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标准解读丨《公路沉管隧道设计规范》解读

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近日,交通运输部发布了《公路沉管隧道设计规范》(JTG/T 3371-01-2022,以下简称《规范》),作为公路工程行业推荐性标准,自2022年11月1日起施行。为便于理解《规范》制定的背景、定位、技术特点及主要内容,切实做好贯彻实施工作,现将《规范》解读如下:

一、背景与作用

我国于20世纪80年代开始沉管隧道建设,进入21世纪发展势头加快,在2018年建成港珠澳大桥海底隧道,目前正在建设深中通道沉管隧道、大连湾海底隧道等重大工程。沉管隧道具有横断面利用率高、埋深浅与两岸连接灵活、易于保证施工质量等特点,已成为现阶段跨江(河)越海通道的重要建设方案之一。为应对超大规模、厚软基、高水压、大回淤等技术挑战,近年来我国沉管隧道在理论方法、关键构造、施工工艺与装备、防灾救援等方面取得了丰富成果和宝贵经验。

为及时总结我国在沉管隧道建设的实践经验,将重大工程的技术成果向行业标准转化,我部近期发布了《公路沉管隧道设计规范》(以下简称《规范》)。《规范》的发布对促进我国公路沉管隧道的设计质量提升与建设技术发展具有重要作用。

二、国内外技术现状

目前国内外尚未形成涵盖沉管隧道勘察设计全过程、全要素的专项规范。

国际隧道协会(ITA)于20世纪90年代出版了《沉管隧道和悬浮隧道的技术调研报告》,规定了沉管结构及接头的设计要求,但在构造细节和系数取值等方面未能全面覆盖。美国联邦公路署(FHWA)于2009年修订了《公路隧道设计与施工技术手册》,概要性规定了沉管隧道的技术要求。日本于2002年发布了《沉管法隧道技术指南》,规定了沉管隧道土建工程的技术要求。

我国国家标准《沉管法隧道设计标准》(GB/T 51318-2019)仅规定了钢筋混凝土管节的设计要求,缺少排水系统、交通工程与附属设施等内容。公路工程行业标准《公路水下隧道设计规范》(JTG/T 3371-2022)规定了钻爆法、盾构法、沉管法与堰筑法四类水下隧道的设计要求,定位于水下隧道综合性规范,概要性规定了沉管隧道的技术要求。

通过30多年工程建设的经验积累和技术研究,我国沉管隧道在设计流程方面,已涵盖调查与勘测、总体设计、专项设计、施工要求、监测与风险分析的全过程;在设计理论方面,已基本采用工程结构可靠性设计统一理论;在结构安全与耐久、防水、防火等设计方面,已形成技术标准、技术措施、关键构造等成熟先进的成果。这些经验和成果为《规范》编制提供了案例与技术的支撑。

三、定位与技术特点

《规范》适用于以沉管法施工的新建公路水下隧道,对沉管隧道规划及勘察设计中方法、指标、措施的应用,提出了统一系统的技术要求。《规范》按专项设计规范的定位,在《公路水下隧道设计规范》(JTG/T 3371—2022)基础上,进一步细化了沉管隧道的基本规定、调查与勘测、材料、总体设计、管节结构、基槽、地基与基础、回填、衔接段、分析计算、耐久性设计、管节舾装设施、路面与排水系统、附属构造、交通工程与附属设施、结构监测、风险分析等内容。

《规范》编制过程中进行了充分调研和资料收集,全面总结了国内外沉管隧道的技术成果及实践经验,借鉴了相关规范,统筹了技术的成熟性和先进性,具有以下技术特点:

(一)设计理念先进。《规范》贯彻了精细化设计、高质量发展等政策要求与安全、耐久、适用、经济、节能、环保的理念,通过参照引用、扩充细化、总结提升、防控示范,综合确定技术指标与方法措施,注重可操作性,体现了现阶段沉管隧道设计的总体技术水平。

(二)与国际接轨,引领了国内沉管隧道的发展。在建设理念、设计理论、技术发展等方面,与现阶段的沉管隧道国际总体水平和主流趋势接轨。结构设计采用以分项系数表达的极限状态设计法;体现建养一体化的理念,提出结构监测要求,注重运营期设施配置,在设计阶段开展风险分析、辅助方案决策;钢壳混凝土管节、节段式管节、接头关键构造、最终接头构造型式及其工法、复合地基与基础沉降控制等关键技术在国际同类成果基础上,结合我国工程建设实践进行了创新性转化和吸收,总体达到了国际领先水平。

