-從投標(biāo)設(shè)計(jì)到沉管隧道施工的工程發(fā)展-斯德哥爾摩Citybanan工程的S

1、個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途W(wǎng)v從投標(biāo)設(shè)計(jì)到沉管隧道施工的工程發(fā)展一斯德哥爾摩Citybanan工程的Soderstroms隧道.摘要：Soderstromstunneln是巴南城項(xiàng)目的一部分，巴南城位于瑞典的斯徳哥爾摩.該項(xiàng)目由 一個(gè)長約6千米的雙線隧道和兩個(gè)新地下車站組成，這條隧道運(yùn)行在斯徳哥爾摩市中心地 下。沉管隧道 Soderstromstunneln 約 440 米長，位于 Riddarifjarden 的東部，連接 Riddarholmen 和 Sodermalm.承標(biāo)設(shè)訃階段包括對業(yè)主招標(biāo)設(shè)計(jì)的全而改革。將澆鑄在干物中的混凝上管廿改為澆鑄 在移動(dòng)干塢中的具有鋼外殼的復(fù)合管節(jié)。合同簽署

2、后，由于施工地點(diǎn)和運(yùn)輸線路的變更，該 項(xiàng)目經(jīng)歷了好幾個(gè)發(fā)展階段在這一時(shí)期，主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也從普通的鋼筋混凝上改為縱向后張方 案施工時(shí)，更改長排設(shè)計(jì)是為了進(jìn)一步優(yōu)化浮動(dòng)條件下復(fù)雜的建設(shè)順序。關(guān)鍵詞 沉管隧道，鋼一混復(fù)合材料，設(shè)計(jì)-制造項(xiàng)目，項(xiàng)目發(fā)展1.簡介Soderstromstunneln是巴南城項(xiàng)目的一部 分，巴南城位于瑞典的斯徳哥爾摩。該項(xiàng)目 由一個(gè)長約6千米的雙線隧道和兩個(gè)新地下 車站組成，這條隧道運(yùn)行在斯徳哥爾摩市中 心地下。這條新線建成后，斯徳哥爾摩帀中 心的鐵路運(yùn)力將提高一倍圖1為該項(xiàng)目的 概觀。Soderstromstunneln 約 440 米長，位于 Riddariljarden

3、 的東部，連接 Riddarholmen 和 Sodermalm0隧道的設(shè)計(jì)和制造合同是與Zublin Scandinavia AB 和 E。Pihl&SonA.S。合資公 司簽訂的，兩位主要的設(shè)計(jì)師分別是Ed。 Zublin AG （深坑施工、巖石隧道和樁基礎(chǔ)）、 C0WI （沉管隧道和結(jié)合處）.圖1.巴南城項(xiàng)目概覽該合同價(jià)值13.3億瑞典克郎，從160億克朗的巴南城項(xiàng)目預(yù)算中扣除。 Soderstromstunneln由兩條短的硬巖隧道組成，這兩條隧道的兩頭都有蓋挖隧逍，中間有一 個(gè)結(jié)合部和300米長的沉管隧道.在Sodermalm的南側(cè)，一個(gè)增加的200米長的隧逍通道將 被建成巖石隧道。

4、由于覆蓋在基巖上的上質(zhì)較松軟，沉管隧道的組成部分將由4組樁群支撐，并且有一部 分樁群固立于在現(xiàn)在的海床上樁群之間的標(biāo)準(zhǔn)距離是55米，將沉管隧逍建成為一個(gè)水下橋 梁。圖2為縱向提高正而圖.進(jìn)入現(xiàn)場的要求非常嚴(yán)格，因?yàn)楦浇乃钜刂圃?。5米以 內(nèi)，而且工地位于斯徳哥爾摩的中心地帶，北邊就是具有歷史意義的Riddarholmen,那里禁 止重型施工車輛通行。圖乙縱向提髙正而圖，完工圖（從北至南）2.業(yè)主設(shè)計(jì)圖2.1總體圖3縱向提高正而圖（業(yè)主解釋性設(shè)訃）設(shè)計(jì)規(guī)格包括一系列需要滿足的具體要求，例如：不銹鋼薄膜，嚴(yán)格的縫隙寬度標(biāo)準(zhǔn)。 為能夠有更多可選擇方案，合同文件是對外開放的在招標(biāo)和談判期間，在業(yè)

