bd沉管隧道节段式路面施工组织设计

沉管隧道节段式路面施工组织设计摘 要隧道路面施工管理工作的核心是施工组织，施工组织的作用在于通过对施工过程中诸要素的合理组织，即针对工程的具体特点，对施工过程中的资源、技术、费用等因素进行科学合理地统筹安排，保证施工工作在一定的时间和空间上有计划、有秩序地开展。因此，为保证隧道路面在施工过程中各道工序之间有序搭接、相互配合，保证施工作业的协调性、节奏性、配合性和连续性，保证隧道路面结构质量与路用性能，结合路面结构与施工环境的特殊性有针对性地展开隧道路面施工组织的研究具有重要的意义。本文以港珠澳跨海集群工程中的沉管隧道为依托工程，通过分析港珠澳隧道路面工程特性，提出了港珠澳隧道路面施工的基本原则、构建了隧道路面施工组织评价体系。以此为基础对隧道路面各层结构的施工工艺、施工工序及主要施工机群配置进行了分析。结合施工组织的相关理论对隧道路面施工总体组织优化方法进行了研究。本研究主要结论如下：（1）施工组织的研究应以施工方法的明确、施工机械的选择、施工过程的时间组织与空间组织为主要对象。沉管隧道节段式路面施工组织应遵循施工质量第一、施工工期合理、施工顺序科学、施工手段先进、适应项目特性的基本原则。隧道路面的施工组织评价体系应由质量、工期、安全、费用、施工先进性、资源供应程度、与其它工程相互影响程度等评价指标构建而成。（2）对于采用沥青混凝土铺筑的隧道路面，在施工中因环境狭窄，而且空间相对封闭，在高温环境下极易产生浓烟与臭味，且容易发生火灾，不利于路面施工，因此采取适当的温拌阻燃技术十分必要。（3）隧道路面沥青混合料拌和采用不小于3000型间歇式强制搅拌设备，搅拌站选址在港珠澳大桥西人工岛上。混合料运输采用中小型自卸车，采用10t自卸车运输上下面层混合料所需最大车辆数分别为16辆、24辆。隧道路面面层、应力吸收层分别采用两幅梯队联合摊铺、全幅一次成型摊铺的摊铺方法。混合料碾压过程初压、复压、终压均采用双钢轮压路机。隧道钢纤维混凝土搅拌站也设置于人工岛上，生产能力满足300m3/h的要求。钢纤维混凝土运输采用中小型自卸车，采用10t自卸车运输是所需最大车辆数为39辆。采用大型滑模摊铺机对主车道钢纤维基层进行一次性全幅摊铺。（4）沉管隧道路面毛勒伸缩缝的施工准备工作从整个路面施工前开始启动。隧道大管节接头处压重混凝土预制时即需预留毛勒伸缩缝安装槽并埋置钢筋，隧道路面基层摊铺前对槽口做填充处理。毛勒伸缩缝、TST伸缩缝的施工在借鉴桥梁伸缩装置的安装工艺的基础上，应根据港珠澳隧道路面的实际结构进行调整。（5）灰色层次分析法可以应用到公路桥梁工程的施工组织的优化比选之中，灰色层次分析模型的构建主要包括确定最优指标集、指标权重计算、灰色关联度计算、评判结果计算等几个步骤。（6）本文基于路面施工现状提出了沉管隧道路面施工的备选总体组织方案，运用灰色层次分析法对其进行了优化比选，提出了沉管隧道施工组织方案的评价指标体系，并总结了一套基于专家打分制的沉管隧道路面施工组织方案择优方法。关键词：施工组织，沉管隧道，灰色层次分析法，施工工艺AbstractThe core of construction management for tunnel pavement is construction organization,construction organizations role is to pass on the various elements of the construction process of rational organization that works for the specific characteristics of the construction process of the resources, technology, cost and other factors, scientific and reasonable co-ordinate arrangements to ensure that the construction work at a certain time and space in a planned, orderly conduct. Therefore, to ensure road tunnel during construction orderly overlap between each process, cooperate with each other to ensure the coordination of construction work, rhythm, fit and continuity, to ensure the quality of the pavement structure tunnel and road performance, combined with the pavement structure and construction of special environment targeted to commence construction of the road tunnel organization study has important significance.By analyzing the characters of Hong Kong-Zhuhai-Macao tunnel pavement,the basic principles and the evaluation system of the construction of the tunnel pavement are put forward,based on which the tunnel