沉管法隧道施工基本原理及施工工藝

沉管法隧道施施工基本原理理及施工工藝藝10.1基本原理沉管法：在隧址附近修修建的臨時干塢內(nèi)(或船廠船臺)預(yù)制管段，用臨時隔墻封閉，然后浮運到隧址規(guī)定位位置，此時已已于隧址處預(yù)預(yù)先挖好水底基槽。待管段定位位后灌水壓載下沉沉到設(shè)計位置，，將此管段與與相鄰管段水下連接，經(jīng)基礎(chǔ)處理并最后回填覆土即成為水底隧隧道。在已修筑好的的干塢內(nèi)預(yù)制管段一般由敞開段、暗埋埋段、岸邊豎豎井與沉埋段段等組成。沉埋段兩端通常設(shè)置豎井作為起訖點，，豎井起到通通風、供電、、排水和監(jiān)控控等作用。根根據(jù)兩岸地形形與地質(zhì)條件件，也可將沉沉埋段與暗埋埋段直接相接接而不設(shè)豎井井。沉管隧道的組組成整體結(jié)構(gòu)：水下沉管隧道道的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)是由管段基基槽、基礎(chǔ)、、管段、覆蓋蓋層等組成，，整體坐落于于河（海）水水底。沉管隧道的橫橫斷面結(jié)構(gòu)覆蓋層管段基礎(chǔ)基槽10.2沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)10.2.1沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)分類按斷面形狀：：圓形矩形等按建筑材料：：鋼殼混凝土鋼筋混凝土按管段的制作作方式：船臺型干圬型船臺型1）造船廠船臺臺上預(yù)制鋼殼殼2）滑行下水，，水上懸浮狀狀態(tài)灌注混凝凝土3）橫斷面一般般為圓形、八八角形、花籃籃形，多為圓圓形優(yōu)點：1）圓形，彎矩矩較??；水深深大時，較經(jīng)經(jīng)濟2）管段底面積積小，基礎(chǔ)容容易處理3）鋼外殼既是是外模，又是是防水層，同同時保護內(nèi)側(cè)側(cè)混凝土缺點：1）斷面空間不不能充分利用用；車道數(shù)少少2）隧道深度增增加，基槽土土方量增加3）耗鋼量大，，造價高，焊焊接質(zhì)量無法法保證，沒完完沒了的堵漏漏4）鋼殼防銹問問題、防水問問題。干圬型1）臨時干圬中中制作鋼筋混混凝土管段，，外涂防水涂料2）圬內(nèi)灌水，，管段上??；；拖運到隧址址陳設(shè)3）斷面多為矩矩形優(yōu)點：1）管段在干船船塢內(nèi)制造，，不需鋼殼，，節(jié)約鋼材2）斷面大小不不受限制缺點：1）必須在合適適地點修建干干船塢2）需設(shè)置防水水層，并加以以保護，以保保證防水性3）混凝土工藝藝要求高，特特別是水密性性要求4）底面積大，，基礎(chǔ)處理麻麻煩10.2.2沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計要點設(shè)計內(nèi)容主要要有：總體幾何設(shè)計計；結(jié)構(gòu)設(shè)計計；通風設(shè)計計；照明設(shè)計計；內(nèi)裝設(shè)計計；給排水設(shè)設(shè)計；供電設(shè)設(shè)計；運行管管理設(shè)施設(shè)計計等。（1）橫斷面的設(shè)設(shè)計用干船塢制作作的鋼筋混凝凝土管段，從從施工的角度度看，在應(yīng)力力方面是不會會有問題的。。決定橫斷面面時，就是要要注意對浮力的的平衡。決定斷面尺尺寸時，一般般都按采用平面框架結(jié)構(gòu)構(gòu)進行應(yīng)力計算算。一般管段結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計橫斷方向的鋼鋼殼斷面，一一般決定于混凝土灌注時時的應(yīng)力。隨著混凝土土的灌注，吃吃水深度增加加，而水壓增增大。設(shè)計斷斷面也隨之變變化。因此，，應(yīng)對每一施工階段段的混凝土重重量和水壓進進行應(yīng)力計算算，而后按最危危險狀態(tài)，決決定鋼殼斷面面。