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《公路沉管隧道設計規范》解讀
近日,交通運輸部發(fā)布了《公路沉管隧道設計規范》(JTG/T 3371-01-2022,以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規范》),作為公路工程行業(yè)推薦性標準,自2022年11月1日起施行。為便于理解《規范》制定的背景、定位、技術(shù)特點(diǎn)及主要內容,切實(shí)做好貫徹實(shí)施工作,現將《規范》解讀如下:
一、背景與作用
我國于20世紀80年代開(kāi)始沉管隧道建設,進(jìn)入21世紀發(fā)展勢頭加快,在2018年建成港珠澳大橋海底隧道,目前正在建設深中通道沉管隧道、大連灣海底隧道等重大工程。沉管隧道具有橫斷面利用率高、埋深淺與兩岸連接靈活、易于保證施工質(zhì)量等特點(diǎn),已成為現階段跨江(河)越海通道的重要建設方案之一。為應對超大規模、厚軟基、高水壓、大回淤等技術(shù)挑戰,近年來(lái)我國沉管隧道在理論方法、關(guān)鍵構造、施工工藝與裝備、防災救援等方面取得了豐富成果和寶貴經(jīng)驗。
為及時(shí)總結我國在沉管隧道建設的實(shí)踐經(jīng)驗,將重大工程的技術(shù)成果向行業(yè)標準轉化,我部近期發(fā)布了《公路沉管隧道設計規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規范》)?!兑幏丁返陌l(fā)布對促進(jìn)我國公路沉管隧道的設計質(zhì)量提升與建設技術(shù)發(fā)展具有重要作用。
二、國內外技術(shù)現狀
目前國內外尚未形成涵蓋沉管隧道勘察設計全過(guò)程、全要素的專(zhuān)項規范。
國際隧道協(xié)會(huì )(ITA)于20世紀90年代出版了《沉管隧道和懸浮隧道的技術(shù)調研報告》,規定了沉管結構及接頭的設計要求,但在構造細節和系數取值等方面未能全面覆蓋。美國聯(lián)邦公路署(FHWA)于2009年修訂了《公路隧道設計與施工技術(shù)手冊》,概要性規定了沉管隧道的技術(shù)要求。日本于2002年發(fā)布了《沉管法隧道技術(shù)指南》,規定了沉管隧道土建工程的技術(shù)要求。
我國國家標準《沉管法隧道設計標準》(GB/T 51318-2019)僅規定了鋼筋混凝土管節的設計要求,缺少排水系統、交通工程與附屬設施等內容。公路工程行業(yè)標準《公路水下隧道設計規范》(JTG/T 3371-2022)規定了鉆爆法、盾構法、沉管法與堰筑法四類(lèi)水下隧道的設計要求,定位于水下隧道綜合性規范,概要性規定了沉管隧道的技術(shù)要求。
通過(guò)30多年工程建設的經(jīng)驗積累和技術(shù)研究,我國沉管隧道在設計流程方面,已涵蓋調查與勘測、總體設計、專(zhuān)項設計、施工要求、監測與風(fēng)險分析的全過(guò)程;在設計理論方面,已基本采用工程結構可靠性設計統一理論;在結構安全與耐久、防水、防火等設計方面,已形成技術(shù)標準、技術(shù)措施、關(guān)鍵構造等成熟先進(jìn)的成果。這些經(jīng)驗和成果為《規范》編制提供了案例與技術(shù)的支撐。
三、定位與技術(shù)特點(diǎn)
《規范》適用于以沉管法施工的新建公路水下隧道,對沉管隧道規劃及勘察設計中方法、指標、措施的應用,提出了統一系統的技術(shù)要求?!兑幏丁钒磳?zhuān)項設計規范的定位,在《公路水下隧道設計規范》(JTG/T 3371—2022)基礎上,進(jìn)一步細化了沉管隧道的基本規定、調查與勘測、材料、總體設計、管節結構、基槽、地基與基礎、回填、銜接段、分析計算、耐久性設計、管節舾裝設施、路面與排水系統、附屬構造、交通工程與附屬設施、結構監測、風(fēng)險分析等內容。
《規范》編制過(guò)程中進(jìn)行了充分調研和資料收集,全面總結了國內外沉管隧道的技術(shù)成果及實(shí)踐經(jīng)驗,借鑒了相關(guān)規范,統籌了技術(shù)的成熟性和先進(jìn)性,具有以下技術(shù)特點(diǎn):
(一)設計理念先進(jìn)?!兑幏丁坟瀼亓司毣O計、高質(zhì)量發(fā)展等政策要求與安全、耐久、適用、經(jīng)濟、節能、環(huán)保的理念,通過(guò)參照引用、擴充細化、總結提升、防控示范,綜合確定技術(shù)指標與方法措施,注重可操作性,體現了現階段沉管隧道設計的總體技術(shù)水平。
(二)與國際接軌,引領(lǐng)了國內沉管隧道的發(fā)展。在建設理念、設計理論、技術(shù)發(fā)展等方面,與現階段的沉管隧道國際總體水平和主流趨勢接軌。結構設計采用以分項系數表達的極限狀態(tài)設計法;體現建養一體化的理念,提出結構監測要求,注重運營(yíng)期設施配置,在設計階段開(kāi)展風(fēng)險分析、輔助方案決策;鋼殼混凝土管節、節段式管節、接頭關(guān)鍵構造、最終接頭構造型式及其工法、復合地基與基礎沉降控制等關(guān)鍵技術(shù)在國際同類(lèi)成果基礎上,結合我國工程建設實(shí)踐進(jìn)行了創(chuàng )新性轉化和吸收,總體達到了國際領(lǐng)先水平。
