地下建筑結(jié)構(gòu)(沉管)第五 講【建筑ppt課件

1、08建筑與土木工程上海工程碩士課程地下建筑構(gòu)造第五講Tunneling Mechanics and Engineering 2第五講：沉管隧道設(shè)計(jì)實(shí)際與施工技術(shù)1 沉管法簡介2 沉管隧道的特點(diǎn)3 沉管隧道的類型4 沉管隧道構(gòu)造設(shè)計(jì)5 沉管隧道管段制造6 沉管隧道水底浚挖7 沉管沉設(shè)及水下銜接主要內(nèi)容31 沉管法簡介什么是沉管法？建筑水底隧道的方法之一盾構(gòu)法、礦山法、氣壓沉箱法、圍堰明挖法由假設(shè)干個(gè)預(yù)制的管段節(jié)組成，管段依次浮運(yùn)到施工水面現(xiàn)場，一個(gè)接一個(gè)地沉放在預(yù)先挖好的地槽基槽內(nèi),銜接后成為水底隧道。其施工方法為“沉管法41 沉管法簡介n船臺(tái)或暫時(shí)干圬內(nèi)制造隧道管段60140 mn管段兩端加暫

2、時(shí)封堵墻封堵n將管段拖運(yùn)到設(shè)計(jì)隧址n隧址處水底基槽浚挖和根底處置同步n管段定位、壓載、沉放n管段水下銜接n覆土回填51 沉管隧道簡介沉管法隧道的開展情況沉管隧道開場于191O年，美國跨越底特律河的世界第一座雙線鐵路沉管隧道；荷蘭1941年開場鹿特丹Maas隧道施工，標(biāo)志歐洲開場運(yùn)用沉管隧道；沉管隧道在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，并隨著一些關(guān)鍵技術(shù)防水技術(shù)、浮運(yùn)沉放技術(shù)等的逐漸處置和日趨完善，沉管隧道遭到很多國家注重，并已被廣泛采用；世界上已建和在建的沉管隧道有100多座；沉管隧道的管段尺寸普通很大，所處的環(huán)境條件也較復(fù)雜。 臺(tái)灣高雄l座；香港已建5座至1998年；廣州已建有珠江地鐵沉管隧道1993

3、年：長120 m，總寬33 m；浙江寧波建有甬江公路沉管隧道1995年；上海外環(huán)沉管隧道61 沉管隧道簡介72 沉管隧道的特點(diǎn)沉管法隧道的優(yōu)點(diǎn)與橋梁相比：從航運(yùn)角度看，沉管隧道優(yōu)勢明顯，橋梁由于凈空高度問題對(duì)航運(yùn)的影響較大；其次從船舶航行和大橋平安角度看，在某一段間隔 內(nèi)建多座橋梁不利于平安，如南京新舊大橋相距約5 km，假設(shè)在其中再建造一座大橋，船舶碰撞橋墩的幾率將會(huì)大大添加；從氣候條件看，大風(fēng)及霧對(duì)船舶過橋影響較大，而水下隧道那么不受氣候條件的影響，可全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。 拆遷費(fèi)用、造價(jià)82 沉管隧道的特點(diǎn)沉管法隧道的優(yōu)點(diǎn)與盾構(gòu)法相比：沉管法對(duì)地層條件要求不高，它不怕松軟的地層，根本上不受地質(zhì)條件

4、的限制，對(duì)地基要求的允許承載力也低；沉管埋深很淺，普通管段的頂部離河床1 m即可，而盾構(gòu)法普通要求在10 m左右；沉管斷面空間利用率高，可采用48車道；沉埋法工序可平行作業(yè)，縮短工期，如基槽開挖、管段預(yù)制、浮運(yùn)沉放等可平行作業(yè)；沉埋法采用先進(jìn)Gina止水帶，再加上整體預(yù)制可大大提高質(zhì)量并加外防水，其防水性能在大大優(yōu)于管片作村砌的盾構(gòu)隧道?？勺龅降嗡宦?9沉管的主要缺陷有：1需求一個(gè)站用較大場地的干塢，這在市區(qū)內(nèi)有時(shí)很難施行，需在遠(yuǎn)離市區(qū)較遠(yuǎn)的地方建造干塢；2基槽開挖數(shù)量較大且需進(jìn)展清淤，對(duì)航運(yùn)和市區(qū)環(huán)境的影響較大。另外，河海床地形地貌復(fù)雜的情況下，會(huì)大幅添加施工難度和造價(jià)3管節(jié)浮運(yùn)、沉放作

