沉管法施工技術(shù)（PPT70頁）

1、6 沉管法施工技術(shù) 概 述 沉管隧道分類管段的沉放及連接本章內(nèi)容沉管隧道工程實(shí)例沉管防水技術(shù) 沉管基礎(chǔ)處理 6.1 概 述定義： 沉管隧道是先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)制作隧道管段，管段兩端用臨時(shí)封堵密閉，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拖運(yùn)到隧址位置。此時(shí)，在設(shè)計(jì)位置上已預(yù)先進(jìn)行了溝槽浚挖，設(shè)置了臨時(shí)支座；然后沉放管段，待沉放完畢后，進(jìn)行管段水下連接，處理管段接頭及基礎(chǔ)，而后覆土回填，再進(jìn)行內(nèi)部裝修及設(shè)備安裝，以完成隧道。這種方法稱為沉管隧道，也稱作預(yù)制管段沉放法。用這種方法建成的通過江河的水下隧道，稱為沉管隧道。 特點(diǎn) 沉管法和其他方法，如明挖法，礦山法及其他地下工程施工法等相比，具有以下特點(diǎn)： （1）基本上不受

2、地質(zhì)條件的限制，可適用于流砂等不穩(wěn)定土層施工； （2）在一個(gè)隧道斷面內(nèi)可同時(shí)容納多個(gè)車道（46個(gè)）； （3）管段較長(zhǎng)，接頭較少，易于防水； （4）現(xiàn)場(chǎng)工期以及水上交通管制時(shí)間短； （5）單位工程造價(jià)低。水底隧道的建設(shè)。6.2 沉管隧道分類 沉管隧道按其管段制作方式（或按其截面形狀）分為兩大類，即船臺(tái)型（圓形）和干塢型（矩形）。1船臺(tái)型 施工時(shí)，先在造船廠的船臺(tái)上預(yù)制鋼殼，制成后沿著滑道滑行下水，然后在漂浮狀態(tài)下進(jìn)行水上鋼筋混凝土作業(yè)。這類沉管的斷面，內(nèi)截面一般為圓形，外截面則 有圓形、八角形，花籃形等，如圖6.1所示。此外，還有半圓形、橢圓形以及組合形沉管斷面，如圖6.2所示。以上這類管道，也

3、稱為圓形沉管。這類沉管隧道的缺點(diǎn)有： （1）圓形斷面的空間利用率不高（與矩形截面相比），車道上方空余一個(gè)凈空界限以外的空間，使車道路面高程壓低，從而增加了隧道全長(zhǎng)，且圓形隧道一般只容納兩個(gè)車道，不便于建造多車道隧道。 （2）耗鋼量大，沉管造價(jià)高。 （3）鋼殼制作時(shí)，因手工焊接不能避免，其焊縫質(zhì)量難以保證，可能出現(xiàn)滲漏，若出現(xiàn)此現(xiàn)象則難以彌補(bǔ)、堵截；且鋼殼的抗蝕能力差。2干塢型 在臨時(shí)干塢中制作鋼筋混凝土管段，制成后往塢內(nèi)灌水使之浮起并拖運(yùn)至隧址沉沒。這類沉管多為矩形斷面，故也稱為矩形沉管。矩形管段可以在一個(gè)斷面內(nèi)同時(shí)容納28個(gè)車道，此外，有的管段還需加上維修管理、避險(xiǎn)、排水設(shè)施等提供了所需要的

4、寬度和空間。如圖6.3所示。矩形沉管的優(yōu)點(diǎn)是： （1）不占用造船廠設(shè)備，不妨礙造船工業(yè)生產(chǎn)； （2）車道上方?jīng)]有多余空間，斷面利用率高； （3）車道最低點(diǎn)的高程較高，隧道全長(zhǎng)縮短，土方工程量少。建造48個(gè)車道的多車道隧道時(shí)，工程量和施工費(fèi)用均較省。 （4）一般用鋼筋混凝土灌注，大大節(jié)約鋼材，降低造價(jià)。 其缺點(diǎn)是：（1）必須建造臨時(shí)干塢；（2）由于矩形沉管干舷較小，在灌注混凝土及浮運(yùn)過程中必須有一系列的嚴(yán)密控制措施。預(yù)制沉管的半潛駁及預(yù)制好的18米長(zhǎng)沉管段 隧道長(zhǎng)度603米，穿越官洲河水下沉管段214米。岸上段為鋼筋砼現(xiàn)澆矩形箱型結(jié)構(gòu)；水中段為鋼筋砼預(yù)制沉管段，結(jié)構(gòu)形式同與岸上段。 管段預(yù)制采用

