上海外環(huán)隧道工程技術(shù)綜述
2008-07-30 00:00
提要：上海外環(huán)隧道為建設(shè)規(guī)模為亞洲第一、世界第二，位于地層復(fù)雜的黃浦江吳淞口水域。本文介紹外環(huán)隧道工程及實施簡況，重點論述干塢與鋼筋砼管段制作、兩岸暗埋段和引道段結(jié)構(gòu)施工以及江中段大型管節(jié)沉放作業(yè)。
關(guān)鍵詞：沉管隧道 干塢施工 管段制作 裂縫控制 沉放 基底處理
1 概述
上海外環(huán)隧道是整個外環(huán)線道路北端的越江點，與已建成通車的外環(huán)線浦西段、南側(cè)徐浦大橋越江點和在建的外環(huán)線浦東段形成總長99km的上海外環(huán)線（見圖1）。外環(huán)隧道附近集中了張華浜、軍工路和外高橋三個上海最大集裝箱港區(qū)，隧道建成后，對集裝箱的運輸與江浙等腹地的聯(lián)系和開發(fā)開放浦東，將起關(guān)鍵性的作用。由于本越江工程點的地理環(huán)境，運行功能并綜合經(jīng)濟技術(shù)的合理性，經(jīng)橋隧和盾構(gòu)、沉埋工法比較和本工程項目專家評審意見，工程以地面八車道沉埋隧道規(guī)模修建，使它成為亞洲第一，世界第二的世界頂級沉埋隧道之一。
外環(huán)隧道西起浦西同濟路立交，越過江后，東至浦東三叉港與浦東處環(huán)北環(huán)線路相接，工程總長為2882.8m，其中主隧道浦西段739.7m，浦東段384m，江中沉管為7節(jié)736m接線道路1023.1m，附屬工程有二座主變電站，二座雨水泵房，二座消防泵房，二座江中泵房，浦西側(cè)設(shè)排風塔，浦東設(shè)隧道管理中心大樓，隧道與整個外環(huán)線一致為全封閉、全立交快速干道，設(shè)計車速80km/h，主隧道橫斷面為三孔二管廊八車道布置，二邊孔三車道為3.75m×2+3.5m，凈高5m，中孔二車道為2×3.75m，凈高為5.5m，設(shè)計車行荷載等級為汽超-20，掛-120，特300，高于上海其他已建越江隧道工程的等級或流量（見圖2）。
隧道工程地處黃浦江吳淞口內(nèi)側(cè)，浦東為一片灘地，主航道偏浦西，呈彎道，浦西自北向南沿岸有軍港設(shè)施，吳淞水廠進水口，三島車擺渡碼頭，吳淞公園駁岸，吳淞客運碼頭，蘊藻浜及張華浜集裝箱碼頭，是萬噸輪和內(nèi)河船舶進出黃浦江的咽喉通道，高峰時萬噸輪平均可達40余條/月，內(nèi)河船舶可達千條以上。因此，在這里進行沉管隧道施工，必需組織好水上交通航運。
根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，隧道浦西地質(zhì)主要穿越填土層，褐黃色粉質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土，灰色淤泥粉質(zhì)粘土、灰色砂質(zhì)粉土等土層。江中段主要穿越灰色淤泥質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土，灰綠-褐色粉質(zhì)粘土，褐黃色砂質(zhì)粉土層。浦東段主要位于填土層，灰色砂質(zhì)粉土，灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土中，地下水位高，土層飽和含水并受黃浦江潮位變化控制。在岸邊段結(jié)構(gòu)基地施工，圍護結(jié)構(gòu)，加固施工，江中基槽開挖施工，干塢和管段制作，江中沉管施工和基礎(chǔ)處理等以及岸壁保護，環(huán)境及地下管線保護，增加不少技術(shù)難題。
2 外環(huán)隧道工程及實施簡況
上海外環(huán)線工程按市政府的總體規(guī)劃實施要求，外環(huán)隧道工程的總工期僅為三年左右，就此規(guī)模的大型沉管隧道就建設(shè)周期而言，是創(chuàng)紀錄的工程。
沉管法隧道自1901年以來國內(nèi)外已有百余條隧道相繼建成，上海外環(huán)隧道是除香港、臺灣以外大陸內(nèi)地的第四條越江交通、規(guī)模最大的沉管隧道，對于每座沉埋隧道工程建造中均可分為陸上連接井結(jié)構(gòu)及暗埋段結(jié)構(gòu)；大型管段（節(jié)）的預(yù)制；江中沉放的水上、水下作業(yè)施工等三大部分的設(shè)計、施工技術(shù)問題，都必須根據(jù)每座隧道的工程所處環(huán)境的不同，而具體妥善研究解決，才能修建高質(zhì)量、符合規(guī)劃設(shè)計、運營管理要求的越江隧道，由于外環(huán)隧道概述中已闡述的所處上海軟土地基和周圍工程環(huán)境特點，就此三大工程部位的工程情況，接施工進展順序作一簡要介紹：
