技术，促进了沉管隧道往更深水域发展。

2.3.4基础处理

以港珠澳大桥岛隧工程为代表的配套先进大型设备沉管基础处理技术，实现了40 m深海底沉管基础的自动化碎石铺垫及整平施工，质量可得到有效保障。

3　未来沉管法隧道技术发展趋势与展望

随着沉管法隧道理论、设计、施工工艺和配套工程的不断发展，关键技术的不断完善，新工程的不断建设，以及新技术、新工艺和新设备的不断涌现，尤其是沉管隧道水下土石方开挖量巨大，超大工程沉管隧道的修建离不开水上开挖船机超大能力的提升。目前在水域满足的条件下可进一步采用大型绞吸船开挖，例如“天鲲号”绞吸船设计挖泥量为6 000 m3/h，可以开挖单侧抗压强度为50 MPa的岩石，大幅提升了水下开挖的能力。“天鲲号”绞吸挖泥船如图46所示。水上作业工装船机能力的提升将推动沉管法隧道技术再上新台阶。

图46　“天鲲号”绞吸挖泥船

Fig. 46The largest and advanced heavy-duty "Tiankun" self-propelled cutter suction dredger with a reamer power of 6 600 kW in Asia

3.1　技术发展趋势

新开工的深中通道工程为世界上首次采用沉管法修建的双向8车道超大超长公路跨海隧道，是中国内陆第1座钢壳沉管隧道(见图47)。深中通道工程管节预制采用船坞法，材料的进步将提升沉管法隧道的防水性能，减少沉管法隧道多种材料的使用，同时东人工岛采用水下互通立交技术实现了路网的快速连接。

图47　深中通道工程钢壳沉管效果图

沉管法隧道多采用浅埋施工，可进一步拓展为悬浮式沉管法隧道[19]，以跨越大的海沟，实现陆地与岛屿、岛屿与岛屿间的长距离交通联系，海底悬浮隧道如图48所示。

图48　海底悬浮隧道

3.2　行业领域突破

实现异地修建干坞、异地预制管节和跨区域浮运沉管的产业发展。我国的海岸线长，可实现沉管法隧道的工厂化区域预制，供给多个沿海及“一江两岸”城市使用。

3.3　助推城市建设

“一江两岸”城市建设已基本完成。在过江隧道建设中，沉管法具有埋深浅、两岸引线短、路网衔接好、使用领域广、轻易实现与地下共同管廊合建和拆迁少等优势，助推城市建设与快速发展。

3.4　江河湖海展望

中国沉管法隧道目前主要集中在长江流域、珠江流域及沿海城市。中国地域广阔，有众多的湖泊和江河，同时，在这些地方也聚集了众多的城市。随着中国现代化建设的发展，交通需求更加巨大，相信沉管法隧道将作为一种重要的隧道工法，在淮河流域、黄河流域、沿海和港湾等区域的城市中一定有其大范围推广应用的土壤。

4　结语

南昌红谷隧道工程地处流速及航道条件苛刻的江河中游，港珠澳大桥岛隧工程地处深水的外海，这2个工程使中国沉管法隧道修建取得了多项重大关键技术的创新和突破，获得了诸多第一手科技成果，也正在引领中国乃至世界沉管法隧道修建地域和水域的拓展。例如我国在琼州海峡跨海通道、大连至烟台跨海通道和汕头湾新通道等工程中也考虑采用沉管隧道的方案，说明目前中国沉管法隧道领域的设计和施工技术已基本成熟，也积累了许多宝贵的资料和经验，但仍应进一步研究，比如软土地基处理、外海高水深及海沟跨越沉管法隧道施工技术和江河中上游沉管法隧道施工技术。

随着中国经济的不断发展和进步，国家“一带一路”建设对水、陆、空交通运输在安全、快捷、舒适和经济等方面提出了更高的要求。大连湾海底沉管隧道、深中通道工程、南昌二七过江通道、襄阳东西轴线沉管隧道和汕头湾新通道等工程的相继开工建设，必将助推沉管法隧道修建技术的快速发展。展望未来修建世界级跨江越海超级工程，沿海城市发展与岛屿国家交通建设，以及建设海上丝绸之路快速通道等领域、地域和水域，沉管法隧道较盾构隧道具有断面布置形式灵活、断面利用率高、接头防水性能好、整体结构安全性高、多场区平行施工速度快、桥岛隧组合多样且经济、通行能力强等独特优势，必将在中国乃至世界得到突飞猛进的发展。

5　致谢

本文引用的部分事例、数据及图片，采用了港珠澳大桥岛隧工程和南昌红谷隧道等中国沉管法隧道相关资料，在此对相关方表示诚挚的感谢。