(三)內容系統全面?!兑幏丁凡捎谩翱傮w性能要求+專(zhuān)項技術(shù)要求”的結構框架,內容涵蓋勘察設計的全過(guò)程,以及土建工程、交通工程與附屬設施等全要素,重視防災救援與運營(yíng)舒適等功能要求。
(四)完善了標準體系。與現行《公路工程技術(shù)標準》《公路工程結構可靠性設計統一標準》《地下工程防水技術(shù)規范》等國家或行業(yè)標準保持有效銜接。與《公路水下隧道設計規范》《公路隧道抗震設計規范》等一并構建層次分明的標準體系。
(五)支持重大工程建設?!兑幏丁钒础把a短板、重引領(lǐng)”的要求,補充公路交通基礎設施重點(diǎn)領(lǐng)域的標準,及時(shí)將港珠澳大橋等重大工程的研究成果和建設經(jīng)驗轉化為行業(yè)標準,充分發(fā)揮行業(yè)標準對重大工程的技術(shù)支撐與引領(lǐng)作用。
四、主要內容
《規范》的內容分為17章和1個(gè)附錄,概況為以下幾個(gè)要點(diǎn):
(一)與公路工程標準體系協(xié)調銜接一致,提出總體性能要求
依據《公路工程技術(shù)標準》《公路工程結構可靠性設計統一標準》《公路隧道抗震設計規范》《公路水下隧道設計規范》,主體結構的設計使用年限不低于100年,其結構安全等級和抗震設防類(lèi)別分別取一級、A類(lèi),防水等級不低于二級,交通工程與附屬設施分級劃分為A+、A、B、C、D。
(二)體現我國沉管隧道建設的最新技術(shù)水平,提出管節結構、管節接頭、地基基礎的專(zhuān)項技術(shù)要求
在管節結構上,提出了基本設計流程,按結構類(lèi)型規定了鋼筋混凝土管節和鋼殼混凝土管節的選用原則和基本構造,按整體式、節段式、半剛性管節規定了縱向結構型式的選用原則、構造要求;在管節接頭上,規定了剪力鍵、鋼端殼、防水措施,提出了岸上最終接頭與水中最終接頭的設計要求。
在基槽與回填上、提出了基槽的設計尺寸和邊坡穩定性要求、回填的材料和防護的設置原則;在地基與基礎上,按先鋪法和后填法規定了墊層的構造、材料等要求,提出了特殊條件下地基處理和樁基礎的類(lèi)型選用、構造等要求。
(三)貫徹精細化、高質(zhì)量的設計理念,提出沉管隧道調查勘測、分析計算、結構耐久性設計的專(zhuān)項技術(shù)要求
在調查與勘測上,按設計階段提出了主要內容及手段,規定了水下與陸域的地形測量、水文氣象觀(guān)測、地質(zhì)調繪、物探、勘探等的工作范圍、精度以及試驗方法。
在分析計算上,提出了沉管隧道永久作用、可變作用、偶然作用和地震作用的取值方法,按持久狀況、短暫狀況、偶然狀況和地震狀況規定了驗算內容、作用組合、分析模型、計算方法與參數。
在結構耐久性設計上,按一般環(huán)境、凍融環(huán)境、海洋氯化物環(huán)境、除冰鹽環(huán)境,規定了混凝土結構與鋼結構的材料耐久性指標、減輕環(huán)境作用效應的結構構造措施、防腐蝕附加措施。
(四)重視防災救援與運營(yíng)快捷舒適等功能要求,提出結構防火、逃生通道、通風(fēng)排煙的專(zhuān)項技術(shù)要求
以沉管隧道主體結構在火災后保持穩定為基本原則,按A+、A、B、C、D的分級規定了隧道承載結構體的耐火極限,并提出防火構造要求。對逃生通道及逃生口,規定了限界、間距等要求。在通風(fēng)排煙上,規定了機械防煙與排煙系統的選用原則與風(fēng)壓、風(fēng)速、排煙長(cháng)度等要求。
(五)遵循設計、施工、運營(yíng)一體化的建設原則,提出管節舾裝設施、結構監測、風(fēng)險分析的專(zhuān)項技術(shù)要求
管節舾裝設施充分考慮與施工的銜接,規定了端封墻、壓載水裝置、系纜柱、吊點(diǎn)、測量塔、導向裝置、拉合裝置、人孔8類(lèi)設施的設計要求。
結構監測按施工期和運營(yíng)期開(kāi)展工作,提出了結構監測的項目與方式、斷面及位置、頻率與精度等要求;設計階段的風(fēng)險分析按工程可行性研究、初步設計、施工圖設計三個(gè)階段提出了風(fēng)險側重點(diǎn)、風(fēng)險分析方法、典型風(fēng)險源及風(fēng)險事態(tài)等要求。
五、實(shí)施注意事項
(一)與相關(guān)規范配套使用。與《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01—2014)、《公路工程結構可靠性設計統一標準》(JTG 2120—2020)、《公路水下隧道設計規范》(JTG/T 3371—2022)、《公路隧道抗震設計規范》(JTG 2232—2019)、《地下工程防水技術(shù)規范》(GB 50108—2001)等相關(guān)標準規范配套使用。
(二)精心組織宣貫培訓?!兑幏丁贩?wù)對象廣、涉及專(zhuān)業(yè)多、技術(shù)要求高,要結合工作實(shí)際精心組織宣貫培訓,讓技術(shù)人員準確理解、正確使用《規范》。
(三)持續跟蹤《規范》施行效果。關(guān)注《規范》與沉管隧道建設實(shí)際的適應性和協(xié)調性,加強“四新”技術(shù)應用的反饋和分析,及時(shí)總結工程應用經(jīng)驗,進(jìn)一步收集相關(guān)工作意見(jiàn),便于后期對《規范》進(jìn)行優(yōu)化和完善。
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