2.1 干塢與鋼筋砼管段制作
隧道江中段沉管段總長736m，分七節(jié)管段預(yù)制，最長管節(jié)為108m，最短為100m，每個管段外形為寬43m，高9.55m。經(jīng)過分析、論證，在浦東陸上連接段隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)A、B兩個干塢進行分批制作，A塢制作二個管段用于浦東側(cè)，B塢安排制作五個管段用于浦西側(cè)和江中段主隧道沉放，以滿足總工期安排的時間節(jié)點要求。
兩個干塢除大小規(guī)模外，其底板深度根據(jù)管段起浮，拖運出塢潮位（水深），管段制作要求，確定底板標高及干塢開挖深度，因上海是軟土地基，管段制作時的自重荷載達9-11t/m2，塢底結(jié)構(gòu)自上而下主要分別為起浮層、鋼筋砼底板、基底土置換和拋石層。干塢開挖深度達11.2m，塢壁結(jié)構(gòu)為放坡（1：3.5）加砼護坡結(jié)構(gòu)。雖然土塢屬臨時結(jié)構(gòu)，考慮到龐大管段結(jié)構(gòu)預(yù)制和汛期安全，故對此采取十分慎重的降水及加固邊坡措施。除設(shè)計計算外，專門立項研究，并進行了離心模型試驗，確保實際工程的基坑和邊坡穩(wěn)定，對塢底結(jié)構(gòu)還進行了實地荷載試驗及大量現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控以及預(yù)報變形量手段，從而保證干塢安全穩(wěn)定和大型管節(jié)制作的質(zhì)量控制，兩塢是目前上海最大規(guī)模的基坑，總土方量達120萬立方米。已立“干塢基坑邊坡穩(wěn)定分析”課題，已通過專家鑒定，總體水平達國際先進（2002年1月16日）。
大型管節(jié)預(yù)制是屬現(xiàn)澆大體積砼預(yù)制的水下結(jié)構(gòu)物，其頂、底板分別為1.45m和1.5m，外側(cè)墻為1m，如此超大的現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，又需在水中浮運沉放，運營階段可謂全泡水中使用，其砼自身重度和裂縫控制是每座沉管隧道都必須研究相應(yīng)的技術(shù)措施，為此，采取砼集料級配設(shè)計，并需經(jīng)歷秋、夏季節(jié)施工的裂縫控制和相應(yīng)的防水技術(shù)，也專題立項分析研究，采取了預(yù)制過程的基底變形監(jiān)控，砼入模溫度、并用水管冷卻控制，砼內(nèi)部溫度變化計算機實時監(jiān)控等一系列現(xiàn)場技術(shù)監(jiān)控手段，針對裂縫成因機理分析，并采取有效的澆搗工藝，養(yǎng)護參數(shù)控制措施，確保了管段制作的設(shè)計要求，本“大型管段砼施工裂縫控制”課題也通過專家鑒定，達國際先進水平（2002年1月16日），同時對最長108米的管段，進行了分段和后澆帶設(shè)置的技術(shù)措施，以適應(yīng)軟基的變形，對于后澆帶及施工縫采取局部外防水；對于管節(jié)砼重度，高精度管段沉放時接頭部位質(zhì)量要求，施工單位配合監(jiān)理等都采取十分細致、認真的施工手段，使預(yù)制管段符合設(shè)計、管段砼結(jié)構(gòu)自防水和沉放施工的嚴格要求，滿足了大型管段起浮、拖運、沉放工藝時管節(jié)自身的質(zhì)量標準，也附合管節(jié)沉放一次舾裝中的各種安裝要求，為江中段隧道主體結(jié)構(gòu)和沉放創(chuàng)造了最根本的重要條件。
每個干塢內(nèi)管段預(yù)制結(jié)束后，塢內(nèi)可進行放水，具體時間根據(jù)舾裝、沉放進度確定，對管段可進行分階段扦漏，每節(jié)管段在沉放施工前一周左右時間起浮，進入下道工序（起浮、系泊、拖運乃至沉放等），每個塢在管段出塢前進行出塢航道開挖和塢口水下破堤開挖，使管段順利拖運出塢至沉放位置，每個干塢的使命就告完成。
2.2 兩岸結(jié)構(gòu)段施工
沉管隧道的兩岸結(jié)構(gòu)，包括兩岸與沉管相接的連接井部分，一般是陸上段結(jié)構(gòu)最深處，其后部即為陸上隧道的暗埋段隧道和引道段（敞開段和進隧道的峒口等）部分，考慮技術(shù)上的經(jīng)濟合理性，兩岸連接段結(jié)構(gòu)和隧道兩側(cè)的岸壁保護結(jié)構(gòu)以適應(yīng)水中沉管沉放施工時的水中基槽開挖要求，它也是每座沉管隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
