■ 黄继荣1 沈永芳2,3 周小蓉1 王兆卫3
（1. 广州市中心区交通项目管理中心； 2. 上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司；
3. 上海交大海科检测技术有限公司）
摘 要：沉管隧道工程关键工序多数在水下实施，水下隐蔽工程人眼不可视，施工期间对隧道水下重点部位实施检查、量测、监测工作，对于保障沉管隧道施工安全和质量具有重要意义。沉管隧道施工过程中的基槽开挖、管节浮运、管节沉放对接、基础垫层、水下最终接头、覆盖回填等工序水下检测标准化和规范化是提高检测综合质量重要措施。本文首先介绍了内河沉管隧道水下检测技术在我国建立、发展和标准规范过程，其次探讨了沉管隧道水下检测项目、检测方法、检测时间、检测频次和检测成果等标准化技术内容，最后分析水下检测的标准化在我国内河沉管隧道中应用及其展望，为沉管隧道建设和水下检测工作提供参考。 关键词：沉管法隧道，水下检测，水下监测，标准化
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.04.030
Standardization Technology for Underwater Detection of Inland-River
Immersed Tunnel
HUANG Ji-rong1 SHEN Yong-fang2,3 ZHOU Xiao-rong1 WANG Zhao-wei3
（1. Guangzhou Downtown Traffic Project Leadership Group Office;
2. Underwater Engineering Institute Co., Ltd. of Shanghai JiaoTong University;
3. Hike Detection Technology Co. Ltd. of Shanghai JiaoTong University）
Abstract: Most critical construction process of immersed tunnel is carried out underwater, which is not visible. Inspecting, measuring and monitoring is important to guarantee the safety and quality of immersed tunnel during construction. Underwater detection standardization of trench and floating transportation waterway, floating transportation of element, element mooring, immersion and connection of element, foundation cushion, underwater closure joint and backfilling is an important measure to improve the comprehensive quality of detection. This paper first introduces the establishment, development and standard process of inland-river immersed tunnel underwater detection in China. Then, it discusses the underwater detection items, detection methods, detection time, detection frequency and technical requirements of detection results. Finally, the application of u