(三)内容系统全面。《规范》采用“总体性能要求+专项技术要求”的结构框架,内容涵盖勘察设计的全过程,以及土建工程、交通工程与附属设施等全要素,重视防灾救援与运营舒适等功能要求。

(四)完善了标准体系。与现行《公路工程技术标准》《公路工程结构可靠性设计统一标准》《地下工程防水技术规范》等国家或行业标准保持有效衔接。与《公路水下隧道设计规范》《公路隧道抗震设计规范》等一并构建层次分明的标准体系。

(五)支持重大工程建设。《规范》按“补短板、重引领”的要求,补充公路交通基础设施重点领域的标准,及时将港珠澳大桥等重大工程的研究成果和建设经验转化为行业标准,充分发挥行业标准对重大工程的技术支撑与引领作用。

四、主要内容

《规范》的内容分为17章和1个附录,概况为以下几个要点:

(一)与公路工程标准体系协调衔接一致,提出总体性能要求

依据《公路工程技术标准》《公路工程结构可靠性设计统一标准》《公路隧道抗震设计规范》《公路水下隧道设计规范》,主体结构的设计使用年限不低于100年,其结构安全等级和抗震设防类别分别取一级、A类,防水等级不低于二级,交通工程与附属设施分级划分为A+、A、B、C、D。

(二)体现我国沉管隧道建设的最新技术水平,提出管节结构、管节接头、地基基础的专项技术要求

在管节结构上,提出了基本设计流程,按结构类型规定了钢筋混凝土管节和钢壳混凝土管节的选用原则和基本构造,按整体式、节段式、半刚性管节规定了纵向结构型式的选用原则、构造要求;在管节接头上,规定了剪力键、钢端壳、防水措施,提出了岸上最终接头与水中最终接头的设计要求。

在基槽与回填上、提出了基槽的设计尺寸和边坡稳定性要求、回填的材料和防护的设置原则;在地基与基础上,按先铺法和后填法规定了垫层的构造、材料等要求,提出了特殊条件下地基处理和桩基础的类型选用、构造等要求。

(三)贯彻精细化、高质量的设计理念,提出沉管隧道调查勘测、分析计算、结构耐久性设计的专项技术要求

在调查与勘测上,按设计阶段提出了主要内容及手段,规定了水下与陆域的地形测量、水文气象观测、地质调绘、物探、勘探等的工作范围、精度以及试验方法。

在分析计算上,提出了沉管隧道永久作用、可变作用、偶然作用和地震作用的取值方法,按持久状况、短暂状况、偶然状况和地震状况规定了验算内容、作用组合、分析模型、计算方法与参数。

在结构耐久性设计上,按一般环境、冻融环境、海洋氯化物环境、除冰盐环境,规定了混凝土结构与钢结构的材料耐久性指标、减轻环境作用效应的结构构造措施、防腐蚀附加措施。

(四)重视防灾救援与运营快捷舒适等功能要求,提出结构防火、逃生通道、通风排烟的专项技术要求

以沉管隧道主体结构在火灾后保持稳定为基本原则,按A+、A、B、C、D的分级规定了隧道承载结构体的耐火极限,并提出防火构造要求。对逃生通道及逃生口,规定了限界、间距等要求。在通风排烟上,规定了机械防烟与排烟系统的选用原则与风压、风速、排烟长度等要求。

(五)遵循设计、施工、运营一体化的建设原则,提出管节舾装设施、结构监测、风险分析的专项技术要求

管节舾装设施充分考虑与施工的衔接,规定了端封墙、压载水装置、系缆柱、吊点、测量塔、导向装置、拉合装置、人孔8类设施的设计要求。

结构监测按施工期和运营期开展工作,提出了结构监测的项目与方式、断面及位置、频率与精度等要求;设计阶段的风险分析按工程可行性研究、初步设计、施工图设计三个阶段提出了风险侧重点、风险分析方法、典型风险源及风险事态等要求。

五、实施注意事项

(一)与相关规范配套使用。与《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)、《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG 2120—2020)、《公路水下隧道设计规范》(JTG/T 3371—2022)、《公路隧道抗震设计规范》(JTG 2232—2019)、《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2001)等相关标准规范配套使用。

(二)精心组织宣贯培训。《规范》服务对象广、涉及专业多、技术要求高,要结合工作实际精心组织宣贯培训,让技术人员准确理解、正确使用《规范》。

(三)持续跟踪《规范》施行效果。关注《规范》与沉管隧道建设实际的适应性和协调性,加强“四新”技术应用的反馈和分析,及时总结工程应用经验,进一步收集相关工作意见,便于后期对《规范》进行优化和完善。

编辑:小鹿