外環(huán)隧道的兩岸取地處吳淞長江口第四紀沖積河口地，除上海軟弱飽和含水軟基特征外，土層中的砂量高于市區(qū)其它地區(qū)，對兩岸結(jié)構(gòu)施工圍護和岸壁保護圍護的超深地下墻（46-50m），超寬（43m）超深基坑（最深在浦西連接井達30m）的施工和環(huán)境保護帶來很大的難度。在上海市建委科技委專家評審的基礎(chǔ)上，設(shè)計采用厚0.8-1.2m的地下墻圍護、鋼筋砼、鋼支撐相結(jié)合的基坑支撐體系，基坑底降水和地基加固相結(jié)合的方案。連接井頭部需與管段沉放對接，采用可割除的φ1.2m止水咬口特殊鋼管樁結(jié)構(gòu)。超深基坑開挖與同濟大學地下系成立聯(lián)合攻關(guān)小組，對超深基坑和環(huán)境保護控制進行專題研究，通過現(xiàn)場大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息反饋，及時調(diào)整基坑開挖支撐參數(shù)，使基坑圍護位移控制在3‰-5‰開挖深度的范圍內(nèi)，連接井結(jié)構(gòu)，通過工程實際考驗證實亦很成功，攻關(guān)科研課題亦將進行鑒定。
為適應(yīng)水中沉放基槽開挖所需，兩岸尤其是浦西側(cè)碼頭等構(gòu)筑物較多，所采用50米深地下墻所組成的格形重力式地下墻擋土結(jié)構(gòu)，在基槽開挖乃至浦西第一節(jié)沉放結(jié)束，水平位量控制在最大點5cm之內(nèi)，設(shè)計計算的同時進行了較大規(guī)模離心模型結(jié)構(gòu)試驗，工程證明設(shè)計是成功的，對岸壁保護技術(shù)研究課題而言，因水中基槽開挖最深已達29m以上，設(shè)計、研究、監(jiān)控全過程是可行的。本隧道兩岸段難度在于浦西側(cè)，浦東側(cè)開挖深度為25米左右，環(huán)境條件不如浦西側(cè)苛刻，故本文不再多加敘述。
2.3 江中段沉放施工段
外環(huán)隧道工程地處吳淞口黃浦江進、出船舶的航道咽喉部位，概述中已作介紹，是水上交通最為繁忙水域，車渡、吳淞輪渡站以及客運碼頭、高速碼頭船只還在此頻繁調(diào)頭和通行，給沉管施工的水上、水下作業(yè)帶來很大影響，在此已經(jīng)得到港務(wù)、航道、航運以及水上安全主管部門、海事局的大力支持，共同制訂了水運臨時航道方案，各節(jié)管段沉放時的水上航運翻交組織方案，保證沉放施工基本不斷航的方案順利實施。
作為設(shè)計施工總承包單位，在施工技術(shù)方案中，經(jīng)過詳細充分論證研究，進行大量優(yōu)化工作，諸如以出塢航道兼作二次舾裝系泊區(qū)，沉管基礎(chǔ)處理采用灌砂法基礎(chǔ)；管段沉放對尾部水下臨時支承墊塊改為鋼管樁支承方式；管段沉放后的兩側(cè)和頂部復(fù)蓋回填，根據(jù)隧道沉放以后的穩(wěn)定條件作了進一步細化研究；沉放作業(yè)中的定位、監(jiān)測、監(jiān)視監(jiān)控及基槽清淤作業(yè)等關(guān)鍵工序，在嚴格按天文、氣象潮位的時間控制外，使水上、水下、沉放作業(yè)時間和對航運影響縮小到最低限度，同時也為隧道工程總工期提供了有力的保證措施，體現(xiàn)了設(shè)計、施工總承包形式下，充分依靠設(shè)計、施工科技人員深入工程第一線，運用科學研究指導(dǎo)生產(chǎn)施工的有效成果。
外環(huán)隧道工程的七個沉管體量特別大，自身空氣中重量可達4.5萬噸，在干塢中依靠抽除管段內(nèi)壓艙水箱（長108m管段內(nèi)為18個容量為300m3的水箱），使龐大管段起浮，用絞車和施輪拖運出塢，需穿越主航道，須用4條3000匹馬力以上的大型拖輪，并用1-2條同馬力拖輪輔助克服江中水流阻力，到達預(yù)定沉放點。管段施運前已完成浮駁到位和吊點安裝，二個測量控制塔（人孔已在內(nèi)）和塔上2×3臺液壓卷揚機以及管段上的用于調(diào)整下沉控制方向的鋼索，滑輪組等全部舾裝件設(shè)備的安裝，沉放時水下預(yù)設(shè)錨碇塊，以兩塔上卷揚機控制管段水中的平面位置，以二條浮駁的垂直滑輪組和四臺卷揚機控制沉管下放標高，以管段內(nèi)壓艙水箱水位調(diào)節(jié)控制負浮力和管段的縱坡和橫傾，用這三項互相交替控制措施，使管段在下沉過程中，水下空間三度位置附合設(shè)計原定軸線位置和偏差的調(diào)節(jié)，當然沉放過程中用陸上測量控制點，用全站儀控制管段上二個塔的測點位置也是必不可少的，針對這套沉放工藝在國際較多沉埋隧道工程中是常采用的工藝和順序，對于本隧道已設(shè)想以測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，從管段內(nèi)水箱水位調(diào)節(jié)，10臺液壓絞車控制管段水中三維位置，實施自動化操縱，并將在沉放施工中試用，以加強水下沉放控制精度，縮短整個沉放施工時間，最大程度減輕潛水員作業(yè)工作量為目標，使沉放施工在國際、國內(nèi)現(xiàn)有的水平上有一個較大的提高，這是已立課題研究的目標所在。