（2）縱斷面的設(shè)設(shè)計施工階段：主主要計算浮運運、沉設(shè)等階階段時主要由由施工荷載引引起的彎矩，，浮運管段越越長，所受彎彎矩越大。使用階段：彈彈性地基梁理理論計算縱向向內(nèi)力鋼殼作為整體體梁分析，保保證縱向發(fā)生生變形而橫截截面方向無顯顯著變形，可可利用橫柱和和支柱增強截截面的剛度（3）預(yù)應(yīng)力混凝凝土管段設(shè)計計跨度較大時，，并且土、水水壓力較大時時，采用管段段頂、底及隔隔墻預(yù)應(yīng)力設(shè)設(shè)計，改善管管段結(jié)構(gòu)的抗抗裂性能。10.3沉管隧道施工工工藝10.3.1沉管法施工前前期調(diào)查工作作水力調(diào)查：流速、流向、、密度差異、、潮汐、水位位變化、海海浪和波波浪影響、水水質(zhì)情況地質(zhì)調(diào)查：地基承載力、、水下障礙物物、浚挖技術(shù)術(shù)氣象調(diào)查：風、溫度、能能見度等地震調(diào)查：斷層位置、地地震記錄、土土層性質(zhì)或成成層狀態(tài)，特特別注意液化化問題10.3.2臨時干船塢塢的構(gòu)造與與施工（1）規(guī)模取決于管段段節(jié)數(shù)、管管段寬度與與長度、管管段預(yù)制批批量，同事事考慮工期期因素。小型干圬：分批制作作瑞典Tingstad隧道（5節(jié)管段，長長93.5m，80m，寬30m）：干圬3500平米（100×35m）大型干圬：一批制作作日本東京港港水底隧道道（9節(jié)管段，長長115m，寬37.4m）：干圬81270平米（645×126m）（2）深度保證管段制制作好后能能順利浮運運出塢。（3）塢底與邊邊坡塢底20-30cm無筋混凝土土或鋼筋混混凝土（鋪鋪砂礫或碎碎石層）或1-2.5m的黃砂；上上覆20-30cm砂礫或碎石石一般塢底強強度不存在在問題邊坡需進行邊坡坡穩(wěn)定性分分析可采用防滲滲墻及井點點系統(tǒng)分批制作時時，需分析析干圬排水水時邊坡的的穩(wěn)定性（4）塢首、塢塢門一批制作時時：一般不不采用塢門門，僅用土土圍堰、鋼鋼板樁圍堰堰；局部拆拆除圍堰，，將管段拖拖運出塢分批制作時時：雙排鋼鋼板樁圍堰堰；單排鋼鋼板樁作塢門10.3.3管段制作（1）施工縫、、變形縫的的控制縱向施工縫縫：豎墻下下端30-50cm處橫向施工縫縫：垂直縫縫（水密性性難以保證證）設(shè)置垂直于于隧道軸線線方向的變變形縫，以以防止管段段開裂，長長短一般為為15-20m（2）底板地層不均勻勻沉降可能能引起管段段裂縫。一一般在塢底底沙層上鋪鋪設(shè)一塊6mm厚的鋼板，，與底板混混凝土澆筑筑在一起，，既防水，，又防止外外力對底板板的破壞。。或者用9-10cm的鋼筋混凝凝土板代替替鋼板，并并貼上防水水膜。（3）側(cè)墻與頂頂板側(cè)墻外周可可用鋼板（（做外模板板和側(cè)防水水），應(yīng)確確保焊接質(zhì)質(zhì)量。也可可用防水膜膜，并做好好防水膜保保護。頂板上通常常鋪設(shè)防水水膜，澆筑筑15-20cm厚的鋼筋混混凝土保護護層，一直直包到側(cè)墻墻上部，并并做成削角角，避免被被船錨鉤住住。（4）臨時隔墻墻設(shè)置于管段段兩端50-100cm處木料、鋼材材或鋼筋混混凝土制成成設(shè)計時按最最大靜水壓壓力考慮封端墻上需需設(shè)排水閥閥（下部））、進氣閥閥（上部））、人員出出入孔（5）壓載設(shè)備備石碴、礦碴碴或者水，，多數(shù)用加加載水箱每只管段>4只水箱，均均勻布置于于四角水箱容量取取決于干舷舷大小、下下沉力、基基礎(chǔ)壓重等等（6）預(yù)應(yīng)力張張拉管段預(yù)制完完成后，在在干船塢內(nèi)內(nèi)全部預(yù)應(yīng)應(yīng)力一次施施加完畢。。10.3.4管段浮運管段制作完完成后開始始向干船塢塢注水，檢檢查管段內(nèi)內(nèi)部漏水情情況，一旦旦發(fā)現(xiàn)漏水水，立即停停止注水并并修補。