nderwater detection standardization in submerged tube tunnel is analyzed, in an aim to provide reference for underwater detection and construction of immersed tunnel. Keywords: immersed tunnel, underwater detection, underwater monitoring, standardization
检测认证
沉管法隧道是由若干管节预制完成的基本结构单元，将其通过浮运、沉放、水下对接形成的水下通道[1]。沉管隧道施工大部分关键工序在水下完成，水下施工具有复杂性、隐蔽性和一次性特点。水下基槽开挖、管节浮运、管节水下沉放对接、最终接头施工、管节基础施工、覆盖回填等一系列工序均为常规手段无法检测的隐蔽工序，人眼不可见、技术要求高、综合难度大[2]。在我国早期建造的几
黄继荣，沈永芳，周小蓉等：沉管法隧道水下检测技术标准化研究
座沉管隧道中，因受水下检测技术水平不高以及缺乏相应检测技术标准等因素的限制，导致在管节浮运、沉放、对接等水下施工过程中缺乏有效的检测和监测，出现重复施工、往返浮运、对接误差大等诸多工程问题。运营中又出现管节整体不均匀沉降、管节接头差异沉降、管节内渗水、覆盖层缺失等问题，严重影响隧道运营安全与使用效率，降低隧道的服役时间[3][4]。
沉管隧道水下检测是在沉管隧道工程施工期间，对工程周边环境及水下重点部位、关键工序实施水下
检查、量测、测量和监测工作[5][6]。设计方案能否如实反映沉管隧道工程水下施工的实际状况，只有在工程实施过程中才能得到验证。其中，开展水下检测是重要的验证手段。我国已建成沉管隧道如广州仑头隧道、广州洲头咀隧道、佛山东平隧道、天津海河隧道、南昌红谷隧道等。都采用了水下检测，随着沉管隧道的发展，建立健全水下检测技术标准化对于确保检测与监测的数据可靠性，减少施工安全隐患，保证隧道安全和质量具有重要意义。
1 沉管隧道水下检测技术标准化历程
工程建设活动的复杂性、重要性、受自然环境影响大等特性，决定了工程建设标准的复杂性、特殊性和重要性。以科学技术和实践经验的综合成果为基础，制定共同的、重复使用的技术依据和准则。在工程建设领域内获得最佳秩序，促进最佳社会效益、经济效益、环境效益和最佳效率。在我国沉管法隧道建设历程中，广州仑头-生物岛隧道工程率先采用水下检测技术，上海交大海科院建立了以水下地形检测、潜水员水下探摸、水下录像检测为主的沉管隧道水下检测体系。该检测体系在此后的佛山东平隧道和广州洲头咀隧道的建设中进一步改进，得到建设各方广泛认可。在随后的天津海河隧道工程中，水下检测技术得到完善，并且在天津市地方标准《内河沉管法隧道设计、施工及验收规范》DB/T 29-219-2013中将沉管法隧道水下检测首次纳入规范。随着沉管隧道在我国不断发展和检测技术水平的进步，天津市地方标准中针对隧道水下检测内容完整性、检测技术的先进性稍显不足[7]。2014年南昌红谷隧道开工建设，沉管隧道水下检测技术已成熟应用。
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为规范沉管隧道工程水下检测工作，统一技术标准，做到检测技术先进、安全适用、成果可靠，保障内河沉管隧道工程施工安全和质量，广东省住房和城乡建设厅于2019年1月1日颁布了由交大海科主编的《内河沉管隧道水下检测技术规范》DBJ/T 15-146-2018[8]，形成了标准化和规范化体系，建立了内河沉管隧道水下检测的最佳程序。举世瞩目的港珠澳大桥沉管隧道，建设过程中也参照并应用了水下检测技术。与传统的内河沉管隧道不同的是，港珠澳大桥沉管隧道基槽采用硬扫床施工工艺而非灌砂工艺。除此之外，其沉管段施工水下检测与内河沉管隧道十分相近。因此，外海沉管隧道工程水下检测可参照该标准执行。
2 沉管隧道水下检测项目
沉管隧道水下基槽、管节寄放区、浮运航道等水下地形一旦存在欠挖，极易引起施工安全事故，导致管节破损，直接影响管节的浮运沉放。沉放区水重度检测要求及时和精准，在管节下沉、水力压接和稳定压载阶段，抗浮安全系数都有明确的要求[9]。因水浑浊区域水重度易引起浮力大范围变化，常规的混凝土单节管体积约30000m3，水重度每变化0.01kN/m3，引起的浮力变化极为巨大。沉管是通过调节管节内水箱中水量条件浮力，从而控制管节下沉。因此，水重度的监测对沉管沉放对接至关重要。内河沉管隧道灌砂基础垫层采用冲击映像法和全波场法相结合的无损检测方法，首次建立了以充盈度和密实度作为指标的充填效果评价标准，