至于大型管段在水下對接及兩管節(jié)頂面拉合千斤頂，使“吉那”止水帶初步止水，兩管段封墻之間空隙內(nèi)排水，使管段最終壓接止水。管節(jié)頭部以鼻托擱置在已沉管段尾部（或陸上連接井處）上，以尾部千斤頂調(diào)節(jié)尾部標高等常規(guī)沉放方法，在這里不再詳細介紹。
每個管段按上述順序沉放到位后，在水箱內(nèi)適當加水，使管段在預(yù)定位置不繼續(xù)發(fā)生浮動，用兩側(cè)適當拋石鎖定已沉管段的平面位置。拆除用于沉放作業(yè)的管段頂部舾裝件和設(shè)備，移至下一管段的沉放工作，由于本隧道工程基礎(chǔ)處理采用灌沙法，在上述沉放工藝順序完成后，通過水上灌砂作業(yè)船，向管段內(nèi)已預(yù)留的Ф200管道向已沉管段底和基槽底之間實施分批灌砂，使已沉管段座落在較為密實的砂盤基礎(chǔ)之上，以取代鼻托上擱置力和底部垂直千斤頂?shù)呐R時支承力。由于上海地區(qū)需考慮七度地震設(shè)防，灌砂基礎(chǔ)內(nèi)摻加了5-6%的水泥熟料，使灌砂形成的密實砂盤保持一定強度和抗液化能力，以對付地震發(fā)生砂基礎(chǔ)的液化問題，灌砂完成后，接下來的是管節(jié)兩側(cè)的水下回填拋石和頂部復(fù)蓋拋石工序，這樣才能完善全部沉放施工階段的全部工作水下沉放作業(yè)，管內(nèi)作業(yè)包括封墻拆除，澆搗管內(nèi)壓艙砼，拆除管內(nèi)水箱，使隧道內(nèi)的通車凈空達到設(shè)計要求尺寸。然后安裝兩管段間的鋼拉索，Ω止水帶，垂直水平剪切處鍵，均是沉放施工中陸續(xù)完成的各道工序。
為確保施工質(zhì)量，本次隧道施工前曾專門立題進行研究，包括灌砂級配方法，抗液化試驗，地面較大規(guī)模的二次灌砂模擬試驗等，以確定砂基礎(chǔ)級配，管段內(nèi)的灌砂管位。通過灌砂砂盤擴散范圍和密度檢測，以確定管段沉放時各類變形控制參數(shù)和指標，是本次立題研究沉管隧道基底處理工藝的主要目的。
隧道偏浦東兩管節(jié)尾尚有一個2.5米的水下最終接頭，采用國外已有的先水下封模板，后抽水施工砼結(jié)構(gòu)的方法。
如此規(guī)模的大型沉管隧道在國內(nèi)和亞洲當屬首次，除上述三大部分中所述的科研項目外，在施工前結(jié)合施工圖設(shè)計，還進行了隧道選址和埋深標高中河床演變和沖刷穩(wěn)定（已通過鑒定）、大型沉管隧道抗震分析研究、大型沉管隧道柔性接頭及管段防水技術(shù)試驗研究、沉管隧道管段局部高出河床的設(shè)計研究試驗、大型沉管隧道環(huán)境保護研究、大型沉管隧道防災(zāi)、抗災(zāi)、減災(zāi)綜合設(shè)防研究等大型科研項目，本隧道工程共有設(shè)計、施工技術(shù)方面的課題研究項目十二項，涉及隧道選址中總體平面、縱坡設(shè)計，基槽開挖和隧道建成后對較大范圍內(nèi)的駁岸、碼頭、河床穩(wěn)定及噪音、廢氣的環(huán)境影響，隧道設(shè)備系統(tǒng)的模式和選型，隧道運營后的各類災(zāi)害事故分析和預(yù)案措施設(shè)計布置等各個學科領(lǐng)域研究，已得到國家科技部，上海市建委、科委等上級主管部門大力支持，在全體設(shè)計、施工、管理、科技人員的努力下，已在隧道工程中取得相應(yīng)技術(shù)經(jīng)濟效果，以及在加快工程進度也已逐步顯示出科技是第一生產(chǎn)力的實際效果，并要求在工程完成時進行總結(jié)和鑒定驗收。
沉埋隧道有其自身的不少特點，如能一次方便的完成車道數(shù)較多，江底覆土（埋深）可減小到最底限度，接縫少，防水處理較為方便，排除受水上交通、氣象、潮位、流速影響外，其施工速度較快，可用于地鐵、公路、鐵路（或合用）等不同用途，隧址條件合適的地區(qū)。上海黃浦江水深、流速均不太大，施工條件中除航運船舶以外，較大的難度是處于第四紀沖刷形成的軟土地基問題，水下基槽開挖淤積較快。因此，上海從六十年代開始就著手研究，于六十年代初集中一批技術(shù)人員進行了部分試驗工程和考察，七十年代初，以金山石化廠穿越大堤的排水工程進行了一次規(guī)模較小的輸水砼管段沉放施工，九十年代初參加了廣州珠江隧道和寧波甬江隧道二條沉管隧道的部分防水施工。二00二年三月與上海航道局，上海救撈局合作完成的寧波常洪隧道已建成正式通車，標志上海的沉埋隧道工程設(shè)計、施工趨于成熟，通過多條沉管隧道的設(shè)計、施工，并進行的結(jié)合工程的課題研究，其不少結(jié)論和經(jīng)驗參數(shù)，可作為今后沉埋隧道的設(shè)計和施工提供較新的實際經(jīng)驗。