5、主的要求下，進(jìn) 行了數(shù)個(gè)成本縮減調(diào)整。接下來將討論最重要的部分.2.2結(jié)構(gòu)體系隧逍的結(jié)構(gòu)體系是錨固在南部巖仃上的一個(gè)連續(xù)橫梁.隧道的北端是可移動(dòng)的，活動(dòng)縫 位于結(jié)合部內(nèi)部?；顒?dòng)致密接頭由兩個(gè)一樣的歐米伽封閉，內(nèi)部的封閉可以在干燥環(huán)境下進(jìn) 行檢查，只需經(jīng)由一個(gè)環(huán)繞隧道的坑逍。外部的封閉可以經(jīng)由坑道査看,但這種情況下必須有 潛水員的幫助，因此外部坑道是永久浸水的。圖4.隧道橫切而示意圖（業(yè)主解釋性設(shè)訃圖）該隧道有4種不同的支撐:1）在結(jié)合部內(nèi)的傳統(tǒng)橋梁支座，2）直接由混凝上底座支撐， 3）鋼樁芯樁群和4）干塢的混凝上板堆為了減少縱向移動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)部壓力，結(jié)合部外的 所有支撐都裝備了聚乙烯滑動(dòng)層。由于

6、縱向滑動(dòng)力較小，因此最南端的支撐沒有這一裝備。 圖3為縱向提高側(cè)而圖。根據(jù)業(yè)主的設(shè)汁圖，隧道建議建成墻體和底板帶有3mm不銹鋼薄膜的傳統(tǒng)混凝丄隧道. 頂板上有瀝青薄膜，起保護(hù)作用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)指明不包括鋼薄膜。進(jìn)而，推薦建造一個(gè)壓載物 軌道系統(tǒng)，使得軌道系統(tǒng)總高度達(dá)到0.91m.參見圖4。2.3施工順序業(yè)主設(shè)計(jì)圖所示的施工順序包括校正干塢;建議首先將隧道北端澆筑到干塢內(nèi)。使該部 分浮起，然后放置在終點(diǎn).重建干塢的后墻和北邊環(huán)繞該部分外部的建設(shè)深坑。接著重建南 部，過程與北部類似。此時(shí)便能夠澆筑南北兩端的結(jié)合處，最后中部就能直接澆筑到這兩部 分已經(jīng)確立了位置的末端上參見圖2和圖3.-1訓(xùn)圖5.建適順序

7、1、2 （業(yè)主解釋性設(shè)汁圖）TIlliIIiii圖6.建造順序5、6 （業(yè)主解釋性設(shè)訃圖）在業(yè)主設(shè)計(jì)圖中，施工過程的中期是干塢?？蚣茉O(shè)計(jì)包括一個(gè)完全對準(zhǔn)的浮橋和一個(gè)大 的浮動(dòng)工作平臺，該平臺是為重型起重機(jī)之類的東西而設(shè)的。干塢的施工建議是，使用鋼板樁墻施工，水下底板用樁支撐建造。上部是由一個(gè)大桁架 支撐的。干塢寬約25米，長約100米。如圖7所示，干塢部分的臨時(shí)干塢施工包括大量的樁，水下混凝上和結(jié)構(gòu)鋼，這些都是 不能永久性重復(fù)利用的對于隧道施工的可選擇方案的尋找存在很大的爭議.3.招標(biāo)階段的項(xiàng)目進(jìn)展3.1浮動(dòng)鋼盒一從鋼材集散場到斯徳哥爾摩的浮動(dòng)運(yùn)輸圖8 1號隧道元件的鋼殼，已完成第一步澆筑根據(jù)

