沉管隧道基槽开挖及设计

世界隧道　２０００年第６期（１４～１　６）　沉管隧道基槽开挖及设备　ｆ　一｝６　Ｌ（　ＩＩ　（铁道部武汉工程机械研究所　武汉　铁道部武　４　３００６２　）—＿—　ｃ兀　ｊＪ　ｌ＝＝　　√＾　，、　ｌ１（［　ｒ　Ｌ／　摘要　俺要舟绍丁沉管隧道基槽开挖的过程厦所使用设备的特．点，并对设备的使用提出丁一些建设√　美蕾词　ｌ概述　水下随通　（１）对待挖表面的清理。主要是在测量好的待　穿越水域修建沉管隧道．面临的一个首要问题　挖范围内清理石块、杂物等障碍物，用抓斗式挖泥船　就是开挖疏浚沉管基槽。在水下开挖沟槽与在陆地　较适合。如两岸有妨碍定位测量的障碍物也应一并　上开挖有较大区　９，由于水中难以观测．难度要大许　清理．清理后用测深仪测深．以求大致反映出基槽的　多，特别是挖深较大的沉管基槽更是如此。与沉管基　开挖全貌。　槽开挖相似的工程是航道疏浚和水底管线敷设工　（２）基槽切滩。这一阶段要借助定位测量仪器　程，所以它们使用的设备大多相同。　挖除高于水底自然轮廓的浅滩（亦即水中高地）。　根据施工地段水文和地质情况的不同．沉管基　（３）基槽粗挖。根据所探明的地质情况，采用相　槽对开挖方法和开挖设备的要求也不尽相同。对于　适台的挖泥船进行粗挖。粗挖是指分层开挖基槽时　水深较浅、开挖地层较为软弱的泥、沙、土的地段，采　每层的开挖深度较大，效率高，但精度较低的开挖。　用航道疏渣部门现有的一般设备即可开挖；对于水　由于铰吸式挖泥船的效率高，一般进行粗挖可采用　深较探地段，则需较特殊的或专门制作的挖深较大　铰吸式挖泥船。采用抓斗式、链斗式、耙吸等其他种　的设备；对于通过地层为岩石的地段，还需水下爆破　类的挖泥船亦可。　才能进行开挖。除了开挖设备外，定位测量仪器也是　（４）基槽精挖。这一阶段每层的开挖探度较小，　施工设备必不可少的一部分，准确的定位测量是保　速度稍慢，但开挖精度高。如果开挖地层地质条件许　障开挖顺利和工程施工质量的重要手段。此外，由于　可的话，精挖采用自航耙吸式挖泥船较台适。在定位　沉管隧道对地基处理要求较高，在基槽开挖时就必　测量仪器和电子计算机配合下，采用“自航耙吸式挖　须考虑防淤和清淤的问题。　泥船电子图形控制系统”，耙吸式挖泥船可以高效　在水下进行挖掘疏浚工程使用的挖泥船种类较　率、高精度地开挖基槽。在每一层开挖完成之后应准　多，有耙吸、饺吸、链斗、抓斗、铲斗、射流等多种形式　确测深，为下一层的开挖做好准备，或确定基槽开挖　的挖泥船。使用的定位、测量仪器有ＤＧＰＳ接收机、　是否已符台设计要求。将精挖放在临近管段沉放的　微波定位仪、自动追踪型全站仪、经纬仪、水准仪、测　时间进行还可减少成形后基槽中泥沙的淤积，减少　深仪、测深水铊、声速剖面仪、潮位遥报仪、六分仪　清淤的工作量。如果选用抓斗式挖泥船进行精挖则　（较老式，近些年仍有使用）等。　应选用斗容稍小的挖泥船，因为斗容较小的挖泥船　国内航道工程部门承接过国内外多项水下沟槽　定位精度较高，可以使开挖的基槽成形更准确。　的开挖工程，其中包括沉管基槽的开挖工程。除了较　２．２通过岩石类的沉管基檀的工序　深的沉管基槽需要调配太挖深的挖泥船外，其他方　通过地层为岩石类的沉管基槽，其工序与通过　面均在正常范围之内　沉管基槽开挖的泥石方量多　地层为非岩石类的沉管基槽有所不同，大体上可以　为几十万至几百万立方米，也属中等程度。　分为３步。　２沉管基槽的开挖过程　（１）借助定位测量仪器准确定出待开挖的范　围，并设立标志。用挖泥船对待挖基岩表面进行清　２．１通过非岩石类沉管基槽的开挖过程　理，若清理表层泥沙可用耙吸船，并同时用测深仪测　·１４·　维普资讯 http://www.cqvip.com