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關(guān)鍵詞：沉管隧道 干塢施工 管段制作 裂縫控制 沉放 基底處理
1 概述
上海外環(huán)隧道是整個外環(huán)線道路北端的越江點，與已建成通車的外環(huán)線浦西段、南側(cè)徐浦大橋越江點和在建的外環(huán)線浦東段形成總長99km的上海外環(huán)線（見圖1）。外環(huán)隧道附近集中了張華浜、軍工路和外高橋三個上海最大集裝箱港區(qū)，隧道建成后，對集裝箱的運輸與江浙等腹地的聯(lián)系和開發(fā)開放浦東，將起關(guān)鍵性的作用。由于本越江工程點的地理環(huán)境，運行功能并綜合經(jīng)濟技術(shù)的合理性，經(jīng)橋隧和盾構(gòu)、沉埋工法比較和本工程項目專家評審意見，工程以地面八車道沉埋隧道規(guī)模修建，使它成為亞洲第一，世界第二的世界頂級沉埋隧道之一。
外環(huán)隧道西起浦西同濟路立交，越過江后，東至浦東三叉港與浦東處環(huán)北環(huán)線路相接，工程總長為2882.8m，其中主隧道浦西段739.7m，浦東段384m，江中沉管為7節(jié)736m接線道路1023.1m，附屬工程有二座主變電站，二座雨水泵房，二座消防泵房，二座江中泵房，浦西側(cè)設(shè)排風塔，浦東設(shè)隧道管理中心大樓，隧道與整個外環(huán)線一致為全封閉、全立交快速干道，設(shè)計車速80km/h，主隧道橫斷面為三孔二管廊八車道布置，二邊孔三車道為3.75m×2+3.5m，凈高5m，中孔二車道為2×3.75m，凈高為5.5m，設(shè)計車行荷載等級為汽超-20，掛-120，特300，高于上海其他已建越江隧道工程的等級或流量（見圖2）。
隧道工程地處黃浦江吳淞口內(nèi)側(cè)，浦東為一片灘地，主航道偏浦西，呈彎道，浦西自北向南沿岸有軍港設(shè)施，吳淞水廠進水口，三島車擺渡碼頭，吳淞公園駁岸，吳淞客運碼頭，蘊藻浜及張華浜集裝箱碼頭，是萬噸輪和內(nèi)河船舶進出黃浦江的咽喉通道，高峰時萬噸輪平均可達40余條/月，內(nèi)河船舶可達千條以上。因此，在這里進行沉管隧道施工，必需組織好水上交通航運。
根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，隧道浦西地質(zhì)主要穿越填土層，褐黃色粉質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土，灰色淤泥粉質(zhì)粘土、灰色砂質(zhì)粉土等土層。江中段主要穿越灰色淤泥質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土，灰綠-褐色粉質(zhì)粘土，褐黃色砂質(zhì)粉土層。浦東段主要位于填土層，灰色砂質(zhì)粉土，灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色砂質(zhì)粉土中，地下水位高，土層飽和含水并受黃浦江潮位變化控制。在岸邊段結(jié)構(gòu)基地施工，圍護結(jié)構(gòu)，加固施工，江中基槽開挖施工，干塢和管段制作，江中沉管施工和基礎(chǔ)處理等以及岸壁保護，環(huán)境及地下管線保護，增加不少技術(shù)難題。
2 外環(huán)隧道工程及實施簡況
上海外環(huán)線工程按市政府的總體規(guī)劃實施要求，外環(huán)隧道工程的總工期僅為三年左右，就此規(guī)模的大型沉管隧道就建設(shè)周期而言，是創(chuàng)紀錄的工程。
沉管法隧道自1901年以來國內(nèi)外已有百余條隧道相繼建成，上海外環(huán)隧道是除香港、臺灣以外大陸內(nèi)地的第四條越江交通、規(guī)模最大的沉管隧道，對于每座沉埋隧道工程建造中均可分為陸上連接井結(jié)構(gòu)及暗埋段結(jié)構(gòu)；大型管段（節(jié)）的預(yù)制；江中沉放的水上、水下作業(yè)施工等三大部分的設(shè)計、施工技術(shù)問題，都必須根據(jù)每座隧道的工程所處環(huán)境的不同，而具體妥善研究解決，才能修建高質(zhì)量、符合規(guī)劃設(shè)計、運營管理要求的越江隧道，由于外環(huán)隧道概述中已闡述的所處上海軟土地基和周圍工程環(huán)境特點，就此三大工程部位的工程情況，接施工進展順序作一簡要介紹：
2.1 干塢與鋼筋砼管段制作