8、業(yè)主設(shè)計(jì)圖,需要改變的的最重要部分是臨時(shí)建造干塢。推薦方案中，要將20米深的 建設(shè)深坑打開和關(guān)閉數(shù)次，還要把建造干塢中100米長的墊板堆起來,這兩項(xiàng)工作都花費(fèi)巨 大，而且耗時(shí)很長。承包商和顧問在尋找一個(gè)減少開放次數(shù)和臨時(shí)建造的方案。業(yè)主特別要 求外墻要有一個(gè)3毫米的不銹鋼外殼（或者與之類似的東西）和底板。這個(gè)想法是為了運(yùn)用 鋼材建造浮動(dòng)框架，這就使建造干塢過剩了。該方案要求有一個(gè)比最初的3mm不銹鋼殼更厚的殼.經(jīng)過投標(biāo)階段的討論，決左將3mm厚的 不銹鋼換成10mm厚的碳鋼。這10mm全部用于臨時(shí)階段，貝中的5mm用于一側(cè)的腐蝕裕 度.剩下的5mm鋼材，可以在征得業(yè)主同意后運(yùn)用到永久結(jié)構(gòu)中，詳

9、情參見3。2。為了加強(qiáng)薄鋼板，縱向扁球鐵的焊接間隔為1，0米，堞型梁則是橫向焊接，間距為1, 5米. 保持整體穩(wěn)定性的一個(gè)間距6米的支撐系統(tǒng)，包括兩個(gè)大型縱向H型橫梁。壓力的傳導(dǎo)是從 堞型梁經(jīng)過墻頂?shù)目v梁到底板的支撐線。這種鋼材是為臨時(shí)荷載狀況設(shè)計(jì)的，它能承受的壓 力包括裝卸貨，海上運(yùn)輸,停泊，以及混凝丄澆筑。其主要荷載是隧道管節(jié)逐漸下沉中產(chǎn)生 的水壓.圖9.隧道元件的剪力接合器在拐角處的細(xì)ij圖3.2鋼一混復(fù)合材料根據(jù)相關(guān)規(guī)格，鋼筋混凝土的縫隙寬度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)控制在0.1mm內(nèi)這項(xiàng)規(guī)泄的實(shí)施需要有一個(gè)很髙的配筋率對此與業(yè)主達(dá)成了共識：岀于對結(jié)構(gòu)的考量, 允許使用厚度為5mm的鋼殼。這就為外部鋼材用

10、于臨時(shí)和永久階段創(chuàng)造了可能。殼與混凝 土段之間的剪切通過安全螺栓傳遞參見圖9螺栓是用來減輕這兩者之間的滑動(dòng)，其使用率 僅為設(shè)計(jì)值上限的55%。這是依據(jù)BS5400第5部分得出的結(jié)論.5毫米的鋼殼（超過使用期限時(shí)出現(xiàn)腐蝕仍然保留）是作為每1米平板上5000平方亳米的外部強(qiáng)化物而使用的，相當(dāng)于一層025鋼筋。在裂隙寬度的計(jì)算中，出于對混凝土張力的考量而使用了外部強(qiáng)化物，裂隙長度的汁算只將預(yù)埋鋼筋納入了考慮.圖10。隧道橫切而（完工圖）3。3橫切面在投標(biāo)階段和最終設(shè)計(jì)時(shí)，各方關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)是如何縮小隧道的外部容積，從而減輕 其重量。但由于爆破任務(wù)過于艱巨，所以無論是隧道內(nèi)部還是外部，任何大規(guī)模的縮減

11、都是 不現(xiàn)實(shí)的。然而，對隧道內(nèi)部寬度和重量的優(yōu)化則實(shí)現(xiàn)了這一可能。用平板軌道系統(tǒng)取代碎石軌道系統(tǒng)可以最大限度的削減橫切面的體積。其總高度將由0o91m 減少至0.50m.參見圖10。這一方法有效減少了最壞情況下的重量，因此也極大的肖省了隧 道元件和樁基礎(chǔ)的數(shù)量。此隧道是建筑在樁支撐之間，就像一個(gè)地下橋梁一樣，與傳統(tǒng)沉管 隧道相比較，當(dāng)前的地基建造原則使隧道對高效固泄負(fù)載反應(yīng)非常靈敏。3.4建造順序圖11即將安裝的隧道元件斯徳哥爾摩中部的臨時(shí)干塢由三個(gè)浮動(dòng)鋼殼組成的浮動(dòng)鑄件替換,這一轉(zhuǎn)變使重排建造 順序和調(diào)整隧道長度變?yōu)榭赡堋榱藴p少隧道北端的建筑深坑，決立盡可能的延長隧道長度。 實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想需