傅智伟：沉管隧道基槽开挖厦设备　深，以了解待挖基槽的表面状况。　（２）利用炸礁船按设计要求在基岩上钻孔，装　填炸药，将基槽深度范围内的岩石炸开　然后，用抓　斗式挖泥船将炸碎的砂石清除。如果岩石深度大，还　应分层爆破。开挖结束后，可用钻船探摸法测深，若　发现探摸的断面标高未达到设计深度，可用钻进法　来判断该断面的实际情况，较易钻进的可视为漏挖　处理，较难钻进的可用局部爆破法作补炸处理。　（３）用探杆配合经纬仪、水准仪、测深仪进行平　面和水深测量，以最后确认基槽开挖是否符台设计　要求　的岩层带，所以需要爆破才能进行开挖。　珠江隧道基槽待挖基岩表面泥沙清理使用了自　航耙吸式挖泥船。为了爆破施工地段的岩层（岩质为　红砂岩），配备了炸礁船。基槽开挖配备了１　３　ｍ　抓　斗式挖泥船（最大挖深５０　ｍ）、８　ｍ。抓斗式挖泥船　（最大挖深５０　ｍ）、４　ｍ　铲扬式挖泥船（最大挖深１　５　ｍ），以上三种设备均为日本制造。此外，还配备有　４　ｍ　和６　ｍ　抓斗式挖泥船、８　ｍ。反铲式挖泥船，挖　深从１５ｍ到４Ｏｍ不等。工程采用的定位测量设备　主要为Ｄｌ　２型测距定位仪。　４挖泥船的选用　３　国内两座沉管隧道的基槽开挖　３．１　甬江沉管隧道的基槽开挖　宁波甬江沉管隧道１　９９５年建成通车，是我国首　座在软土地基上建成的沉管隧道。甬江隧道基槽通　过淤泥和淤泥质土层，设计底标高为一１　６．５５　ｍ，底　宽ｌ５　ｍ，开挖边坡分别为：ｌ：３、１：５、１；７，并向　（１）在挖泥船的选择上应注意经济性。挖泥船　的成本较高，～般中型船的价格在几千万元甚至上　亿元，所以对于较少开挖的沉管基槽工程，应尽可能　使用现有的设备，避免单纯追求施工进度而使设备　投资过大。　国内现已建成的两座沉管隧道基槽开挖所需挖　上、下游延伸，变坡间各设３　ｍ平坡护道。隧道基槽　长４２０　ｍ，共沉放５节管段，管段外径为１１．９×７．６５　ＩＴＩ，管段长分别为８０ｍ、８５ｍ。根据隧址地质情况、工　期要求和挖泥船的性能，采用抓斗和链斗式挖泥船　泥船从多个航道施工单位调集，这样既可以节约投　资，充分利用现有符台要求的设备，又不致影响工程　进度　（２）不同种类的挖泥船技术性能各不相同，可　以满足不同的需要。　抓斗式挖泥船适应性强，不仅可以开挖泥、沙、　岩层）地层，而且相对挖深较大，但效率较僬。　铰吸式挖泥船开挖效率高，而且适用于较密实　的泥、沙、土地层，但挖深一般不大。　相结合的方式。主要设备以抓斗式挖泥船为主，计有　ｌ　３　ｍ　、８　ｍ　、４　１２１　、２　ｍ　抓斗式挖泥船，其中８　ｍ　挖　最大挖深为５０　ｍ。另外还配备有５００　ｍ　对开式泥　驳，ｌ　０００马力拖轮。为了减少成形基槽的敞鼙时间，　泥船最大挖深２Ｏ余米，为主要挖泥船；ｌ３ｍ　挖泥船　土地层，还适宜于开挖碎石类（如鹅卵石、爆破后的　以减少回淤，基槽精挖分区段与管段沉设交替进行。　为了使基槽边坡稳定后能荷　设计要求，边坡施工　自航耙吸式挖泥船开挖精度较高，特别是配备　亦采用分层作业法，粗挖为３～４　ｍ一层，精挖为２　ｍ　“水深测量计算机自动成图系统”之后，可以使施工　过程的定位、测量基本处于全受控状态，能较精确地　开挖沟槽。　链斗式挖泥船适台于实际开挖地层较深且成形　层。　宁波甬江的回淤较严重，为了克服回淤对沉管　基础的影响，施工单位研制了甬江隧道基槽专用清　淤设备。清淤设备的原理是由高压水泵供水给高压　水枪冲击淤泥，再由空压机供气给气升式吸泥器吸　取淤泥。这与一般冲吸式的挖泥船原理相似。甬江隧　道在清淤时用挡板将清淤区和非清淤区隔开，保证　一　的基槽，效率较高，但适用于较大水深（如２０　ｍ以　上）的很少。　长江下游将要修建的某沉管膳道，其沉管段总　长将达２　０００余米，每节管段长１００余米，基槽最大　了清淤的效果。　挖深约４０ｍ。据有关船舶部门介绍，在长江中、下游　河段，要开挖探且成形的基槽，以链斗式挖泥船为最　佳，但是没有相应挖深的链斗式挖泥船。单就某一项　工程的最大挖深、生产能力的需要专门制造挖泥船　显然是不经济的。又有专家介绍可先用铰吸式挖泥　船进行粗挖，剩４～５　ｎ１深时改用自航耙吸式挖泥船　进行精挖，这对于主要通过沙层的基槽开挖也是适　·　５·　３．２珠江沉管隧道的基槽开挖　珠江沉管隧道于ｌ９９４年建成通车，其沉管段全　长４５７　ＩＴＩ，横断面宽３３　１１２，高８．０５　ＩＴＩ，由长度２２～　１２０ｍ的５节管段组成。　珠江水深在４．２９～１１．０１　ＩＴＩ之间，沉管基槽最　大挖深为２０ｍ左右。沉管基槽主要通过块状和完整　维普资讯 http://www.cqvip.com