隧道江中段沉管段總長736m，分七節(jié)管段預(yù)制，最長管節(jié)為108m，最短為100m，每個管段外形為寬43m，高9.55m。經(jīng)過分析、論證，在浦東陸上連接段隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)A、B兩個干塢進行分批制作，A塢制作二個管段用于浦東側(cè)，B塢安排制作五個管段用于浦西側(cè)和江中段主隧道沉放，以滿足總工期安排的時間節(jié)點要求。
兩個干塢除大小規(guī)模外，其底板深度根據(jù)管段起浮，拖運出塢潮位（水深），管段制作要求，確定底板標高及干塢開挖深度，因上海是軟土地基，管段制作時的自重荷載達9-11t/m2，塢底結(jié)構(gòu)自上而下主要分別為起浮層、鋼筋砼底板、基底土置換和拋石層。干塢開挖深度達11.2m，塢壁結(jié)構(gòu)為放坡（1：3.5）加砼護坡結(jié)構(gòu)。雖然土塢屬臨時結(jié)構(gòu)，考慮到龐大管段結(jié)構(gòu)預(yù)制和汛期安全，故對此采取十分慎重的降水及加固邊坡措施。除設(shè)計計算外，專門立項研究，并進行了離心模型試驗，確保實際工程的基坑和邊坡穩(wěn)定，對塢底結(jié)構(gòu)還進行了實地荷載試驗及大量現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控以及預(yù)報變形量手段，從而保證干塢安全穩(wěn)定和大型管節(jié)制作的質(zhì)量控制，兩塢是目前上海最大規(guī)模的基坑，總土方量達120萬立方米。已立“干塢基坑邊坡穩(wěn)定分析”課題，已通過專家鑒定，總體水平達國際先進（2002年1月16日）。
大型管節(jié)預(yù)制是屬現(xiàn)澆大體積砼預(yù)制的水下結(jié)構(gòu)物，其頂、底板分別為1.45m和1.5m，外側(cè)墻為1m，如此超大的現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，又需在水中浮運沉放，運營階段可謂全泡水中使用，其砼自身重度和裂縫控制是每座沉管隧道都必須研究相應(yīng)的技術(shù)措施，為此，采取砼集料級配設(shè)計，并需經(jīng)歷秋、夏季節(jié)施工的裂縫控制和相應(yīng)的防水技術(shù)，也專題立項分析研究，采取了預(yù)制過程的基底變形監(jiān)控，砼入模溫度、并用水管冷卻控制，砼內(nèi)部溫度變化計算機實時監(jiān)控等一系列現(xiàn)場技術(shù)監(jiān)控手段，針對裂縫成因機理分析，并采取有效的澆搗工藝，養(yǎng)護參數(shù)控制措施，確保了管段制作的設(shè)計要求，本“大型管段砼施工裂縫控制”課題也通過專家鑒定，達國際先進水平（2002年1月16日），同時對最長108米的管段，進行了分段和后澆帶設(shè)置的技術(shù)措施，以適應(yīng)軟基的變形，對于后澆帶及施工縫采取局部外防水；對于管節(jié)砼重度，高精度管段沉放時接頭部位質(zhì)量要求，施工單位配合監(jiān)理等都采取十分細致、認真的施工手段，使預(yù)制管段符合設(shè)計、管段砼結(jié)構(gòu)自防水和沉放施工的嚴格要求，滿足了大型管段起浮、拖運、沉放工藝時管節(jié)自身的質(zhì)量標準，也附合管節(jié)沉放一次舾裝中的各種安裝要求，為江中段隧道主體結(jié)構(gòu)和沉放創(chuàng)造了最根本的重要條件。
每個干塢內(nèi)管段預(yù)制結(jié)束后，塢內(nèi)可進行放水，具體時間根據(jù)舾裝、沉放進度確定，對管段可進行分階段扦漏，每節(jié)管段在沉放施工前一周左右時間起浮，進入下道工序（起浮、系泊、拖運乃至沉放等），每個塢在管段出塢前進行出塢航道開挖和塢口水下破堤開挖，使管段順利拖運出塢至沉放位置，每個干塢的使命就告完成。
2.2 兩岸結(jié)構(gòu)段施工
沉管隧道的兩岸結(jié)構(gòu)，包括兩岸與沉管相接的連接井部分，一般是陸上段結(jié)構(gòu)最深處，其后部即為陸上隧道的暗埋段隧道和引道段（敞開段和進隧道的峒口等）部分，考慮技術(shù)上的經(jīng)濟合理性，兩岸連接段結(jié)構(gòu)和隧道兩側(cè)的岸壁保護結(jié)構(gòu)以適應(yīng)水中沉管沉放施工時的水中基槽開挖要求，它也是每座沉管隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