5、業(yè)需思索水文、氣候條件等的影響，有時(shí)需短期部分封航。另外，水體流速會(huì)影響管段沉放的準(zhǔn)確度，超越一定的流速能夠?qū)е鲁凉軣o法施工。103 沉管隧道的類型按斷面外形：圓形矩形等按建筑資料： 鋼殼混凝土 鋼筋混凝土按管段的制造方式：船臺(tái)型干圬型113 沉管隧道的類型n船臺(tái)型n1造船廠船臺(tái)上預(yù)制鋼殼n2滑行下水，水上懸浮形狀灌注混凝土n3橫斷面普通為圓形、八角形、花籃形n優(yōu)點(diǎn)：n1圓形，彎矩較??；水深大時(shí)，較經(jīng)濟(jì)n2管段底寬小，根底容易處置n3鋼外殼既是外模，又是防水層，同時(shí)維護(hù)內(nèi)側(cè)混凝土n4工期短，特別是需求的管段較多時(shí)n缺陷：n1斷面空間不能充沛利用；車道數(shù)少n2隧道深度添加，基槽土方量添加n3耗鋼

6、量大，造價(jià)高，焊接質(zhì)量無法保證，沒完沒了的堵漏n4鋼殼防銹問題、防水問題。123 沉管隧道的類型n干圬型n1暫時(shí)干圬中制造鋼筋混凝土管段，外涂n 防水涂料n2圬內(nèi)灌水，管段上??；拖運(yùn)到隧址擺設(shè)n3斷面多為矩形n優(yōu)點(diǎn)：n1不占船廠設(shè)備，不影響造船消費(fèi)n2斷面利用率高，車道數(shù)多，48車道n3隧道埋深減小，全長縮短，土方量小n4節(jié)約鋼材n缺陷：n1混凝土工藝要求高干舷、抗浮平安系數(shù)n2普通混凝土難以防水，需思索防水措施13沉管隧道的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：總體幾何設(shè)計(jì)；構(gòu)造設(shè)計(jì)；通風(fēng)設(shè)計(jì)；照明設(shè)計(jì)；內(nèi)裝設(shè)計(jì)；給排水設(shè)計(jì)；供電設(shè)計(jì)；運(yùn)轉(zhuǎn)管理設(shè)備設(shè)計(jì)等。其中總體幾何設(shè)計(jì)非常重要，常是決議隧道工程設(shè)計(jì)成敗的

7、一個(gè)關(guān)鍵?？傮w幾何設(shè)計(jì)的構(gòu)思能否先進(jìn)，對(duì)整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性和合理性常帶來根本性的影響。144 沉管隧道構(gòu)造設(shè)計(jì)沉管隧道的浮力設(shè)計(jì)干舷計(jì)算管段浮運(yùn)時(shí)，顯露水面的高度，稱為干舷作用：產(chǎn)生反傾力矩堅(jiān)持管段穩(wěn)定尺寸：矩形斷面干舷1015 cm不宜太小或太大圓形4050 cm思索到混凝土容重、模殼尺寸的誤差以及水流比重的變化，計(jì)算干舷時(shí)，按最大混凝土容重、最大混凝土體積、最小水流比重計(jì)算個(gè)別情況用浮筒助浮干舷154 沉管隧道構(gòu)造設(shè)計(jì)沉管隧道的浮力設(shè)計(jì)抗浮平安系數(shù)計(jì)算管段沉設(shè)階段，抗浮平安系數(shù)1.051.1拋土回填時(shí)，思索到水流比重添加導(dǎo)致浮力添加，抗浮平安系數(shù)需確保大于1.05施工階段的抗浮計(jì)算，不思索暫

8、時(shí)施工設(shè)備的分量運(yùn)用階段，抗浮平安系數(shù)1.21.5各個(gè)階段的抗浮平安系數(shù)按照最小的混凝土容重和體積，最大的河水比重計(jì)算混凝土的重度取值：？怎樣兼顧：浮運(yùn)、下沉、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的抗浮？配置壓載水箱、路面混凝土壓載33325/24.6/24.2/kN mkN mkN m164 沉管隧道構(gòu)造設(shè)計(jì)沉管構(gòu)造的荷載17種構(gòu)造自重水壓力主要高、低潮位；假設(shè)干年一遇的特大洪水水位等土壓力主要浮力施工荷載定位塔、封端墻、出入筒、壓載水柜、索具浮箱等分量；吊索拉力、支座反力等波浪力 普通不大波長等于管段全長，波高1 m，頂部浸水長度為管段60174 沉管隧道構(gòu)造設(shè)計(jì)沉管構(gòu)造的荷載水流壓力負(fù)摩擦力管段底部沉降小，兩側(cè)沉降大