pavementconstruction technology, construction process and main construction machines configuration are researched.Optimization research for tunnel pavement construction organization is based on the relevant theory of construction organization. The main research achievement is as follows:(1) Construction Organization of construction methods should be clear, the choice of construction machinery, construction process, organization and spatial organization of the time as the main target. Immersed tube tunnel segmental pavement construction organization should follow the construction quality first, reasonable construction period, construction sequence science, advanced construction methods, to adapt the basic principles of project characteristics. Road tunnel construction organization evaluation system should be quality, duration, safety, cost, construction advanced, resource supply level, interaction with other engineering degree evaluation index is built.(2) for the use of asphalt concrete paved road tunnel in the construction due to environmental narrow and relatively closed space, easy to produce in high temperature environment of smoke and odor, and is prone to fire, is not conducive to road construction, so take appropriate warm mix flame retardant technology is necessary.(3) tunnel pavement asphalt mixing using no less than 3000 intermittent forced mixing equipment, mixing station located in the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge, West artificial island. Mixture transport Using small dump truck, dump trucks using 10t mix transportation layer below the required maximum number of vehicles that are 16, 24. Tunnel road surface, the stress absorbing layer were combined using two echelon paving, paving full width paving a molding method. Mixture initial pressure rolling process, complex pressure, final pressure are used tandem roller. Tunnel steel fiber concrete mixing station is also provided on the artificial island, the production capacity to meet 300m3 / h requirements. Using small steel fiber reinforced concrete transport truck, used 10t truck transport is the maximum number of vehicles required for the 39. The use of large sliding paver driveway steel fiber grassroots to the main one-time full-width paving.