5、軸線干塢法，在塢內(nèi)預(yù)制三節(jié)管段，分別長(zhǎng)94米、116米、4米，預(yù)制完成后依次浮運(yùn)出塢，在官洲河沉放并完成水下對(duì)接。沉管段與岸上段現(xiàn)澆段采用自密性砼水下最終接頭連接，構(gòu)成隧道整體。 侖頭至生物島隧道作為廣州市第二條越江沉管隧道，將與即將開工建設(shè)的生物島大學(xué)城隧道相接，構(gòu)成廣州市區(qū)與生物島至大學(xué)城交通主干道。隧道呈南北走向，全長(zhǎng)1109米，寬度226米，高8.7m，設(shè)計(jì)為雙向四車道，預(yù)計(jì)工程投資約5億元。 移動(dòng)干塢法施工要求在16000噸級(jí)的半潛駁上完成“侖頭?！焙降浪?節(jié)共280米隧道沉管段的預(yù)制，并利用半潛駁實(shí)施拖航浮運(yùn)和二次舾裝，最后將管段浮運(yùn)就位后實(shí)施沉放對(duì)接，并與岸上段貫通。 而傳統(tǒng)的

6、沉管隧道管節(jié)預(yù)制大多采用干塢法，即在隧址附近靠江（海）岸開挖干塢并在其內(nèi)完成管段預(yù)制后，再放水至干塢內(nèi)使管節(jié)起浮并浮運(yùn)出塢進(jìn)行第二次舾裝，之后在隧址處就位沉放。 據(jù)代建單位廣州市隧道開發(fā)公司介紹，移動(dòng)干塢法主要是利用半潛駁一種移動(dòng)的大型浮臺(tái)作為沉管管段的制作平臺(tái)，待沉管段完成后，再通過拖輪將半潛駁拖航到預(yù)定位置進(jìn)行下潛，管段浮離半潛駁，然后進(jìn)行二次舾裝，管段沉放對(duì)接，最終與岸上段貫通。 據(jù)介紹，如果采用傳統(tǒng)的固定干塢法施工，將會(huì)占用萬畝果園8萬m2的土地，造成對(duì)果園生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，市政部門積極對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化比較，最終確定選用移動(dòng)干塢法。 施工人員利用抽水泵往倒虹管注水 奉化新聞網(wǎng)訊（

7、記者 李婷婷 通訊員 孫賽寅）昨天上午，記者來到蕭王廟街道后竺村附近看到施工人員打開2個(gè)抽水泵，江水慢慢注入一根長(zhǎng)160米、直徑720毫米、重達(dá)40噸的倒虹管內(nèi)，10多分鐘后，倒虹管開始徐徐沉入水中。這是溪口至城區(qū)污水管網(wǎng)工程水下沉管作業(yè)的一個(gè)鏡頭。 經(jīng)過20多天的作業(yè)，施工人員終于在水底挖出了兩條放置倒虹管的溝槽。昨天上午，施工人員將倒虹管的兩頭系上繩子，掛在江兩岸的挖掘機(jī)上，然后開始利用水的浮力將倒虹管平移至事先挖好的溝槽上方。由于潮水漸漸退去，受河底淤泥的阻礙，移管速度放慢，到9點(diǎn)多才順利到達(dá)預(yù)定位置。就位后，開始實(shí)施沉管。11點(diǎn)18分，整根倒虹管全部沉入江底。今天，另一根倒虹管也將實(shí)施

8、水下沉管。以后，溪口的污水將通過這兩根倒虹管到城區(qū)污水處理廠接受處理。6.3 管段沉放及連接1. 沉放方法 沉管隧道的沉放方法大體上分為吊沉法和拉沉法。吊沉法根據(jù)施工方法和主要起吊設(shè)備的不同又可以分為分吊法、扛吊法及騎吊法。 （1）分吊法 在管道預(yù)制時(shí)，預(yù)埋了34個(gè)吊點(diǎn)，在沉放作業(yè)時(shí)用2-4艘起重船或浮箱提著各個(gè)吊點(diǎn)，將管段沉放至規(guī)定位置。（2）扛吊法 左右方駁之間兩根“扛棒”，“扛棒”下吊放沉管， 然后沉放，這種方法稱為扛吊法，也可稱為方駁扛沉法?！翱赴簟币话闶切弯摶蚪M合梁，每副“扛棒”的每個(gè)“肩”所承受的力僅為沉浮的負(fù)沉力的四分之一。 用兩艘方駁構(gòu)成船組的吊沉方法也稱為“雙駁扛沉法”；用四