世界隧道　用的。现有的自航耙吸式挖泥船有少量挖深可达　深的基槽使用抓斗式挖泥船。　４０　ｍ，但现有的铰吸式挖泥船挖深很难达到３５　ｍ。　表１是为长江下游修建沉管隧道开挖基槽所搜　据对航道工程部门的调研，他们倾向于对大挖　集的一些挖泥船的技术数据。　表１部分挖泥船的技术性能　船体尺寸（ｍ）　主　机　泵　机　生产率　挖深　生产厂家　所在　号　名　称　长　宽　型号　台×马力　型号　台×马力　（ｍ　／ｈ）　（ｍ）　港口　ｌ　铰吸式挖泥船　４８９１　１３．４７　ＭＡＮＶＢｖ　２２　２×２　３００　幅挖宽　１　４５０　１８　荷兰ＩＨＣ　武汉　８　ｍ　２　铰吸式挖泥船　１　７５Ｏ　２Ｏ　天津　３　铰吸式挖泥船　２×１　９６０　１　６００　２２　广州　４　推扬式挖泥船　３５Ｏ０　１６．００　ＶＡＮＭＡＲ　６ＧＣＤＴ　１×８５０　斗容８ｍ　４０　日本永宝　武汉　５　抓斗式挖泥船　斗容８ｍ　５０　日本四国　武汉　建　机　６　链斗式挖泥船　５９５０　１１．５０　６２５０ＡＣＤ　　２×４５０　５００　ｌ６　天津新河　武汉　７　抓斗式挖泥船　斗容１　３ｍ　５Ｏ　日本　广卅ｊ　８　挖自航耙吸式　泥船　４　５００ｍ　仓窖　４５　广州　９　抓斗式挖泥船　斗容４ｍ　３０　太原重机　５定位、测量仪器　微波定位系统，或ＤＧＰＳ和自追式垒站仪定位，也　可使用双ＤＧＰＳ定位系统定位。　近些年，大多数施工部ｆ１引进了国外许多先进　在定位仪器和铡深仪等测量仪器的配台下，挖　的定位、测量仪器，这些仪器在施工中发挥了极大的　泥船在水中施工，超欠挖可以控制在３０　ｃｍ以内。　作用，保证了在水下开挖沟槽的精度和效率　航道工程部门现有的定位测量仪器完全能够满　通常在水下开挖沟槽采用二套定位系统，以相　足沉管基槽开挖的需要。　互比较，保证定位的准确性。例如可采用ＤＧＰＳ和　表２是定位、测量仪器表。　衰２定位、驯■仪器衰　序号　仪器名称　型号　生产商　序号　仪器名称　型号　生产商　１　双频测深仪　４４９Ｍ，ＤＦ　美国ＩＴ　７　潮位遥报仪　２　微波定位仪　Ｔｒｌｓｐｏｎｄｅｒ　英国Ｄｅｌｎｏｔｅ　８　ＤＧＰＳ接收机　法国ｓｅｒＣｅ１　３　微波定位仪　ＤＤＭＵ５４２　９　测距定位仪　ＤＰ２　４　自追式全站仪　ＴＣ一２０００　１０　六分仪　５　声速剖面仪　ＩＴ４４３　美国ＩＴ　１１　经纬仪　６　波浪补偿嚣　英国ＴＳＳ　ｌ２　水准仪　作者简介　（收稿日期｛２０００年９月２Ｏ日）　傅智伟男工程师　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒｅｎｃｈ　ｆｏｒ　Ｉｍｍｅｒｓｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｆ“Ｚｈｉｗｅｉ　（Ｗｕｈａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＲＥＣ．Ｗｕｈａｎ　４３００６２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｕｓｅｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｒｅｎｃｈ　ｆｏｒ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｓｏｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　Ｉｍｍｅｒｓｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ；Ｔｒｅｎｃｈ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ｝Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　·１６·