(4) Maurer immersed tube tunnel pavement expansion joints from the entire road construction preparation work before construction starts. Tunnel bassoon section joints of precast concrete ballast that is to be reserved when Maurer and embedded steel mounting groove joints, tunnel road base prior to paving notch as filling process. Maurer joints, TST construction joints draw bridge expansion devices in the installation process, based on the Hong Kong-Zhuhai-Macao should be based on the actual structure of the road tunnel to be adjusted.(5) gray analytical hierarchy process can be applied to highway bridge construction project organization optimization and selection among the gray-level construct an analytical model to determine the optimal set of indicators including, index weighting, gray correlation calculation, evaluation results calculation several steps.(6) Based on the status quo of the road construction road construction immersed tube tunnel options for the overall organization scheme, using the gray analytic hierarchy process optimization and selection was carried out proposed immersed tube tunnel construction organization plan evaluation index system and concluded expert scoring system based on a set of immersed tube tunnel road construction organization preferredmethod.Key words: Construction organization,Immersed tube tunnel, Gray-Analytic Hierarchy Process, construction technology目 录摘要IABSTRACTIII第一章绪论11.1项目背景及研究意义11.2国内外研究现状41.2.1 沉管隧道施工的国内外研究现状4施工组织的国内外研究现状51.3主要内容及方法71.4创新点81.5技术路线8第二章沉管隧道节段式路面施工组织分析102.1 施工组织研究的主要内容102.2 港珠澳隧道路面结构分析112.2.1 普通隧道路面结构11沉管隧道节段式路面结构13沉管隧道节段式路面结构与普通隧道路面结构的对比152.3港珠澳隧道路面施工组织评价指标体系的建立15港珠澳隧道路面施工组织的特点152.3.2 港珠澳隧道路面施工组织的原则162.3.3 港珠澳隧道路面施工组织评价指标体系的建立182.4 本章小结19第三章沉管隧道节段式路面施工方案的确定203.1 港珠澳隧道路面的技术说明20港珠澳大桥主体工程的主要技术标准20港珠澳大桥隧道路面的方案说明203.2 沉管隧道路面的施工重点223.2.1 隧道钢纤维混凝土基层223.2.2 毛勒伸缩缝223.2.3 应力吸收层243.2.4 隧道路面结构243.2.5 TST伸缩缝273.3 隧道路面毛勒伸缩缝施工工艺283.4 应力吸收层施工工艺303.4.1 底层准备303.4.2 混合料的拌和303.4.3 混合料的运输313.4.4 混合料的摊铺313.4.5 混合料的压实323.5 港珠澳隧道SMA面层施工工艺33温拌阻燃技术在隧道路面中的应用333.5.2 SMA的拌和353.5.3 SMA的运输363.5.4 SMA的摊铺363.5.5 SMA的碾压373.5.6 施工缝383.5.7 隧道沥青路面施工通风控制393.6 沉管隧道路面TST伸缩缝施工工艺413.6.1 桥面TST伸缩缝的安装流程41沉管隧道节段式路面TST伸缩缝施工工艺423.7 本章小结44第四章沉管隧道节段式路面施工机械464.1港珠澳大桥隧道工程的布置概况46隧道方案及布置46隧道人工岛布置46桥、岛、隧总体布置474.2 港珠澳隧道路面沥青混合料施工机械设备的选择474.2 港珠澳隧道路面基层混凝土施工机械设备的选择514.3 本章小结54第五章沉管隧道节段式路面施工组织优化555.1 隧道施工组织优化的目的与方法555.2 灰色层次分析法理论56基本原理56模型建立步骤575.3 沉管隧道路面总体施工组织方案的择优方法研究605.3.1 备选方案605.3.2 评价体系的建立及最佳指标的确定615.3.3 各指标之间的权重分析及关联度计算635.3.4 最佳方案的确定645.5 本章小结65主要研究结论及展望66参考文献68第一章绪论1.1项目背景及研究意义（1）项目背景与跨越江河湖海的其他交通方式相比，水下隧道有其独特的优势，因此近年来在国内外发展迅速。世界各国，特别是美国、荷兰、和日本等国在沉管技术领域有了长足的进展。