9、艘方駁構(gòu)成作業(yè)船組的吊沉法稱為“四駁扛沉法”。圖6.7為雙駁扛沉法。（3）騎吊法 騎吊法系用水上作業(yè)平臺(tái)“騎”于管段上方，將其慢慢的吊放沉沒，如圖6.8所示。所用水上作業(yè)平臺(tái)，亦稱自升式作業(yè)平臺(tái)，實(shí)際上是個(gè)矩形鋼浮箱。就位時(shí)，可向浮箱內(nèi)灌水加荷壓裁、使四條鋼腿插入海底或河底。需要入土較深時(shí)，可于壓沉一次后，排水浮起鋼平臺(tái)，然后再注水加荷壓沉。如此反復(fù)數(shù)次，到設(shè)計(jì)要求為止。（4）拉沉法 拉沉法是利用預(yù)先設(shè)置的溝槽地面上的水下樁墩作為地壟，依靠架在管段上面的鋼桁架頂上的卷揚(yáng)機(jī)和扣在地壟上的鋼索，將具有20003000kN浮力的管段緩緩地拉下水，沉沒到樁墩上，如圖6.9所示，此法必須在水底設(shè)置樁墩，

10、費(fèi)用較大，應(yīng)用很少。2主要沉沒工具和設(shè)備 浮箱吊沉法與方駁扛吊法所用的最主要的大型工具，就是四艘方型浮箱或小型方駁，其噸位在10001500kN。主要起重設(shè)備是6-14臺(tái)定位卷揚(yáng)機(jī)和34臺(tái)起吊卷揚(yáng)機(jī)。除此外，尚需要： （1）定位塔 （2）超聲波測(cè)距儀 （3）傾斜儀 （4）纜索測(cè)力計(jì)（1）定位塔定位塔為事先安裝在管段頂面上的塔形鋼結(jié)構(gòu)，其高度根據(jù)沉放深度和測(cè)量要求而定，常高達(dá)十余米，中間有直徑為8001200mm的出入人孔。每個(gè)管段設(shè)前后兩座定位塔，并在其頂部設(shè)有測(cè)量標(biāo)志，有時(shí)還在其中一座塔上設(shè)指揮室和測(cè)量工作室，定位卷揚(yáng)機(jī)也可安設(shè)在定位塔上。 （2）超聲波測(cè)距儀設(shè)于管段斷面，以測(cè)定前后兩節(jié)管段

11、間的三向相對(duì)距離。（3）傾斜儀自動(dòng)反映管段的縱橫傾度，以便及時(shí)調(diào)整吊索。 （4）纜索測(cè)力計(jì)在每一錨索或吊索的固定端均設(shè)有自動(dòng)測(cè)力計(jì)，能在指揮室中直接顯示受力數(shù)值，便于指揮和操作。3管段沉設(shè)作業(yè) 管段沉設(shè)作業(yè)大體可按下列步驟進(jìn)行： （1）準(zhǔn)備工作。 沉放前必須完成溝槽浚挖和設(shè)置臨時(shí)支座 （2）浮 運(yùn)。 預(yù)制管段必須從干塢浮運(yùn)到沉放點(diǎn) （3）管段就位；當(dāng)浮運(yùn)船只到達(dá)指定位置上，校正好前后左右位置，并帶好地錨。定位完畢后，灌壓裁水使其消除全部浮力。 （4）管段下沉。 （5）水上交通管制。管段下沉一般分三步進(jìn)行，即初次下沉、靠攏下沉和著地下沉。 1）初次下沉。先灌注壓載水至下沉力達(dá)到規(guī)定值的50，隨即