9、噴涂軟瀝青降阻車輛活載 忽略沉船荷載 50130 kN/m2投錨與拖錨荷載覆土厚度超越2 m時(shí)，可不思索投錨垂直荷載拖錨程度荷載根據(jù)錨鏈的極限強(qiáng)度確定隧道內(nèi)爆炸荷載地基反力可按直線分布、文克爾假定、半無限彈性體實(shí)際等計(jì)算混凝土收縮影響溫度應(yīng)力沉管外壁內(nèi)外溫差引起不均勻沉降影響脆弱地層、不均勻地層等地震荷載18194 沉管隧道構(gòu)造計(jì)算沉管構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算橫向內(nèi)力分析假定截面尺寸分析內(nèi)力修正尺寸復(fù)算內(nèi)力常采用變截面或拱形構(gòu)造，用以改善構(gòu)造的受力彈性地基上的葙形框架，應(yīng)選取假設(shè)干個(gè)代表截面計(jì)算超靜定構(gòu)造： 彎矩分配法，矩陣位移法桿系有限元、延續(xù)體有限元20沉管構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算縱向內(nèi)力分析浮運(yùn)、沉設(shè)等階段時(shí)主

10、要由施工荷載引起的內(nèi)力運(yùn)用階段：彈性地基梁實(shí)際計(jì)算縱向內(nèi)力混凝土 C30 C45裂痕寬度：控制0.150.2 mm4 沉管隧道構(gòu)造計(jì)算215 沉管隧道管段制造暫時(shí)干塢干塢構(gòu)造1規(guī)模取決于管段節(jié)數(shù)、管段寬度與長度、管段預(yù)制批量小型干圬：分批制造瑞典Tingstad隧道5節(jié)管段，長93.5 m，80 m，寬30 m：干圬3500 平米10035 m大型干圬：一批制造日本東京港水底隧道9節(jié)管段，長115 m，寬37.4 m：干圬81270 平米645126 m225 沉管隧道管段制造暫時(shí)干塢干塢構(gòu)造2深度保證管段制造好后能順利浮運(yùn)出圬。 低水位時(shí)顯露頂面；高水位時(shí)有足夠水深安設(shè)浮箱； 中水位時(shí)管段可

11、自在浮升3邊坡需進(jìn)展邊坡穩(wěn)定性分析可采用防滲墻及井點(diǎn)系統(tǒng)分批制造時(shí)，需分析干圬排水時(shí)邊坡的穩(wěn)定性4塢底23-30 cm無筋混凝土或鋼筋混凝土鋪砂礫或碎石層或1-2.5 m的黃砂；上覆20-30 cm砂礫或碎石普通塢底強(qiáng)度不存在問題235 沉管隧道管段制造暫時(shí)干塢干塢構(gòu)造5塢首、閘門一批制造時(shí)：土圍堰、鋼板樁圍堰；部分撤除圍堰，將管段拖運(yùn)出圬分批制造時(shí)：雙排鋼板樁圍堰；單排鋼板樁作塢門干塢中主要設(shè)備：包括：混凝土攪拌站、程度運(yùn)輸車輛、起重設(shè)備、鋼筋成型設(shè)備等245 沉管隧道管段制造管段制造鋼筋混凝土構(gòu)造施工縫、變形縫的控制縱向施工縫：豎墻下端30-50cm處橫向施工縫：垂直縫水密性難以保證設(shè)置垂

12、直于隧道軸線方向的變形縫，以防止管段開裂，長短普通為15-20 m25p變形縫的構(gòu)造要滿足三個(gè)主要要求： p1 能順應(yīng)一定幅度的線變形與角變形；p 變形縫左右二側(cè)管段節(jié)段的端面之間，要留一小段間隙，間隙的寬度，應(yīng)按變溫幅度與角變量來決議，普通不少于2cm。p2 施工階段能傳送灣矩，運(yùn)用階段能傳送剪力；p變形縫一定要能傳送由波浪引起的縱向彎矩?？蓪⒆冃慰p處的外側(cè)縱向鋼筋切斷，而暫時(shí)保管內(nèi)側(cè)縱向鋼筋，待沉設(shè)終了后，再予切斷p為傳送橫向剪力，宜采用臺(tái)階縫，p3變形前后均能防水。p為保證變形前后均能防水，普通均于變形縫處設(shè)置一道止水縫帶265 沉管隧道管段制造管段制造鋼筋混凝土構(gòu)造施工縫、變形縫的控制