船塢內(nèi)水位位接近干舷舷量時，向向壓載水箱箱內(nèi)注水，，防止管段段上浮。完完全淹沒后后，排出水水箱內(nèi)的水水，使管段段上浮。浮浮運時干舷舷量一般取取10-15cm左右。調(diào)整整完后，打打開塢門，，拽出管段段。一般清晨托托運至隧址址，以便沉沉設(shè)。提前前12h做好水流與與氣象條件件預(yù)報工作作，并提前前2h復(fù)核。一般般要求：風風力小于5-6級，能見度度大于1000m，氣溫高于于-30C，可進行沉沉設(shè)作業(yè)。。寧波甬江沉沉管隧道管管段預(yù)制干塢注水與與管段檢漏漏調(diào)整管段內(nèi)部檢檢漏10.3.5溝槽浚挖基槽斷面底寬：大于于管段寬度度4－10cm深度：覆蓋蓋層厚+管段高度+基礎(chǔ)處理所所需超挖深深度坡度：土層層條件、基基槽留置時時間、水流流情況等浚挖方式挖泥船選擇擇吸揚式挖泥泥船生產(chǎn)效率高高；成本低低；開挖面面平整度好好抓揚式挖泥泥船造價低；?？Ｍ谏疃却蟠螅豢砷_挖挖硬土鏈斗式挖泥泥船生產(chǎn)效率高高；成本低低；能浚挖挖硬土；平平整度好；；占用水面面大鏟揚式挖泥泥船浚挖費用高高；占用水水面小耙吸式挖泥泥船絞吸式挖泥泥船鏈斗式挖泥泥船抓斗式挖泥泥船鏟斗式挖泥泥船10.3.6管段沉放影響因素：：管段尺寸寸、地形、、水流條件件、氣象條條件、航運運條件管段下沉全全過程一般般需要2~4h。下沉作業(yè)業(yè)分為初步下沉、靠攏下沉與著地下沉3個步驟。初步下沉壓載至下沉沉力達50％規(guī)定值后后校正位置置，之后再再繼續(xù)壓載載至下沉力力達100％規(guī)定值，，然后20-50cm/min的速度下沉沉，直到管段底底部離設(shè)計計高程4~5m為止?？繑n下沉將管段向前前節(jié)既設(shè)管管段方向平平移至距前前節(jié)管段2~2.5m處，再將管管段下沉到到管段底部部離設(shè)計高高程0.5m左右右，，再再次次校校正正管管段段位位置置。。著地地下下沉沉先將將管管段段底底降降至至距距設(shè)設(shè)計計高高程程10~20cm處，，再再將將管管段段繼繼續(xù)續(xù)前前移移至至距距既既設(shè)設(shè)管管段段20~50cm處，，校校正正位位置置后后即即開開始始著著地地下下沉沉。。下下沉沉速速度度緩緩慢慢，，隨隨時時校校正正管管段段位位置置。。管段段下下沉沉作作業(yè)業(yè)步步驟驟浮箱箱分分吊吊法法1-沉放放管管段段;2-壓載載水水箱箱;3-浮箱箱;4-定位位塔塔;5-指揮揮室室;6-吊索索;7-定位位索索;8-既設(shè)設(shè)管管段段;9-鼻式式托托座座a)就位位前前;b)加載載下下沉沉;c)沉放放定定位位浮箱箱分分吊吊法法管段段頂頂板板上上方方用用4只浮浮力力1000～1500kN的方型型浮浮箱箱直接接吊吊起起，，吊吊索索起起吊吊力力作作用用于于各各浮浮箱箱中中心心，，前前后后每每組組兩兩只只浮浮箱箱用用鋼桁桁架架連接接，，并并用用4根錨錨索索定定位位。。起起吊吊卷卷揚揚機機與與浮浮箱箱定定位位卷卷揚揚機機均均安安放放在在浮浮箱箱頂頂部部，，管管段段本本身身則則另另用用6根錨錨索索定定位位，，其其定定位位卷卷揚揚機機則則安安設(shè)設(shè)在在定定位位塔塔頂頂部部。。船組組(四駁駁)杠吊吊法法每組組船船體體由由兩兩只只鐵鐵駁駁或或兩兩組組浮浮箱箱構(gòu)構(gòu)成成，，將將每每組組鋼鋼梁梁(杠棒棒)兩頭頭擔擔在在兩兩只只船船體體上上構(gòu)構(gòu)成成一一個個船船組組，，再再將將先先后后兩兩個個船船組組用用鋼鋼桁桁架架梁梁連連接接成成整整體體船船組組(前后后兩兩個個船船組組也也可可不不用用鋼鋼桁桁架架梁梁連連接接)。船船組組與與管管段段各各用用6根錨錨索索定定位位(均為為四四邊邊錨錨與與前前后后錨錨)，所所有有定定位位卷卷揚揚機機均均安安設(shè)設(shè)在在船船體體上上，，起起吊吊卷卷揚揚機機安安設(shè)設(shè)在在“杠棒棒”上，，吊吊索索的的吊吊力力通通過過“杠棒棒”傳到到船船體體上上。。