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实现全过程动态监控和灌砂后效果评价。解决了沉管隧道灌砂基础垫层无法直接监测与检测的技术难题，有效控制基础灌砂的施工质量。
沉管隧道水下检测的标准化，要求检测单位编制检测的方案应对检测依据、检测项目、检测范围、检N电信
测方法、检测频率、数据处理以及报告编制等提出明确的技术要求。检测过程中，不得随意减小检测范围、降低检测频率，实施过程中不可预知的原因，如委托要求的变化、现场施工情况的变化或出现明显质量问题，可根据实际情况进行调整检测项目和方法。《内河沉管隧道水下检测技术规范》DBJ/T 15-146-2018中规定检测内容包括基槽与浮运航道、管节浮运、管节沉放对接、基础垫层、水下最终接头、回填、水下堰体结构，水下检测体系如图1所示，各部分具体检测项目和内容如
图2所示。
图1 沉管隧道水下检测系统
图2显示的检测项目和内容中，直接对工程安全、质量产生重大影响的项目为必须检测项目，其他可根据现场条件选择。当沉管埋设较深时，可对封门进行应力监测，保证封板在水压下保持结构稳定。对
水下地形检测，需提前规划检测范围，确保地形检测无遗漏、全覆盖。原河床面地形检测范围是开挖范围及其以外不少于50m区域，其他水下地
形检测范围设计范围以外不少于20m区域。
图2 内河沉管隧道水下检测项目和内容
3 水下检测方法
3.1 检测手段
沉管隧道水下检测方法根据检测项目确定，主要检测手段如表1所示。
表1 主要检测方法
检测项目
检测手段水下地形水下声呐检测
回淤水下淤泥原位取样、水下探摸
浮运姿态
姿态实时监测灌砂过程和灌砂效果
冲击映像法和全波场法水重度原位取样重度测定垫块安装状态
水下倾斜检测
3.2 检测设备
水下地形检测采用水下声呐扫测的方法。目前，多采用多波束系统全覆盖扫测，回淤检测一般采用水下淤泥原位取样重度测定方法。当条件不允许时，可通过潜水员的触感和观感判断淤泥状况，即水下探摸的方法。水重度则采用原位取样并结合分析天平重度测定的方法，浮运姿态和管节对接姿
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态监测可利用卫星定位系统、全站仪、倾斜仪、水
下声呐、水位计等技术手段，以达到姿态实时显示
的目标。基础灌砂过程和灌砂结果检测则采用冲击
映像法或全波场法无损检测的方法，需要水下录像
和量测采用潜水员水下手持摄像系统进行检测。
水下检测实施前需要检查和调试仪器设备，仪
器设备应在检定或校准有效期内，精度应满足检测
要求。主要的仪器设备如图3所示，各仪器设备的技液压泵的选择
术要求如表2所示。
图3 沉管隧道水下检测常用设备
表2 主要检测仪器设备技术要求
仪器设备技术要求
卫星定位系统精度应满足±10mm+1ppm
单波束声呐波束开角不大于2°
多波束声呐量程分辨率应满足1.25cm以内
预应力压浆
姿态传感器精度应满足航向：±0.1°；
纵摇/横摇：0.01°
声速剖面仪精度应满足±0.025m/s 表面声速仪精度应满足±0.05m/s
全站仪
测角精度应不大于2″；测距精度应满足2mm+2ppm
水下摄像电视水平分辨率不小于420线倾斜仪精度应满足±0.01°密度或分析天平精度应满足0.01kN/m3
检波器各道检波器间固有频率差应不大于5%，灵敏度差应不大于5%，相位差应小于5°
激发器记时信号延迟时差不大于0.5ms
其中，卫星定位系统、单波束声呐形成单波束系统；卫星定位系统、多波束声呐、姿态传感器、表面声速仪、声速剖面仪等形成多波束系统；水下摄像电视为水下录像仪器；倾斜仪为水下倾斜量测仪器；密度天平或分析天平为重度测定仪器；检波器、激发器为基础充填效果无损检测仪器。为保证检测数据的可靠性，水下检测仪器设备应在检定或校准有效期内，仪器设备精度应满足检测要求。检测设备考虑精度和便捷性，均满足检测的需要。南京卫星电视安装
