沉管式隧道

1910年，美國底特律水底鐵路隧道的建成，標誌著沉管法修建水底隧道技術的成熟。自香港跨港沉管隧道(1972)和台灣高雄海底沉管隧道(1984)興建后，我國目前建成的沉管隧道有廣州珠江隧道(1993)、寧波甬江沉管隧道(1995)、寧波常洪沉管隧道(2002)、上海外環線越江沉管隧道(2003)、杭州灣海底沉管隧道(2004)、天津海河沉管隧道(2011)、廣州洲頭咀沉管隧道(2011)等10多座。已開展大量沉管隧道前期工作，但最後改變施工工法的隧道有京滬高鐵穿越長江的南京上元門隧道、武漢長江水底隧道(含地鐵)等。

沉管隧道對地基要求較低，特別適用於軟基、河床或海床較淺易於用水上疏浚設施進行基槽開挖的工程地點。由於其埋深小，包括連接段在內的隧道線路總長較採用礦山法和盾構法修建的隧道顯著縮短。沉管斷面形狀可圓可方，選擇靈活。基槽開挖、管段預製、浮運沉放和內部鋪裝等各工序可平行作業，彼此干擾較少。管段預製質量易於控制。

用沉管法修建水下隧道，對建設地點的水文、泥沙、床面土質和場地有一定的要求。若水流速過大或河床有深溝、地形陡峭，或水深過深(超過40m)，則管段的浮運、沉放是困難的。為保證水下基槽成型，水下床面的土質應相對穩定。泥沙條件應至少滿足施工期間不會在基槽內形成快速淤積。潮汐水域應有足夠長的平潮期以便於管段沉放。應有合適的場地用於管段預製和疏浚排出物的處置。此外，為進行水下基礎的構築、管段沉放和水下對接，需要某些專用設備。

沉管隧道與其他橫斷水路的隧道相比，主要有如下特點：

(1)沉管隧道因其能夠設置在只要不妨礙通航的深度下，故隧道全長可以縮短；

(2)隧道管段是預製的，質量好，水密性高；

(3)因有浮力作用在隧道上，所以視比重小，要求的地層承載力不大，故也適用於軟弱地層；

(4)斷面形狀無特殊限制，可按用途自由選擇，特別適應較寬的斷面形式；

(5)沉管的沉放，雖然需要時間，但基本上可在1～3天內完成，對航運的限制較小；

(6)不需要沉箱法和盾構法的壓縮空氣作業，在水相當深的條件下，能安全施工；

(7)因採用預製方式施工，效率高、工期短。

沉管隧道結構形式沉管隧道按管段的製作方式，可分為船台型(鋼殼混凝土管段)和干圬型(鋼筋混凝土管段)兩類。

(一)船台型

船台型的管段是鋼殼與混凝土的組合結構，是利用船廠的船台，先預製鋼殼，將其沿滑道滑移下水后，在浮起的鋼殼內灌注混凝土。鋼殼混凝土管段的橫斷面一般為圓形、八角形和花籃形。鋼殼管段的內斷面為圓形，外輪廓有圓形、八角形等多種，一般用於雙車道，若需設4車道，則可採用雙筒雙圓形組合式斷面。

船台型沉管隧道的優點是：外輪廓斷面為圓形或接近圓形，沉沒完畢后，荷載作用下所產生的彎矩較小，因此在水深較大時，比較經濟；管段的底寬較小，基礎處理的難度不大；管段外殼為鋼板，浮運過程中不易碰損；鋼殼可在造船廠的船台上製作，充分利用船廠設備，工期較短；由於佔大部分重量的混凝土是在管節處於懸浮時澆灌的，故在陸地上時管段比較輕，便於拖運、下水。

其缺點是：管段的規模較小，一般為2車道，內徑一般不超過10m，對於多車道隧道則不經濟；圓形斷面的空間利用率低，且由於車道上方必須空出一個限界之外的空間，車道的路面高程不得不相應壓低，使隧道的深度增加，基槽浚挖量加大；管段耗鋼量大，造價較高；鋼殼存在焊接拼裝的問題，防水質量不能保證，如有滲漏，不易修補；鋼殼本身的防鏽問題尚未完全解決。

(二)乾塢型

乾塢型沉管隧道是在臨時乾塢中製作鋼筋混凝土管段，外塗防水塗料，而後在塢內灌水，管段上浮，拖運到隧址沉放。其橫斷面一般為矩形，我國多採用乾塢型沉管隧道。

乾塢型沉管隧道的優點是隧道橫斷面空問利用率高，建造多車道(4～8車道)隧道時，優勢顯著；車道路面最低點的高程較高，隧道的全長相應較短，所需浚挖的土方量亦較小；不用鋼殼防水，節約大量鋼材；利用管段自身防水的性能，能做到隧道內無滲漏水。

其缺點是：需要修建臨時乾塢，征地搬遷及施工費用高；製作管段時，對混凝土施工要求嚴格，保證干舷和抗浮安全係數；須另加混凝土防水措施。

沉管隧道管段斷面結構形式，按製作材料主要分為鋼殼混凝土管段和鋼筋混凝土管段兩種；按斷面形狀可分為圓所示。

(1)鋼殼混凝土管段

鋼殼混凝土管段是鋼殼與混凝土的組合結構。鋼殼有單層和雙層兩種。單層鋼殼管段的外層為鋼板，內層為鋼筋混凝土環；雙層鋼殼管段的內層為圓形鋼殼，外層為多邊形鋼殼，內外層之間澆築混凝土。鋼殼管段一般用於雙車道隧道，若需設4車道，則可採用雙筒雙圓形組合式斷面。

鋼殼管段的優點有：外輪廓斷面為圓形或接近圓形，在外荷載作用下所產生的彎矩較小，因此在水深較大時比較經濟；管段的底寬較小，基礎處理的難度不大；鋼殼可在造船廠的船台上製作，充分利用船廠設備，工期較短。

鋼殼管段的缺點有：圓形斷面的空間利用率低，耗鋼量大，造價較高；鋼殼的防腐蝕、鋼殼與混凝土組合結構受力等問題不易得到較好解決，且施工工序複雜，

(2)鋼筋混凝土管段

鋼筋混凝土管段的橫斷面多為矩形，可同時容納2—8個車道，有的還設置有維修、避險、排水設施等的專用管廊。如上海外環路沉管隧道為8車道，設有3個車輛通行孑L和2個管廊孔；管段高9.55m、寬43m，最大節長108m。

鋼筋混凝土管段的優點：隧道橫斷面空間利用率高；不用鋼殼防水，節約大量鋼材；其主要缺點有：需要修建臨時乾塢，費用高；製作管段時對混凝土施工要求高，須採取嚴格的施工措施防止混凝土產生裂縫。

沉管隧道在縱斷面上一般由敞開段、暗埋段、沉埋段以及岸邊豎井等部分組成。豎井通常作為沉埋段的起始點以及通風、供電、排水、運料和監控等的通道。但是，根據具體的地形、地貌和地質情況，也可將沉埋段和暗埋段直接相連接而不設豎井，如廣州珠江沉管隧道。

水底隧道的縱坡一般最小為0.3%，最大縱坡可達6%，廣州珠江沉管隧道縱坡最大為4.9%。管段長度一般為100—150 n，，同一隧道的管段長度並不均等。隧道沉管段的長度一定時，確定了管段的長度后，即可確定出所需要的管段數。