目前，中国已建成的有广州的珠江、宁波甬江和常洪及上海外环线沉管隧道等。由于沉管隧道所处海洋环境，工程地质与水文地质条件复杂，所处深海荷载条件多样，导致沉管隧道各施工工序异常复杂。港珠澳大桥是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的重要组成部分，它是连接我国广东省珠海市、香港特别行政区、澳门特别行政区的大型跨海通道，是跨越伶仃洋海域的关键性跨海通道工程。粤港澳三地共建主体工程长约29.6km，其中穿越伶仃西、铜鼓航道段采用长约5.99km的沉管隧道方案，如图1.1所示。其主体工程采用双向六车道高速公路标准，设计时速100km/h；隧道净宽214.25m、净高5.1m；设计使用寿命120年；地震基本烈度度。图1.1 港珠澳大桥总平面布置图Fig1.1 The general arrangement plan港珠澳大桥的建设旨在满足粤港澳之间的交通运输要求，建立连接珠江入海口东西两岸新的陆路运输通道。项目建成后，将使珠江西岸地区与香港地区之间客货运输以水运为主、陆路绕行的现实状况得到根本性的改变，从而完善国家高速公路网络以及粤港澳三地的综合运输体系。通过缩减穿越三地时间，深化珠江口两岸的社会联系，打造“三小时生活圈”。改善珠江西岸地区的投资环境，加快产业结构调整和布局优化，拓展经济发展空间，继而提升珠江三角洲地区的综合竞争力，保持港澳地区的持续繁荣和稳定，促进珠江两岸经济社会协调发展。港珠澳大桥将连起世界最具活力经济区，对香港、澳门、珠海三地经济社会一体化起到深远意义。港珠澳大桥的海底沉管隧道距珠海约22km，是港珠澳大桥跨海集群工程主体工程的重要组成部分，其基槽设计底标高约-45m、行车单孔净宽14.25m、隧道管节宽度37.95m、单节管长180m，采用节段式管节，各节段长22.5m。侧墙与顶底板厚度为1.5m，采用C50钢筋混凝土。隧道顶板至原始海床的回淤厚度达23m、纵向长度约3km。该隧道工程具有管节长度长、埋置深、回淤荷载大、地层差异显著、沉降控制难、抗震标准高、岛隧结合部施工复杂等特点。如图1.2示，在国内外沉管隧道界尚属首例。图1.2 港珠澳海底隧道纵向布置图Fig1.2 The Longitudinal figure for subsea tunnel港珠澳沉管隧道节段式路面是整体工程的主要组成部分之一，其质量对港珠澳大桥的整体服务水平有着极为重大的影响，路面的施工水平在很大程度上决定了隧道路面的质量，所以应高度重视路面工程的施工管理。港珠澳沉管隧道节段式路面结构、路面工程材料、各类构件等与普通隧道公路路面均存在较大差异，加之其地理位置上的特点，决定了港珠澳隧道路面施工工艺的独特性、施工工序的复杂性、劳动力及施工机具的多样性以及施工环境的特殊性。（2）研究意义沉管隧道由于其自身条件以及所处地理位置等因素限制，使得隧道内处于一个相对封闭、空间狭小、湿度大，隧道路面有可能受到海水侵蚀等不良环境。车辆进出隧道口加减速频繁，极易发生交通事故，且我国存在交通量增大以及运输物品复杂化的趋势，也增加了隧道交通事故的概率。施工组织设计是规划、指导建筑工程投标、签订承包合同、施工准备和施工全过程的全局性的技术经济文件，是建筑施工实现科学管理的重要手段。其主要作用在于通过对施工过程中诸要素的合理组织，即针对工程的具体特点，对施工过程中的资源、技术、费用等因素进行科学合理地统筹安排，保证施工工作在一定的时间和空间上有计划、有秩序地开展。施工组织设计的设计的好坏，对企业竞争项目起着决定性作用。好的施工组织设计能够为施工单位实现优质、安全、环保、高效、低耗，取得最大的经营效果，全面地完成施工任务1。施工组织设计是指导现场施工与技术管理的全面性的技术经济文件。是建筑施工实现科学管理的重要手段，是高质量、低成本、有秩序、高效率的完成建筑工程项目的有力保证措施2。建筑工程施工组织设计是规划、指导建筑工程投标、签订承包合同、施工准备和施工全过程的全局性的技术经济文件3。隧道施工是由多种作业工序构成, 其中任何一项工作搞不好，都会对全局造成不利影响, 其施工的综合性非常强。隧道工程的管理实施就是保证各工序正常生产并合理衔接, 不断提高隧道的工厂化和规范化施工能力, 使工程快速有序的进展, 最终实现工程目标4。目前在我国隧道工程中,施工管理是一个薄弱环节,大部分还是传统的或受传统模式影响的管理模式,在组织隧道施工中存在种种误区,已经越来越不适应市场经济发展的要求5。如何改变观念,向管理要效益、挖潜力,是一个急待解决的问题。隧道施工相对于公路工程中的道路和桥梁施工难度和危险程度更大，隧道施工由于不良的地质条件、设计不合理和施工方法等不当会引发众多地质灾害，如坍塌、涌水、涌砂、岩爆等，再加之隧道施工中较差的工作环境，如通风不畅，噪音大，能见度低等，可能引发的安全生产事故层不穷6。因此，为保证隧道路面在施工过程中各道工序之间有序搭接、相互配合，保证施工作业的协调性、节奏性、配合性和连续性，保证隧道路面结构质量与路用性能，结合路面结构与施工环境的特殊性有针对性地展开对港珠澳海底隧道路面施工组织的研究具有重要的意义。1.2国内外研究现状1.2.1沉管隧道施工的国内外研究现状沉管隧道是一种沟通江河、海湾、海峡两岸的水底隧道。所谓沉管法隧道，就是在修建隧道的江河或海湾或海峡的水底下预先挖掘好一条沟槽，把在干坞内预制的沉管从制作场地浮运到江河或海湾或海峡的施工现场，依次沉放在沟槽内并加以连接，从而建成隧道的施工方法。由于沉管隧道的设计和施工涉及到土木工程、混凝土学、材料科学、水利学、空气动力学等学科，所以技术难度相当的大7。沉管隧道起源于美国，发展于欧洲、日本。由于沉管隧道具有埋深浅、总长短、地层适应性强、防水性能好、抗震性能高、工期短、且具有军事防御能力。