外環(huán)隧道的兩岸取地處吳淞長江口第四紀沖積河口地，除上海軟弱飽和含水軟基特征外，土層中的砂量高于市區(qū)其它地區(qū)，對兩岸結(jié)構(gòu)施工圍護和岸壁保護圍護的超深地下墻（46-50m），超寬（43m）超深基坑（最深在浦西連接井達30m）的施工和環(huán)境保護帶來很大的難度。在上海市建委科技委專家評審的基礎(chǔ)上，設(shè)計采用厚0.8-1.2m的地下墻圍護、鋼筋砼、鋼支撐相結(jié)合的基坑支撐體系，基坑底降水和地基加固相結(jié)合的方案。連接井頭部需與管段沉放對接，采用可割除的φ1.2m止水咬口特殊鋼管樁結(jié)構(gòu)。超深基坑開挖與同濟大學地下系成立聯(lián)合攻關(guān)小組，對超深基坑和環(huán)境保護控制進行專題研究，通過現(xiàn)場大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息反饋，及時調(diào)整基坑開挖支撐參數(shù)，使基坑圍護位移控制在3‰-5‰開挖深度的范圍內(nèi)，連接井結(jié)構(gòu)，通過工程實際考驗證實亦很成功，攻關(guān)科研課題亦將進行鑒定。
為適應(yīng)水中沉放基槽開挖所需，兩岸尤其是浦西側(cè)碼頭等構(gòu)筑物較多，所采用50米深地下墻所組成的格形重力式地下墻擋土結(jié)構(gòu)，在基槽開挖乃至浦西第一節(jié)沉放結(jié)束，水平位量控制在最大點5cm之內(nèi)，設(shè)計計算的同時進行了較大規(guī)模離心模型結(jié)構(gòu)試驗，工程證明設(shè)計是成功的，對岸壁保護技術(shù)研究課題而言，因水中基槽開挖最深已達29m以上，設(shè)計、研究、監(jiān)控全過程是可行的。本隧道兩岸段難度在于浦西側(cè)，浦東側(cè)開挖深度為25米左右，環(huán)境條件不如浦西側(cè)苛刻，故本文不再多加敘述。
2.3 江中段沉放施工段
外環(huán)隧道工程地處吳淞口黃浦江進、出船舶的航道咽喉部位，概述中已作介紹，是水上交通最為繁忙水域，車渡、吳淞輪渡站以及客運碼頭、高速碼頭船只還在此頻繁調(diào)頭和通行，給沉管施工的水上、水下作業(yè)帶來很大影響，在此已經(jīng)得到港務(wù)、航道、航運以及水上安全主管部門、海事局的大力支持，共同制訂了水運臨時航道方案，各節(jié)管段沉放時的水上航運翻交組織方案，保證沉放施工基本不斷航的方案順利實施。
作為設(shè)計施工總承包單位，在施工技術(shù)方案中，經(jīng)過詳細充分論證研究，進行大量優(yōu)化工作，諸如以出塢航道兼作二次舾裝系泊區(qū)，沉管基礎(chǔ)處理采用灌砂法基礎(chǔ)；管段沉放對尾部水下臨時支承墊塊改為鋼管樁支承方式；管段沉放后的兩側(cè)和頂部復(fù)蓋回填，根據(jù)隧道沉放以后的穩(wěn)定條件作了進一步細化研究；沉放作業(yè)中的定位、監(jiān)測、監(jiān)視監(jiān)控及基槽清淤作業(yè)等關(guān)鍵工序，在嚴格按天文、氣象潮位的時間控制外，使水上、水下、沉放作業(yè)時間和對航運影響縮小到最低限度，同時也為隧道工程總工期提供了有力的保證措施，體現(xiàn)了設(shè)計、施工總承包形式下，充分依靠設(shè)計、施工科技人員深入工程第一線，運用科學研究指導(dǎo)生產(chǎn)施工的有效成果。
外環(huán)隧道工程的七個沉管體量特別大，自身空氣中重量可達4.5萬噸，在干塢中依靠抽除管段內(nèi)壓艙水箱（長108m管段內(nèi)為18個容量為300m3的水箱），使龐大管段起浮，用絞車和施輪拖運出塢，需穿越主航道，須用4條3000匹馬力以上的大型拖輪，并用1-2條同馬力拖輪輔助克服江中水流阻力，到達預(yù)定沉放點。管段施運前已完成浮駁到位和吊點安裝，二個測量控制塔（人孔已在內(nèi)）和塔上2×3臺液壓卷揚機以及管段上的用于調(diào)整下沉控制方向的鋼索，滑輪組等全部舾裝件設(shè)備的安裝，沉放時水下預(yù)設(shè)錨碇塊，以兩塔上卷揚機控制管段水中的平面位置，以二條浮駁的垂直滑輪組和四臺卷揚機控制沉管下放標高，以管段內(nèi)壓艙水箱水位調(diào)節(jié)控制負浮力和管段的縱坡和橫傾，用這三項互相交替控制措施，使管段在下沉過程中，水下空間三度位置附合設(shè)計原定軸線位置和偏差的調(diào)節(jié)，當然沉放過程中用陸上測量控制點，用全站儀控制管段上二個塔的測點位置也是必不可少的，針對這套沉放工藝在國際較多沉埋隧道工程中是常采用的工藝和順序，對于本隧道已設(shè)想以測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，從管段內(nèi)水箱水位調(diào)節(jié)，10臺液壓絞車控制管段水中三維位置，實施自動化操縱，并將在沉放施工中試用，以加強水下沉放控制精度，縮短整個沉放施工時間，最大程度減輕潛水員作業(yè)工作量為目標，使沉放施工在國際、國內(nèi)現(xiàn)有的水平上有一個較大的提高，這是已立課題研究的目標所在。