13、變形縫的止水措施：1設(shè)置一至二道止水縫；2止水縫要求既能變形，又能有效截止?jié)B流1圖 11-16 剛邊橡膠止水帶 1剛邊0.7mm厚鋼板275 沉管隧道管段制造管段制造封端墻設(shè)置于管段兩端50-100 cm處木料、鋼材或鋼筋混凝土制成設(shè)計(jì)時(shí)按最大靜水壓力思索封端墻上需設(shè)排水閥下部、進(jìn)氣閥上部、人員出入孔壓載設(shè)備石碴、礦碴或者水在管段內(nèi)安設(shè)壓載容器小型浮筒、木板水箱等水箱容量取決于干舷大小、下沉力、根底壓重等每雖然段4只水箱，均勻布置于四角286 沉管隧道水底浚挖沉管基槽基槽斷面底寬：大于管段寬度46 m深度：覆蓋層厚+管段高度+根底處置所需超挖深度坡度：土層條件、基槽留置時(shí)間、水流情況等296

14、沉管隧道水底浚挖浚挖方式挖泥船選擇吸揚(yáng)式挖泥船消費(fèi)效率高；本錢低；開挖面平整度好抓揚(yáng)式挖泥船造價(jià)低；浚挖深度大沉管隧道常用船舶；可開挖硬土鏈斗式挖泥船消費(fèi)效率高；本錢低；能浚挖硬土；平整度好；占用水面大鏟揚(yáng)式挖泥船浚挖費(fèi)用高；占用水面小306 沉管隧道水底浚挖浚挖方式浚挖順序分層、分段浚挖方式，防止早挖、多挖斷面上：23層逐層浚挖平面上：沿隧道軸向，劃假設(shè)干段，分段分批進(jìn)展浚挖最上1、2層，抓斗式挖泥船粗挖最下1層細(xì)挖層3 m，吸揚(yáng)式挖泥船317 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法影響要素：管段尺寸、地形、水流條件、氣候條件、航運(yùn)條件 起重船吊沉法 浮箱吊沉法 SEP吊沉法 船組抗沉法 拉沉法327

15、沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 起重船吊沉法早期運(yùn)用較多，存在指揮不便的缺陷1980年，荷蘭Botlek水底隧道337 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 浮箱吊沉法最常用的方式用浮筒替代船組設(shè)備簡單、特別適用于寬度較大的大型管段347 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 SEP吊沉法SEP：水上作業(yè)平臺(tái)用于外海沉設(shè)沉管，或內(nèi)河流速較大時(shí)采用缺陷：設(shè)備費(fèi)高357 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 船扛沉法常用利用船組扛起沉管，完成沉設(shè)“四駁抗沉法367 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 船組抗沉法常用“雙駁抗沉法船體尺寸大，整體穩(wěn)定性好，管段的定位索可取消，操作方便，設(shè)備費(fèi)大，普通用于：1工程規(guī)模大，需沉設(shè)管段較多2方案附近

16、延續(xù)建造多條沉管隧道3方駁工程終了后可移作他用377 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)方法 拉沉法不用浮吊、方駁、浮筒、浮箱等設(shè)備，不靠壓載水獲得下沉力；利用預(yù)先設(shè)置的水下樁墩，利用卷揚(yáng)機(jī)，經(jīng)過鋼索將管段拉下水，沉設(shè)到指定位置缺陷：費(fèi)用大387 沉管沉設(shè)及水下銜接沉設(shè)作業(yè)沉設(shè)前的預(yù)備清槽、清淤；交通控制管段就位定位、灌水管段下沉全程24h；1初步下沉45m2靠攏下沉0.5-1m3著地下沉397 沉管沉設(shè)及水下銜接水下銜接方法：1水下混凝土聯(lián)接法， 2 水力壓接法。目前多采用水力壓接法水力壓接法 利用作用在管段上的宏大水壓力使安裝在管段前斷面周邊上的一圈橡膠墊圈緊縮變形，構(gòu)成水密性較好的管段接頭407 沉管沉設(shè)及水下銜接水下銜接GINA橡膠止水帶417 沉管沉設(shè)及水下銜接水下銜接水力壓接法橡膠墊圈外環(huán)線越江隧道管段接頭全部采用GINA橡膠止水帶和0MEGA橡膠止水帶組成的雙道密封線,其中，GINA橡膠止水帶為管段接頭的首道防線427 沉管沉設(shè)及水下銜接水下銜接水力壓接的步驟1對(duì)位2拉合3壓接4撤除端墻5銜接精度保證437 沉管沉設(shè)及水下銜接水下銜接最終接頭444546沉