因此，至世界上第一条沉管隧道建成至今，据统计，目前全世界在建、已修建的沉管隧道达150余座。雷巨光8对沉管隧道施工中的测量控制问题进行了系统性和基础性的研究。总结出了沉管隧道建造工程所需的各项测量工作,并阐述了各项测量工作的原理和方法。邱峰9结合目前国内沉管隧道施工应用缺乏科学、系统的施工管理经验的现状,围绕沉管隧道建设对工程项目工期、进度、质量、安全及成本管理的顺利实现这一目标，结合沉管隧道建造特点及以前沉管隧道施工与管理经验,系统介绍了沉管隧道在沉管基槽开挖及炸礁,管节预制，管节浮运、系泊,管节沉放、水下对接，沉管基础处理及回填等施工工艺流程、施工工况特点和施工方法，为后续沉管隧道的施工与管理提供了有益的参考。魏欣海10全面深入的分析了沉管隧道工程可视化进度管理系统的主要功能,设计出系统的组成结构、数据传递结构,实现了沉管隧道工程可视化进度管理系统。并将该系统应用在广州市仑头-生物岛隧道工程进度管理的过程中,根据该工程的进展情况,及时调整更新进度计划,向陆上管理人员提供水下沉管隧道工程实时3D形态,在实际工程的应用过程中,取得了较好的效果,并对该系统进行了改进和完善。杜朝伟11结合国内已建成的沉管隧道对沉管法施工干坞方案比选、管段及接头防水设计进行了探讨分析,对沉管法施工的关键技术如管段制作、管节浮运、沉放及水下对接和基础处理方法进行了归纳。王吉云12介绍了港珠澳大桥沉管隧道工程的施工难点及所应用的新技术，如沉管隧道管节工厂化生产；粗挖、精挖及清淤的基槽开挖方法及设备；碎石刮铺处理基础的方法及设备；体外定位系统及管节浮运与沉放等。Pulaski、Michael 基于完善的施工资料建立了全面控制进度和成本的施工组织设计模式，指出了目前在跨海隧道技术方面取得了重大进展，对于项目效率的提高起到了很大的改善作用13。Hans Cozijn对釜山-巨济沉管隧道制作了1：50的拖船与沉管模型，并对拖船及沉管在浮运、沉放、对接过程中的力学行为进行研究14Kiyomiya 15提出的“弹簧-质量”数学模型，将沉管看成是置于弹性地基土体上的梁、弹簧、阻尼结构，进行纵向地震响应分析。Dalgic依托 Beykoz Tunnel 工程，对浅埋破碎岩层对隧道开挖和支护展开研究，认为浅埋破碎岩层隧道需要进行联合支护，即采用喷射混凝土、钢筋网、锚杆、钢拱架等进行作用，并通过合理的优化开挖工序，降低对隧道失稳破坏的影响16。1.2.2施工组织的国内外研究现状施工组织设计在有些国家被称为“施工准备”或“施工计划”。国外对工程施工组织的理论研究相对比较系统和成熟，既注重施工组织设计在技术方面的要求，又综合考虑整个施工织方案的经济性及合理性。能够把整个工程项目从施工准备、施工过程、工程质量、施工工期、施工成本以及劳动保障措施等进行全方案综合考虑，统筹计划、合理安排。上世纪二十年代，在建造第聂伯河水电站期间，苏联施工人员编制了世界上第一个较为系统的施工组织设计。从此，随着现代大型工程项目的施工实践和科学技术的发展，工程施工组织研究不断趋于系统化 17。随着计算机技术及网络的飞速发展，很多国外科技公司研发了一系列施工组织设计的相关应用软件，在降低了成本费用的同时提高了工作效率。这类应用软件在如今的施工方案设计工作中得到了充分的应用18。如美国、日本、德国、俄罗斯等国建筑业公认网络计划技术是当前最先进的计划管理方法，目前网络计划技术在工业发达国家已得到广泛应用。利用计算机进行网络计划绘图、计算优化、分析和控制，将网络计划技术引入众多工程项目，使其在资源和成本优化等方面发挥了重大作用。Fox对施工组织设计的重要性进行阐述，并强调了施工现场和建设过程中施工效率和施工质量对施工组织设计的重要性19Cheng，Min-Yuan通过研究发现施工现场控制的过程是繁杂的，并伴随着风险和不确定。基于现代施工管理现状，提出了遗传算法、整合模糊逻辑、神经网络等人工智能算法并利用计算机技术建立了一种多元化的决策体系20IKeda论述了施工组织设计在建筑工程项目中的作用，并从根本上维护了工程项目的价值21 Pulaski摒弃了传统的施工组织设计原则，基于施工材料供应来进行施工组织设计，从而对施工进度与成本展开全面控制22。Chua根据工程进度的反馈信息，建立了可调整施工场地平面布置仿真模型23。Onder Niluferl以一个施工项目的例子论述了项目计划与施工组织的关系，并指出施工组织设计在项目计划制定过程中的重要性24。从1950年起，我国开始向前苏联学习工程管理的先进方法，并且引入施工组织设计。在第一个五年计划期间，在某些大中型工业建设工程中，开始试行施工组织设计制度，并取得比较好的成效。经过50多年来的工程实践，施工组织设计在我国各类建设工程中已经逐渐开始了全面推广，针对施工组织的研究不断地发展。沈宏和梁海涛通过工程施工的任务的分析认为编制好施工组织设计与加强施工管理是组织施工需要解决好的两个基本问题。他从编制施工组织设计的原则、重要性以及施工组织设计的重要组成部分等方面综合论述了施工组织设计在施工活动中的作用25。杨光煦通过对我国水利水电工程施工组织设计从20世纪50年代至今的成长历程的分析，指出了水利水电工程施工组织设计从施工技术、到施工组织设计理论（系统理论与决策模型理论）、施工组织设计手段、以及施工组织管理四个方面的发展规律，提出随着建设体制的不断改革，提高施工组织设计的水平将越来越重要的问题26。严守德、雷中英等构建了一套围绕施工方案、施工进度计划和施工平面布置的建设工程施工技术经济评价指标体系，介绍了一套评价方法逐层序关系方法。他们认为采用逐层序关系方法评价施工组织是准确而定量的，是可以直接应用的27。