3.3 检测时间和频次
沉管隧道的建设时间紧、任务重，施工窗口期短。建设单位相关各方需要配合检测单位实施水下检测，检测单位合理安排检测时间，尽量减小对正常施工的影响。对于基槽地形检测，除精挖地形以外，根据需要可增加试挖、粗挖地形检测。基槽回淤量大时，基槽地形检测距下一工序时间应尽量缩短。对于规范中要求的检测频次仅指检测结论满足合格标准要求的检测次数，遇检测结论不合格的应增加相应检测频次及管节浮运进入待安装区域超过5d前的检测次数。
3.4 检测成果
检测单位完成检测工作后及时向有关单位提交检测成果。检测成果包括检测活动中产生的数据、图集、影像资料等。水下地形检测图集宜包含地形三维图、地形等高线图等，基槽等特殊地形应包含横断面图，且断面间距一般不宜大于20m。水下地形三维图如图4所示。
图4 水下地形检测示意图
水下录像报告应包括影像资料，并在报告中提供重要部位、特殊部位、异常位置等影像，涉及水下量测的应提供量测影像。隧道临时支撑垫块安装水下录像检测结果如图5所示。
图5 临时支撑垫块安装水下录像检测
基槽灌砂检测应提供灌砂充盈度和密实度，基
础灌砂检测结果如图6所示。
图6 基础灌砂检测能量分布图
因施工时间紧迫，检测单位无法在施工窗口期提供检测报告时，应提供初步报告。初步报告对检测对象是否满足要求进行初步判定，可作为进一步施工的依据。
4 结论与展望
目前，我国已建、在建和拟建的有数十条沉管隧道，包括广州珠江隧道、上海外环隧道、宁波甬江隧道、广州洲头咀隧道、广州仑头隧道、广州官洲隧道、佛山东平隧道、天津海河隧道、南昌红谷隧道、广州金光东隧道、广州车陂路隧道、广州东沙石岗隧道等。随着内河沉管隧道的快速发展，水下检测技术在保障施工安全和质量方面发挥越来越大的作用。水下检测技术自2006年成功运用于广州仑头隧道以来，技术日趋完善，目前已形成统一的技术标准。对于海洋环境中的沉管隧道，如已经建成的港珠澳大桥隧道，在建的深中通道、大连湾海底隧道，可参照执行。
沉管隧道水下检测涉及建设单位、设计单位、勘察单位、施工单位、质量监督单位、监理单位等，相关各方均应遵守。规范化和标准化的水下检测为我国沉管隧道事业的建设和发展提供积极的推动作用。严格执行这些标准的规定，必将进一步提高我国建设工程的安全水平，增强建设工程抵御自然灾
害的能力，减少和防止建设工程安全事故的发生。内河沉管隧道水下检查技术规范的应用，对规范沉管隧道水下工程施工、确保施工质量和安全运营，进而推广至全国各地，均具有十分重要的意义。
参考文献
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[2] 沈永芳，吴刚，赵强.广州仑头-生物岛隧道工程基槽的水下检测 [J].地下空间与工程学报,2011,7(5):983-988.
[3] 奚笑舟.水下检测与监测技术在沉管隧道工程中的应用[J].现代 隧道技术,2015,(6):36-42.
指数分布[4] 王海龙，吴刚，沈永芳，等.沉管隧道基础灌砂的实时无损检测试 验研究[J].地下空间与工程学报,2018,14(5):1170-1178.
[5] 杨海涛，奚笑舟，沈永芳.水容重对沉管隧道管段浮运沉放的影响 及检测[J]. 现代隧道技术,2013, 50(2):34-38.
[6] 吴刚，沈永芳，吴鹏飞，等. 天津海河隧道工程水中管段对接的检 测研究[J]. 水利学报,2015,46(1):90-94.
[7] 天津市城乡建设和交通委员会.内河沉管法隧道设计、施工及 验收规范.DB/T 29-219-2013[S].
[8] 广东省住房和城乡建设厅.内河沉管隧道水下检测技术规范. DB/T 2019-01-01[S].
[9] 中华人民共和国住房和城乡建设部.沉管法隧道设计标准. GB/T 51318-2019[S].
作者简介
黄继荣，技术部部长，高级工程师，硕士，主要从事市政工程技术研究和管理工作。
沈永芳，通讯作者，总经理，高级工程师，硕士，主要从事沉管法隧道技术及水下检测标准化研究。
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