12、要很多步驟，最終的方案是將隧道總長度延長19. 2m.沉管隧道組成部分總 長度為300m。隧道劃分為3段，其中兩段長度為1075m,另外一段為85m.之所以要將整條 隧道分為幾段稍短的部分，是因?yàn)樗淼赖哪隙寺杂谢《?，進(jìn)而將增大隧道的寬度。對于交通 運(yùn)輸來說，寬度至關(guān)重要，關(guān)于這一點(diǎn)，本章稍后還有闡述。能夠?qū)⑺淼赖挠⒅幸粋€(gè)部分一鋼外殼一移出易受滋擾的斯徳哥爾摩中部城區(qū)，要?dú)w功于對鋼 部分的引進(jìn)。最終決左在Estonia的Talliinn的一個(gè)船塢制造鋼外殼。圖12為即將安裝的第 一部分。為縮減在斯徳哥爾摩城市中部的工作疑，大約50%的混凝丄將在城外澆筑。為此找 到了一個(gè)合適的場地位于Malare

13、n湖，臨近Sodcrtaljc。此處有自己的港口設(shè)備，可作為永 久的混凝土拌和廠使用隧道外混凝上的拌和疑是由運(yùn)輸船吃水深度決泄的。在招標(biāo)階段的初期,最開始的想法是打算直接將隧道元件拖到斯徳哥爾摩，后來改為用 經(jīng)由Baltic海的平底貨船裝運(yùn)。由于隧道施工地點(diǎn)不在斯徳哥爾摩，而Soderstrom隧道位于 斯徳哥爾摩的Malaren湖的Slusscn（水閘）附近，因此實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案的主要困難就是Sodertajie 水閘是通往施工地點(diǎn)的必經(jīng)之路，而它又過于狹窄,難以容納隧道元件。招標(biāo)階段給出的決 方案是，在通過水閘之前，將隧道元件卸載下來并借助壓載箱使英翻轉(zhuǎn)，隧道元件就豎起來 了，底板與地而垂直。

14、穿過碼頭之后，再將英翻轉(zhuǎn)到原來的位苣即可。該方案經(jīng)過調(diào)整，其后用來解決鋼外殼的運(yùn)輸,即用支架將鋼外殼架到貨船頂部，這樣它就髙出了碼頭的鐵路線。 這都是經(jīng)過相關(guān)專家證實(shí)了的，該方案為體積大于水閘的貨品能夠順利通過創(chuàng)適了可能.圖12。隧道元件正在通過碼頭當(dāng)混凝上澆筑到總量的50%時(shí)，隧道元件就會(huì)被運(yùn)往施工地點(diǎn)進(jìn)行剩余的混凝上澆筑, 至此，隧道元件完成了埋入前的所有工序。為確保沉埋工作的連續(xù)性，三部分隧道元件必須 在沉埋工作開始前就結(jié)束所有工序。與此同時(shí)，岸邊的兩部分也要完工。圖13。沉管連接圖為避免頻繁開合通往南北岸建筑深坑的墻體，應(yīng)用了沉管隧道的一個(gè)典型系統(tǒng)。南岸的 隧道元件和挖埋隧道都安裝了隔

15、板、GINA墊圈和（或）GINA構(gòu)架。GINA構(gòu)架安裝在隧 道橫切而的外部，因此從內(nèi)部焊接鋼外殼之后;接介處的橫切而就完成了全層加筋混凝上部分 的建造。一個(gè)完整的隧道就此建成。圖14.沉埋順序，2號元件沉埋并與3號相連接最后的接合處理應(yīng)用了特殊方案按照慣例，所有的隧道元件完成沉埋之后，潛水員會(huì) 在元件之間預(yù)留的1.5-2o 5米距藹中放宜結(jié)橋，同時(shí)元件之間還要安裝一些支架.用于抵 抗接合處排水之后受到的水壓。為避免由潛水員完成所有工作，決泄采用一種新的方案一由結(jié)合部充當(dāng)最后的接合處。TempirLPosition of IE1 during immersion ofTE2Tunnel elem