黄玉刚运用层次分析法对某新建铁路工程的两套设计方案进行了比选，并提出了层次分析法在组织方案应用性加强的措施，即扩大专家范围、科学处理专家反馈意见、请专家进行自我评价28。安文杰在隧道施工组织研究中提出，施工组织的过程中包括施工方法、施工工艺、结构物型式等的选择均应与工程实际情况息息相关。他建立了关山隧道施工组织设计方案的模型评价体系，引入了模糊层次分析法对关山隧道施工组织设计方案的进行了评价29。沈其明、万先进详细分析了具有隧道群的高速公路施工合同段划分应考虑的主要因素，归纳出了合同段划分的几种主要形式及其特点，最后指出了了具有隧道群的高速公路施工组织的难点30。杨亚文使用基于层次分析法和灰色关联度分析的灰色综合评判法，参考某公路工程施工方案评价体系，综合评判选出最合理的施工方案31。由以上的研究可知，沉管隧道由于其自身条件以及所处地理位置等因素的原因导致其施工难度相当的大，国内外学者针对沉管隧道的测量控制、施工质量的管理、管端接头技术、力学行为分析以及隧道支护等施工问题展开了研究；针对资源和成本优化、现代施工管理方法、施工组织在建筑工程中的重要性等施工组织问题进行了研究。然而，针对施工组织设计在隧道工程中的应用，尤其是在沉管隧道这种施工难度较大的工程中的应用则少之又少。因此，为保证隧道工程的结构质量与服务年限，有必要进行隧道路面施工组织的研究。1.3主要内容及方法本文以港珠澳跨海集群工程中的沉管隧道为依托工程，依据工程项目施工组织的基本原理以及施工组织设计编制的原则、内容、和程序，针对港珠澳隧道路面施工的特点，就其施工组织开展了相应的研究。主要研究内容如下：（1）通过对港珠澳沉管隧道节段式路面结构与普通隧道路面结构的对比，分析港珠澳隧道路面施工组织的特点，提出港珠澳隧道路面施工组织应遵守的基本原则、并建立港珠澳隧道路面施工组织评价指标体系。（2）结合目前高速公路路面施工技术与港珠澳隧道路面的结构特点，对隧道路面各结构层的施工工艺与施工要点进行了研究。研究内容分别对隧道路面主要工程的施工顺序、基面层和应力吸收层施工方法的选取以及施工工艺的必要条件进行了论证和阐述。（3）根据隧道路面施工方法的规范要求，结合沉管隧道节段式路面的施工条件，对隧道路面施工中沥青混合料和钢纤维混凝土的主要施工机群进行选择与布置，从而确定隧道路面沥青混合料和钢纤维混凝土的最佳施工设备。（4）对常用的公路施工组织优化方法进行了讨论，根据隧道路面施工方法与施工机械配置的研究结果，并基于施工组织设计相关理论和路面施工现状提出了港珠澳隧道路面施工的备选总体组织方案，应用灰色层次分析法对施工组织的评价指标进行细化和量化，从而对港珠澳沉管隧道节段式路面总体施工组织备选方案进行了比选与确定。1.4创新点（1）基于跨海隧道的施工特点，建立了港珠澳沉管隧道路面施工组织评价指标体系。（2）基于灰色层次分析法对港珠澳沉管隧道施工组织的评价指标进行量化研究。1.5技术路线本研究采用的技术路线如图1.3所示：图1.3 技术路线Fig1.3 Technical route第二章 沉管隧道节段式路面施工组织分析2.1 施工组织研究的主要内容在任何公路工程项目施工之前，都应该依据国家及行业的基本要求与规程，结合主观要求与现场的客观条件，进行施工组织的研究，并编制相应的公路工程施工组织设计，对项目进行整体性的规划。工程施工组织设计一般包括如下内容：（1）工程概况主要为工程的类型、规模、工程特点的介绍，工程所处地区地形地貌、气候条件、水文地质情况调查，工程施工条件的分析等；（2）施工总体部署包括施工任务与施工队伍的划分，施工组织机构的构建；（3）施工方法主要指各分项工程的施工工艺、方法以及施工质量控制措施；（4）施工进度计划指施工总体工程以及各分项工程的时间组织、进度安排；（5）资源需求计划应该包括施工所涉及工程材料、施工设备、劳动力的需求用量及需求时间；（6）施工平面布置主要指拌和站、材料库、厂区道路及水电供应设施等临时设施的平面布置；（7）管理体系与保证措施主要指质量管理体系及保证措施、进度管理体系及保证措施等。在上述施工组织设计内容中，工程概况是既定的客观条件，资源需求计划是由施工方案与施工进度计划决定的，施工总体部署是为施工方案与施工进度计划服务的，而管理体系与保证措施则是施工组织顺利进行的保障。所以，施工组织设计的重点应该是施工方法与施工进度计划。随着机械化施工所占比例的增加，在施工方案的明确过程中，施工机械的选择应占有越来越重要的位置，有必要进行专门的研究。综上，施工组织研究的重点对象概况起来有三大方面：一是施工方法的确定，二是施工机械的合理选择，三是施工过程的时间组织与空间组织。2.2 港珠澳隧道路面结构分析隧道内路面与一般路面使用条件的差异导致其使用性能要求也有许多不同32。由于我国修建长大公路隧道的历史较短，使得我国目前在隧道内路面铺筑方面的研究较少，没有取得突破性进展。隧道内铺装的使用性能要求，主要表现在以下几个方面：（1）要求抗滑性能要好，抗滑性能的耐久性要高。（2）要求噪音低。（3）要求灰尘小。（4）要求铺装具有一定的耐油性和阻燃性。（5）要求适应于隧道内潮湿的使用环境。（6）除上述使用性能要求外，还要求铺装施工性能良好。2.2.1 普通隧道路面结构隧道路面按结构主要分为三类，即沥青路面、水泥路面与复合式路面。由于具有强度高、寿命长、防火性能好等特点，水泥路面是早期隧道路面结构形式的主要选择。近年来，随着工程技术的发展以及人们对公路行驶舒适性要求的提高，复合式路面逐渐成为了隧道路面结构的首选形式。例如：在浙江地区、贵州地区，大部分隧道采用的路面结构形式是在素混凝土找平层上浇筑水泥混凝土板为基层，再摊铺沥青混凝土面层而形成复合式路面结构。2001年，在深圳市盐坝高速大梅沙隧道采用AC+RCC复合式路面，设置了碎石排水垫层，大梅沙隧道洞内路面结构设计为：8cm碎石排水垫层+24cm碾压混凝土基层+5cm中粒式沥青混凝土中面层+4cm沥青混凝土抗滑表层，如图2.1所示。