12、進(jìn)行位置校正；然后再注水使下沉力達(dá)到設(shè)計(jì)值的100，并開始按400500mmmin速度下沉管段，直至管底離設(shè)計(jì)高程45m為止。注意隨下沉隨校正管段位置。 2）靠攏下沉。先將管段向前節(jié)已沉管段的方向平移，至距已設(shè)管段2m左右處，然后將管段下沉到管底離設(shè)計(jì)高程0.51.0m左右，并校正管位。 3）著地下沉。將管段前移至前節(jié)管段約距500mm處，校正后開始著地下沉。最后約1m的下沉，速度要放慢，并隨沉隨測(cè)。著地時(shí)先將前端擱在“鼻式”托座或套上卡式定位托座，然后將后端輕輕地?cái)R置到臨時(shí)支座上。各吊點(diǎn)應(yīng)同時(shí)分次卸去全部吊力，使整個(gè)管段的下沉力全部作用在臨時(shí)支座上。管段連接1. 水下水壓法連接 水下水力壓接

13、法是利用作用在管段后端端面上的巨大壓力，使安裝在管段前端面周邊上的一圈橡膠墊環(huán)發(fā)生壓縮交形，構(gòu)成一個(gè)水密性良好，且相當(dāng)可靠的管段接頭，如圖6.10所示。 水力壓接法進(jìn)行水下連接有以下主要工序； 1）對(duì)位。 2）拉合。 3）壓接。 4）拆除端封墻。 圖6.10水力壓接法（a）連接前；（b）對(duì)位；（c）連接后1超聲波檢測(cè)器； 2橡膠墊； 3臨時(shí)支撐托架； 4接緊千斤頂；5調(diào)節(jié)管段位置千斤頂 6-從接頭縫內(nèi)抽水；7-外部靜壓 水力壓接法進(jìn)行水下連接有以下主要工序； 1）對(duì)位。 管段在浮設(shè)、著地下沉?xí)r必須結(jié)合管段連接工作進(jìn)行對(duì)位。對(duì)位時(shí)可用安裝在管端的超聲波檢測(cè)儀器控制其精度，一般要求達(dá)到水平方向前端

14、20mm，后端50mm，垂直方向后端10mm。 2）拉合。 拉合工序的任務(wù)是以一個(gè)較小的機(jī)械力，將沉放管段靠上錢節(jié)已設(shè)管段，使膠墊尖肋產(chǎn)生初步變形，起到初步止水作用。拉合時(shí)所需機(jī)械力不大，一般由安裝在管段堅(jiān)壁上的拉合千斤頂拉合。 3）壓接。拉合完成后，即可打開已設(shè)管段后端封墻下部的排水閥，排出對(duì)接沉管端被膠墊所包圍封閉的水。排水開始不久，須開啟設(shè)在已設(shè)管段后的真空壓力而破壞。排水完畢后，膠墊在作用于新設(shè)管段的后端封墻和管段周壁端面的全部水壓力作用下，進(jìn)一步壓縮，使膠墊產(chǎn)生第二次壓縮變形。 4）拆除端封墻。壓接完畢后即可拆除前后兩節(jié)管段間的端封墻。全部與岸上相通后，即可進(jìn)行下步施工。 2接頭膠墊

15、接頭膠墊是水力壓接法使用的關(guān)鍵部位，需要按沉管周圍的外形在工廠制作，而后運(yùn)到管段預(yù)制場(chǎng)安裝。目前世界上應(yīng)用較多的是尖肋形膠墊，它由尖肋、本體、底翼緣和底肋四部分構(gòu)成：尖肋。位于膠墊之前端，外形為三角形，用作第一次初步止水。其高度一般為38mm，個(gè)別工程用50mm，硬度一般為肖氏橡膠硬度3035度。本體。它是承受水壓的主體，一般為等腰梯形。其硬度為肖氏5070度，其尺寸與要求應(yīng)按實(shí)際工程情況確定。底翼緣。腔墊的底部多有兩個(gè)突出的翼，以使安裝方便，多以纖維織物作為局部加強(qiáng)。底肋。為防止管段端面不夠平整而出現(xiàn)漏水，在橡膠底部用肖氏硬度為3035度軟橡膠制成的小肋。3管段接頭 管段水下連接完畢后，需在