16、ent 吒 1Permanent Seal圖15。結(jié)合處和1號元件的臨時(shí)位置與最終位置沉埋工作是從3號元件開始，連接南岸的短挖填隧道。結(jié)合部已經(jīng)在干燥條件下建于北 端的建筑深坑內(nèi)。這個(gè)建筑深坑已被水淹沒，前端的圍堰也被拆除。1號元件沉埋在結(jié)合部 內(nèi)部，與最終位置相比向北偏了大約3米，為2號元件的沉埋留下了足夠的空間。2號元件 沉埋后與3號元件相連接。參見圖14。1號元件向南移與2號元件相連接，參見圖15o外層與結(jié)合部之間的間隙是暫時(shí)封閉的，并且結(jié)合部里的水可以排空。隧道的最后一部 分澆筑在結(jié)合部中的原來的位置上，永久密封起來。臨時(shí)密封的壓力移除，外部觀察坑道就 被水覆蓋了。4.合同簽訂后的項(xiàng)目

17、進(jìn)展4.1縱向后拉張力在設(shè)計(jì)的第一階段，縱向設(shè)計(jì)是在采用低碳鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。然而由于隧道內(nèi)張力太 大，裂隙寬度又必須嚴(yán)格符合0.1mm的標(biāo)準(zhǔn)，這就要求一個(gè)很髙的配筋率以達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 向下斜坡和樁的壓力，以及由于溫度，潛變和收縮引起的摩擦力，導(dǎo)致了隧道內(nèi)髙強(qiáng)度張力 的產(chǎn)生?；诖?，永久后張拉的方案更加經(jīng)濟(jì)。溫度荷載造成了工作隧洞內(nèi)岀現(xiàn)下層外部“冷”角，這是后張拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)而臨的主要挑 戰(zhàn)。工作隧洞內(nèi)的溫度通常低于主隧道4 ,此外,隧道內(nèi)還存在從上到下的一個(gè)全球性溫度 梯度。最終設(shè)計(jì)是采用后張拉法，壓力差不多統(tǒng)一分散在外墻和平板上，除了工作隧洞內(nèi)未 曾安裝電纜的外墻下層，這是因?yàn)槿鸬浠炷弦?guī)范中

18、對后張拉電纜的壓縮有嚴(yán)格要求。后張拉系統(tǒng)是由貫穿脈外巷道的隧道南端和結(jié)合部里的隧道北端的電纜組成。脈外巷道 里的混凝上襯砌是用特殊石錨釘回到巖石里的為減少摩擦損耗，60% （可允許的最大限度） 的電纜是拼接到沉埋接合處的.4。2樁帽上省去滑動(dòng)層基于對樁支撐的分析，客戶解釋性設(shè)汁中將斜樁改為了垂直樁，參見圖2,圖3。每個(gè)樁基 礎(chǔ)都由34到46個(gè)鋼堆心組成，鋼芯的直徑相對較小，為180mm,套管的宜徑則是273mm。 修改目的就是將樁群的橫向剛性減少到一個(gè)較低的水平，因此樁帽與隧道之間就不會(huì)發(fā)生滑 動(dòng)。這樣做的直接結(jié)果就是樁帽頂部的滑動(dòng)層得以省去。滑動(dòng)層僅僅存在于混凝上柱腳支承, 直接澆筑于結(jié)合部

19、南部40m開外的基巖上。4。3樁帽的建造僅采用UW混凝土招標(biāo)文件中要求，樁帽的上表而要用預(yù)鑄的混凝上元件建造即在潛水員的協(xié)助下，水下 安裝預(yù)鑄元件，隨后用水下混凝上澆筑樁帽剩余部分，但這并不是有技術(shù)含量的理想方案。之 所以有這樣的要求，是因?yàn)榭蛻粼?jīng)歷過類似的水下混凝上澆筑，結(jié)果得到的樁帽上表而質(zhì) 量不佳。事實(shí)上，利用先進(jìn)的水下混凝丄技術(shù),可以得到高質(zhì)量的混凝上。在沒有預(yù)鑄元件 的情況下JV通過追蹤澆筑證實(shí)了該方案的可行性。隧道元件將被放置在位于樁帽凹槽處的 臨時(shí)千斤頂上。當(dāng)隧道元件嬌正了位置之后，元件與樁帽之間會(huì)出現(xiàn)大約300n】m的空間， 然后被用泵打入薄泥漿的袋子永久性填滿。4.4臨時(shí)封閉設(shè)計(jì)-改為D-封閉本文的前幾