4cm 沥青混凝土抗滑表层5cm 中粒式沥青混凝土中面层24cm 碾压混凝土基层8cm碎石排水垫层图2.1 盐坝高速大梅沙隧道路面结构Fig 2.1 Tunnel pavement structure of YanBa highway北碚和西山坪隧道位于渝合高速公路，均为平行的双线隧道，其路面铺装于2002年5月9日正式开工，6月12日完工，历时一个多月。两隧道均采用复合式路面结构，铺装层结构考虑不同的功能要求，采用不同的铺装结构。对于隧道主线、紧急停车带、车行横通道、人行横通道，铺装结构为水泥混凝土面层+防水粘接层（由0.3mm的EN粘接剂+0.20.3 l/的乳化沥青组成）+4cm的改性沥青SMA13；对于隧道进出洞口内200m范围的缩缝、施工缝以及全隧道内所有的胀缝，均需铺上宽150cm（左右对称铺设各75cm）的玻纤格栅（2.54cm2.54cm），以防止反射裂缝的产生。2003年，东南大学依托江苏省宁淮高速上老山隧道工程较早开展了隧道路面结构研究，通过对国内外典型隧道路面结构形式的调查和老山隧道结构特点的分析，提出了以耐久、长寿命路面为设计理念的隧道路面研究思路，通过综合分析，提出了连续配筋水泥混凝土基层+沥青面层的隧道路面结构形式，并被老山隧道工程采用。青岛胶州湾隧道于2010年4月28日全线贯通，全长7800米，其路面也采用了混凝土面板+沥青混凝土铺筑层的复合式路面结构，如图2.2所示。24cm混凝土板表面进行喷砂处理，除去表面浮浆，然后对隧道内所有纵横缝用50cm宽道路专用防水卷材进行贴缝处理，沥青混凝土铺装层采用双层改性沥青SMA10、SMA13的结构，层间洒布改性乳化沥青粘层0.30.5kg/m2。4cm SMA-10上面层6cm SMA-13下面层24cm 水泥混凝土基层图2.2 青岛胶州湾隧道路面结构 Fig 2.2 Tunnel pavement structure of Jiaozhou Bay厦门翔安海底隧道于2010年4月26日建成通车，全长8.695公里，其隧道主洞路面上层采用10cm厚阻燃型沥青混凝土面层，下层采用26cm厚的水泥混凝土路面，沥青面层和水泥混凝土之间铺设自粘式玻纤格栅，如图2.3所示。10cm 沥青混凝土自粘式玻纤格栅26cm 水泥混凝土图2.3 厦门翔安隧道结构及材料类型Fig2.3 Tunnel pavement structure of Xiangan in Xia Men2.2.2沉管隧道节段式路面结构海底隧道工程建设技术难度高、投资大、距离长，且位于交通网络的枢纽位置，社会影响力大，其建设水平和行车安全、舒适性备受关注。海底隧道由于其自身条件以及所处地理位置等因素限制，使得隧道内处于一个相对封闭、空间狭小、湿度大，隧道路面有可能受到海水侵蚀等不良环境。车辆进出隧道口加减速频繁，极易发生交通事故，因此海底隧道路面需要有着优良的抗滑性能。此外，由于隧道道路的特殊性，其铺装结构和材料还需要具有很好的结构力学性能和耐久性能。基于此，在节段式沉管隧道路面结构组合与接缝设计中，港珠澳隧道工程拟采用钢纤维混凝土+沥青面层（SFRC+AC）复合式路面结构组合3334。两层式沥青面层，上面层为4cmSMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料（阻燃改性+温拌），下面层为6cmSMA-20沥青玛蹄脂碎石混合料（改性+温拌）。钢纤维混凝土基层设计厚度为18cm。在沥青混凝土面层和钢纤维混凝土基层之间设置2cm的高粘高弹应力吸收层，混凝土顶面喷砂处治，如图2.4所示。图2.4 沉管隧道路面结构Fig2.4pavement structureof immersed tube tunnel港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工，隧道由33节长180m的管节组成，而每段管节又由8节长22.5m的节段构成。管节、节段接头处存在较大变形，根据总体设计成果，在静力工作组合下，管节接头最大张开量为26.7mm，节段接头最大张开量为17.9mm，在最不利情况下隧道接缝处的最大变形达47mm。如图2.5、图2.6所示。图2.5 接头管顶张开量（包络）Fig2.5 The opening of joints图2.6 接头管底张开量（包络）管节、节段接头处的变形会引起路面产生拉裂破坏，无论是钢纤维混凝土基层还是沥青混凝土基层依靠本身的抗裂性能均无法适应如此大的变形量。因此，港珠澳隧道路面初拟方案中，在路面接缝处设置了伸缩装置，以适应管节及接头的伸缩变形。路用伸缩装置通常设置于道路表面，这会不可避免地会引发行驶车辆的颠簸。为了满足对于行车舒适性的要求，港珠澳隧道路面初拟方案中将各类伸缩装置分别设置于路面的基层或下面层，而上面层则采用连续铺筑的方式，以保证路面的平顺。节段及管节接头处路面结构初拟方案具体如下：钢纤维混凝土基层和SMA-20下面层在节段接头处切缝，并在下面层填筑TST弹塑性材料，SMA-13上面层连续铺筑，如图2.7所示。图2.7 节段接头处路面结构Fig 2.7 The pavement structure of joint on segment钢纤维混凝土基层在管节接头处设置切缝并设置型钢毛勒伸缩缝，SMA-20下面层也在管节接头处切缝并填充TST弹塑性体材料，SMA-13上面层连续铺筑，如图2.8所示。