16、管段內(nèi)側(cè)構(gòu)筑永久性的管段接頭，使前后兩個(gè)管段連成一體。這種永久接頭構(gòu)造不僅應(yīng)具有可靠的水密性，而且要具備抵抗基礎(chǔ)不均勻沉降和地震造成的影響。 目前采用的管段接頭，主要有剛性接頭和柔性接頭兩種。（1）剛性接頭 剛性接頭是在水下連接完畢后，在相鄰兩節(jié)管段端面之間，沿隧道外壁澆注一圈鋼筋混凝土將之連接起來，形成一個(gè)永久性接頭。剛性接頭的最大缺點(diǎn)是水密性不可靠，在使用過程中常因不均勻沉降而開裂滲漏。自從水力壓接法問世以后，人們?cè)趧傂越宇^的基礎(chǔ)上加以改造形成“先柔后剛”式接頭，見圖6.13。這種接頭是水力壓接時(shí)所用的膠墊，留在外圈作為接頭的永久性性止水防線。剛性接頭在膠墊的防護(hù)之下，不再滲漏。其剛性部分

17、一般在沉降基本結(jié)束之后，再澆注鋼筋混凝土。 （2）柔性接頭 柔性接頭是利用水力壓接時(shí)所用的膠墊，吸收變溫伸縮與基礎(chǔ)不均勻沉降造成的角度變化，以消除或減小管段所受溫度與變形應(yīng)力。圖6.14所示為一柔性接頭。該接頭形式亦宜用于地震區(qū)的沉管隧道，但在其構(gòu)造上要滿足線性位移和角變形，又應(yīng)具有足夠的抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度。 圖6.15為日本東京港第一航道下的水底隧道的抗震接頭可撓性接頭。此接頭考慮了距該隧道工點(diǎn)約100km的太平洋沿岸外側(cè)地震帶所發(fā)生的M=8左右的強(qiáng)烈地震，使其受不到毀滅性的破壞；在靠近路道區(qū)域即使有中等地震也不致破壞。6.4 沉管防水技術(shù)管隧道是用沉管方法施工的一種水底隧道。沉管的防水技

18、術(shù)可歸納為：1鋼殼與鋼板防水 早期的沉管隧道，其截面多為圓形，一般先制造鋼殼，然后澆注混凝土，這種鋼殼，既是施工階段混凝土的外模，又是沉管在使用階段的防水層。 在現(xiàn)代的沉管隧道中，也有全部采用柔性防水的實(shí)例。隨著柔性防水材料的發(fā)展，在隧道管段外包一段昂貴的防水層的做法已過時(shí)了。這種防水方法耗鋼量大，縫防水性能不可靠，鋼材的防銹問題難以徹底解決和混凝土的粘結(jié)性不良。2管體混凝土防水 近年來，人們更多的研究和利用管體自身的混凝土防水性能，用以替代外防水。混凝土的自身防水，就是在混凝土施工中，控制混凝土配合比并添加外加劑，降低由于水泥的水化作用引起的溫度變化，以及采取施工期間的特殊措施等，防止或減少

19、混凝土的開裂，達(dá)到防水的目的。在隧道防水措施中，還有卷材防水和涂料防水。 6.5 沉管基礎(chǔ)處理 沉管隧道雖對(duì)各種地質(zhì)條件適用性強(qiáng)，一般不需構(gòu)筑人工基礎(chǔ)，但施工時(shí)仍須進(jìn)行基礎(chǔ)處理，其目的主要是為了解決開槽作業(yè)所造成的槽底不平整問題。對(duì)于浚挖后的槽底表面，一般存在1550cm，有時(shí)可達(dá)100cm的不平整度。如不加處理，則槽底表面與管段底面之間存在著眾多不規(guī)則空隙，導(dǎo)致地基土受力不均，引起不均勻沉降，使管段結(jié)構(gòu)受到較高的局部應(yīng)力甚至破壞開裂。故必須進(jìn)行適當(dāng)處理，將基礎(chǔ)墊平。 沉管隧道的基礎(chǔ)處理方法，按其鋪墊作業(yè)工序安排于管段沉沒作業(yè)之前或以后，可大體上分為先鋪法和后填法兩大類。1 先鋪法 先鋪法也稱為刮鋪法，按鋪墊材料的不同又分為刮砂法和刮石法。刮鋪法的基本工序如下： （1）在浚挖溝槽時(shí)，向下超挖600800mm。 （2）在槽底兩側(cè)打兩排短樁，安設(shè)導(dǎo)軌以控制高程。 （3）向溝底