1-沉管管;2-鐵駁駁;3-船組組定定位位索索;4-沉管管定定位位索索;5-杠棒棒;6-連接接梁梁;7-定位位塔塔10.3.7水下下連連接接水下下混混凝凝土土連連接接法法應(yīng)用用范范圍圍早期期均均使使用用該該法法，，目目前前只只用用于于最最終終接接頭頭連連接接。。施工工方方法法水中中安安放放圓圓弧弧形形堰堰板板，，圍圍成成圓圓形形鋼鋼圍圍堰堰，，往往圍圍堰堰內(nèi)內(nèi)灌灌筑筑水水下下混混凝凝土土，，形形成成管管段段連連接接。。水力力壓壓接接法法作用用原原理理利用用作作用用在在管管段段上上的的巨巨大大水水壓壓力力使使安安裝裝在在管管段段前前端端面面周周邊邊上上的的一一圈圈膠膠墊墊發(fā)發(fā)生生壓壓縮縮變變形形，，形形成成一一個個水水密密性性相相當當可可靠靠的的管管段段接接頭頭。。水力力壓壓接接的的步步驟驟：：1）對對位位；；2）拉拉合合；；3）壓壓接接主要要是是墊墊平平基基槽槽底底部部，，有有刮刮鋪鋪、、噴噴砂砂、、壓壓砂砂法法。。刮鋪鋪法法在管管段段沉放放前前采采用用專專用用刮刮鋪鋪船船上上的的刮刮板板在在基基槽槽底底刮刮平平鋪鋪墊墊材材料料(粗砂砂或或碎碎石石或或砂砂礫礫石石)作為為管管段段基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。采用用刮刮鋪鋪法法開開挖挖基基槽槽底底應(yīng)應(yīng)超超挖挖60~80cm，在在槽槽底底兩兩側(cè)側(cè)打打數(shù)數(shù)排排短短樁樁安安設(shè)設(shè)導(dǎo)導(dǎo)軌軌，，以以便便在在刮刮鋪鋪時時控控制制高高程程和和坡坡度度。。10.3.8基礎(chǔ)礎(chǔ)施施工工噴砂砂法法從水水面面上用用砂砂泵泵將將砂砂、、水水混混合合料料通通過過伸伸入入管管段段底底下下的的噴噴管管向向管管段段底底噴噴注注、、填填滿滿空空隙隙。。砂砂墊墊層層厚厚度度1m左右右。?？裳匮刂壾壍赖揽v縱向向移移動動的的臺臺架架外外側(cè)側(cè)掛掛三三根根L形鋼鋼管管，，中中間間為為噴噴管管兩兩側(cè)側(cè)為為吸吸管管。。壓砂砂法法在管管段段沉沉放放后后向向管管段段底底面面壓壓注注水水泥泥砂砂漿漿或或砂砂作作為為管管段段基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。根根據(jù)據(jù)壓壓注注材材料料不不同同分分成成壓漿漿法法和壓砂砂法法兩種種。壓漿漿法法：開開控控基基槽槽時時應(yīng)應(yīng)超超挖挖1m左右右，，然然后后攤攤鋪鋪一一層層厚厚40~60cm的碎碎石石。。兩兩側(cè)側(cè)拋拋堆堆沙沙石石封封閉閉檻檻后后，，通通過過隧隧道道內(nèi)內(nèi)預(yù)預(yù)留留壓壓漿漿孔孔注注入入由由水水泥泥、、膨膨潤潤土土、、黃黃砂砂和和緩緩凝凝劑劑配配成成的的混混合合砂砂漿漿。。壓砂砂法法：與與壓壓漿漿法法相相似似，，但但注注漿漿材材料料為為砂砂水水混混合合物物。。10.4沉管管隧隧道道施施工工特特點點（1）隧隧道道深深度度與與其其它它隧隧道道相相比比，，因因能能夠夠設(shè)設(shè)置置在在只只要要不不妨妨礙礙通通航航的的深深度度下下，，故故隧隧道道全全長長可可以以縮縮短短；；（2）隧隧道道管管段段是是預(yù)預(yù)制制的的，，質(zhì)質(zhì)量量好好，，水水密密性性高高；；（3）造造價價較較低低。。水水下下挖挖土土與與管管段段制制作作成成本本較較低低，，短短于于盾盾構(gòu)構(gòu)隧隧道道；；（4）工工期期短短，，對對航航運運干干擾擾小小。。管管段段在在干干塢塢中中呈呈長長段段預(yù)預(yù)制制，，沉沉放放連連接接時時間間短短，，對對航航運運干干擾擾次次數(shù)數(shù)少少、、時時間間短短。。沉沉管管隧隧道道的的主主要要工工序序可可平平行行作作業(yè)業(yè)，，各各工工序序間間干干擾擾少少，，可可縮縮短短工工期期。。（5）施施工工條條件件好好。。管管段段預(yù)預(yù)制制、、托托運運和和沉沉放放等等都都是是陸陸地地或或水水面面完完成成，，水