图2.8 管节接头处路面结构Fig 2.7 The pavement structure of joint on pipe joint2.2.3沉管隧道节段式路面结构与普通隧道路面结构的对比综上所述，港珠澳隧道路面结构与普通隧道路面结构的相似之处在于路面主体部分采用了近年来国内隧道路面较多采用的复合式路面结构形式，主要区别在于：在刚性基层与沥青混凝土面层之间增设了高弹高粘改性沥青混合料应力吸收层；为了保证路面能够适应较大位移的变形，在管节及节段接头处路面设置了TST伸缩缝、型钢毛勒伸缩缝；与普通路面将伸缩装置设于路表不同，港珠澳隧道路面伸缩装置设置于路面基层、下面层，埋置于路面上面层之下。2.3港珠澳隧道路面施工组织评价指标体系的建立2.3.1港珠澳隧道路面施工组织的特点（1）施工工序具有复杂性根据上节介绍，港珠澳隧道路面相比普通隧道路面增设了型钢毛勒伸缩缝、TST伸缩缝以及高弹高粘改性沥青混合料应力吸收层等结构，这无疑增加了路面工程的是施工工序。与此同时，港珠澳隧道路面施工也不能完全采用普通隧道路面逐层连续铺筑的方式，对路面每一部分的施工过程中，都需考虑与相邻工序间的衔接工作，以符合各部分路面施工工艺的要求。（2）施工工艺具有特殊性在隧道路面结构设计中，引入了桥梁工程中常使用的伸缩装置。目前国内外尚无采用此路面结构的先例，伸缩装置在海底隧道内的安装工艺不能完全采用其在桥梁工程中的模式，而应该根据沉管隧道的具体结构进行调整。（3）施工环境具有封闭性港珠澳节段式沉管隧道位于两海中人工岛之间，在东、西两岛两侧大桥建成之前，人工岛与外界除水运外无其它交通运输方式，因此隧道路面施工作业的过程将处于岛隧道岛构成的封闭环境之中33。（4）机械化施工与人工施工相互交叉根据隧道路面结构，经计算，港珠澳大桥节段式沉管隧道路面主要工程项目如表2.1所示3334：表2.1 隧道路面施工主要工程Tab2.1 The projectquantities of tunnel pavement编号工程项目单位工程数量施工方法1钢纤维混凝土基层1000m330.15机械为主2应力吸收层1000m33.36机械为主3沥青混凝土面层SMA13上面层1000m36.70机械为主SMA20下面层1000m310.05机械为主4毛勒伸缩缝1000m0.82人工为主5TST伸缩缝1000m6.71人工为主在隧道路面施工过程中，路面基层、应力吸收层、面层采用机械为主的施工方式，而伸缩缝的设置则采用人工为主的施工方法。港珠澳节段式沉管隧道路面工程中，伸缩装置设置量极大，这也使得大规模的人工作业在隧道路面施工中起着重要的作用并占有较大比例。与机械化施工相比，人工作业存在着速率相对较慢，不确定性较大的特点。因此，在隧道路面施工劳动组织及时间组织的过程中，应充分考虑人工施工与机械化作业规模的相互匹配，才能保证整体施工均衡、紧凑地进行。2.3.2 港珠澳隧道路面施工组织的原则施工组织是施工技术与施工项目管理有机结合的产物，符合工程实际情况及基本要求的施工组织是工程顺利实施的保证，所以对于不同具体项目的施工组织而言，应该有不同的符合自身要求与标准的指导性原则35。港珠澳隧道路面施工组织应当符合的基本原则包括：（1）施工质量第一港珠澳大桥在粤港澳地区的高速公路路网及交通运输体系中占据着重要的位置，对整个地区的经济、政治而言均具有重要的意义，因此，保证路面质量、保证道路的使用性能与使用寿命是整个工程的重中之重。在隧道路面施工组织的过程中，无论是施工工艺、施工机械的选择，还是作业组织方式、施工工期的调整，都应以不损害施工质量为前提。（2）施工工期合理隧道路面施工的最终目标是尽快完成建设任务，使路面投入使用。但是路面施工工期与施工费用以及资源供应等相互间影响，例如：要加快路面伸缩缝的安装工作，就一定需要增加专业施工队伍与相应施工机具，同时还要求增大单位时间内伸缩装置、相关配件、原材料等的供应能力，这些必然会引起工程费用的增加。因此，在施工工期计划中，应做到主次分明、统筹兼顾，根据实际情况选择合理的工程进度计划。（3）施工顺序科学港珠澳隧道路面施工顺序有其本身的规律，它既包含了施工工艺方面的规律，又包含了施工工序方面的规律，其中有些是固定不变的客观规律。例如在隧道内进行沥青混凝土路面的铺筑，其工艺顺序是拌和、运输、摊铺、碾压等，其中任何工序都不能颠倒或省略，这是施工工艺要求的客观结果。再比如，在隧道路面施工中，基层、面层、应力吸收层、伸缩缝等分项工程的施工流程也是基本固定的，这是路面结构设计的客观结果。这些规律是技术、质量保证的必然前提，是在施工中必须遵守的。但是，路面施工在时间和空间上的顺序可以进行调整，通过科学的安排，就能充分利用各项资源保证最佳的施工节奏，使生产能力得到充分的发挥，继而提高生产效益。（4）施工手段先进先进的施工技术是提高劳动生产率、保证工程质量、加快施工速度的重要基础，也是高水平工程的表现。在港珠澳隧道路面施工中，应重视采用先进的施工工艺，在各个环节的施工过程中，在结合自身的要求的前提下，广泛地吸收采纳国内外先进的、成熟的施工工艺，以提高路面施工的质量与效率。施工组织要采用科学的组织管理方法，流水作业是比较先进的一种作业方法，要求工程组织紧凑，是现代化工业产品生产的基本组织形式。在隧道路面施工中，提高流水化程度有利于施工的专业化、生产的连续性、均衡性与节奏性。在组织施工时，还应充分利用机械设备，制定机械化施工方案、尽量扩大机械施工范围，保证路面质量、加快施工速度。（5）适应项目特性港珠澳隧道路面施工组织应充分考虑路面结构的特殊性。目前，国内尚未有高速公路路面采用与港珠澳沉管隧道路面结构相同的设计方案。因此，应该针对性组织施工方案、调整其施工工艺以适应这一特殊构造。港珠澳隧道路面施工组织应充分考虑项目地理位置的特殊性。节段式沉管隧道位于海中两人工岛之间，施工地点较为孤立、封闭，这会对施工带来影响，比如，在路面施工运输机械的选择以及混凝土拌和厂址的选择上都应充分的考虑此因素。另外，隧道位于主体工程中部，这决定隧道路面工程不可避免的与主体工程其它工程之间的交互影响