至于大型管段在水下對接及兩管節(jié)頂面拉合千斤頂，使“吉那”止水帶初步止水，兩管段封墻之間空隙內(nèi)排水，使管段最終壓接止水。管節(jié)頭部以鼻托擱置在已沉管段尾部（或陸上連接井處）上，以尾部千斤頂調(diào)節(jié)尾部標高等常規(guī)沉放方法，在這里不再詳細介紹。
每個管段按上述順序沉放到位后，在水箱內(nèi)適當加水，使管段在預(yù)定位置不繼續(xù)發(fā)生浮動，用兩側(cè)適當拋石鎖定已沉管段的平面位置。拆除用于沉放作業(yè)的管段頂部舾裝件和設(shè)備，移至下一管段的沉放工作，由于本隧道工程基礎(chǔ)處理采用灌沙法，在上述沉放工藝順序完成后，通過水上灌砂作業(yè)船，向管段內(nèi)已預(yù)留的Ф200管道向已沉管段底和基槽底之間實施分批灌砂，使已沉管段座落在較為密實的砂盤基礎(chǔ)之上，以取代鼻托上擱置力和底部垂直千斤頂?shù)呐R時支承力。由于上海地區(qū)需考慮七度地震設(shè)防，灌砂基礎(chǔ)內(nèi)摻加了5-6%的水泥熟料，使灌砂形成的密實砂盤保持一定強度和抗液化能力，以對付地震發(fā)生砂基礎(chǔ)的液化問題，灌砂完成后，接下來的是管節(jié)兩側(cè)的水下回填拋石和頂部復(fù)蓋拋石工序，這樣才能完善全部沉放施工階段的全部工作水下沉放作業(yè)，管內(nèi)作業(yè)包括封墻拆除，澆搗管內(nèi)壓艙砼，拆除管內(nèi)水箱，使隧道內(nèi)的通車凈空達到設(shè)計要求尺寸。然后安裝兩管段間的鋼拉索，Ω止水帶，垂直水平剪切處鍵，均是沉放施工中陸續(xù)完成的各道工序。
為確保施工質(zhì)量，本次隧道施工前曾專門立題進行研究，包括灌砂級配方法，抗液化試驗，地面較大規(guī)模的二次灌砂模擬試驗等，以確定砂基礎(chǔ)級配，管段內(nèi)的灌砂管位。通過灌砂砂盤擴散范圍和密度檢測，以確定管段沉放時各類變形控制參數(shù)和指標，是本次立題研究沉管隧道基底處理工藝的主要目的。
隧道偏浦東兩管節(jié)尾尚有一個2.5米的水下最終接頭，采用國外已有的先水下封模板，后抽水施工砼結(jié)構(gòu)的方法。
如此規(guī)模的大型沉管隧道在國內(nèi)和亞洲當屬首次，除上述三大部分中所述的科研項目外，在施工前結(jié)合施工圖設(shè)計，還進行了隧道選址和埋深標高中河床演變和沖刷穩(wěn)定（已通過鑒定）、大型沉管隧道抗震分析研究、大型沉管隧道柔性接頭及管段防水技術(shù)試驗研究、沉管隧道管段局部高出河床的設(shè)計研究試驗、大型沉管隧道環(huán)境保護研究、大型沉管隧道防災(zāi)、抗災(zāi)、減災(zāi)綜合設(shè)防研究等大型科研項目，本隧道工程共有設(shè)計、施工技術(shù)方面的課題研究項目十二項，涉及隧道選址中總體平面、縱坡設(shè)計，基槽開挖和隧道建成后對較大范圍內(nèi)的駁岸、碼頭、河床穩(wěn)定及噪音、廢氣的環(huán)境影響，隧道設(shè)備系統(tǒng)的模式和選型，隧道運營后的各類災(zāi)害事故分析和預(yù)案措施設(shè)計布置等各個學科領(lǐng)域研究，已得到國家科技部，上海市建委、科委等上級主管部門大力支持，在全體設(shè)計、施工、管理、科技人員的努力下，已在隧道工程中取得相應(yīng)技術(shù)經(jīng)濟效果，以及在加快工程進度也已逐步顯示出科技是第一生產(chǎn)力的實際效果，并要求在工程完成時進行總結(jié)和鑒定驗收。
沉埋隧道有其自身的不少特點，如能一次方便的完成車道數(shù)較多，江底覆土（埋深）可減小到最底限度，接縫少，防水處理較為方便，排除受水上交通、氣象、潮位、流速影響外，其施工速度較快，可用于地鐵、公路、鐵路（或合用）等不同用途，隧址條件合適的地區(qū)。上海黃浦江水深、流速均不太大，施工條件中除航運船舶以外，較大的難度是處于第四紀沖刷形成的軟土地基問題，水下基槽開挖淤積較快。因此，上海從六十年代開始就著手研究，于六十年代初集中一批技術(shù)人員進行了部分試驗工程和考察，七十年代初，以金山石化廠穿越大堤的排水工程進行了一次規(guī)模較小的輸水砼管段沉放施工，九十年代初參加了廣州珠江隧道和寧波甬江隧道二條沉管隧道的部分防水施工。二00二年三月與上海航道局，上海救撈局合作完成的寧波常洪隧道已建成正式通車，標志上海的沉埋隧道工程設(shè)計、施工趨于成熟，通過多條沉管隧道的設(shè)計、施工，并進行的結(jié)合工程的課題研究，其不少結(jié)論和經(jīng)驗參數(shù)，可作為今后沉埋隧道的設(shè)計和施工提供較新的實際經(jīng)驗。
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