沉管隧道施工課件T57

第13章沉管結(jié)構(gòu)13.1概述13.2沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.3接縫管段處理與防水措施13.4沉管隧道施工過(guò)程13.5工程實(shí)例13.1概述水底隧道的施工方法：圍堤明挖法、礦山法、氣壓沉箱法、盾構(gòu)法以及沉管法。世界上第一條沉管鐵路隧道建于1910年，穿越美國(guó)Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀(jì)五十年代起普遍應(yīng)用,如今共有100多座沉管隧道。二十世紀(jì)50年代解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——水力壓接法和基礎(chǔ)處理，沉管法已經(jīng)成為水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷蘭。我國(guó)現(xiàn)有6條沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5條在寧波（寧波甬江水底隧道）、廣州（廣州珠江水底隧道）、香港（香港西區(qū)沉管隧道、香港東區(qū)沉管隧道）和臺(tái)灣。過(guò)程沉管法亦曾稱作預(yù)制管段沉放法；先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)制作隧道管段，兩端用臨時(shí)封墻密封，制成以后用拖輪拖運(yùn)到隧址指定位置上。預(yù)先在設(shè)計(jì)位置處，挖好水底溝槽。待管段定位就緒后，往管段中注水加載，使之下沉，然后將沉設(shè)完畢的管段在水下連接起來(lái)，覆土回填，完成隧道，此之謂“沉管隧道”。沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設(shè)計(jì)、施工及所用材料有所不同。（1）圓形沉管隧道：這類沉管內(nèi)邊均為圓形、外邊則為圓形、八角形或花籃形，多半用鋼殼作為防水層；

（2）矩形沉管隧道：在每個(gè)斷面內(nèi)可以同時(shí)容納2－8個(gè)車道，矩形斷面的空間利用率較高，

圓形沉管、矩形沉管13.2沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管式水底隧道的設(shè)計(jì)：包括幾何設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)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)營(yíng)安全等設(shè)計(jì)。13.2.1沉管結(jié)構(gòu)所受的荷載結(jié)構(gòu)自重、水壓力、土壓力、浮力、施工荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力、車輛活荷載、沉船荷載，地基反力、溫度應(yīng)力、不均勻沉降所產(chǎn)生的附加應(yīng)力、地震等作用。作用在沉管上的水壓力是主要荷載。沉降摩擦力地基反力的分布規(guī)律（1）直線分布；（2）反力強(qiáng)度和各點(diǎn)沉降量成正比，即文克爾假定，又可以分為單一系數(shù)和多種地基系數(shù)的兩種；（3）假定地基為半無(wú)限彈性體，按彈性理論計(jì)算反力。13.2.2浮力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)1）干干舷舷管段段在在浮浮運(yùn)運(yùn)時(shí)時(shí)，，為為了了保保持持穩(wěn)穩(wěn)定定，，必必須須使使管管頂頂面面露露出出水水面面，，其露露出出高高度度稱稱為為干干舷舷。。具有有一一定定干干舷舷的的管管段段，，與與風(fēng)風(fēng)浪浪后后產(chǎn)產(chǎn)生生反反向向力力矩矩，，保保持持平平衡衡。。干舷的高高度應(yīng)適適中，過(guò)過(guò)小則穩(wěn)穩(wěn)定性差差，過(guò)大大時(shí)沉設(shè)設(shè)困難。。浮力設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，按照照最大混凝凝土容重重、最大大混凝土土體積和和最小河河水的比比重來(lái)計(jì)算干干舷。2）抗浮安安全系數(shù)數(shù)在管段沉沉設(shè)施工工階段，，應(yīng)采用用1.05～1.1的抗浮安安全系數(shù)數(shù)。管段沉設(shè)設(shè)完畢后后，務(wù)必必大于1.05，防止“復(fù)浮”。設(shè)計(jì)時(shí)需需要按照照最小混凝凝土容重重、最小小混凝土土體積和和最大河河水的比比重來(lái)計(jì)計(jì)算抗浮浮安全系系數(shù)。3）沉管結(jié)結(jié)構(gòu)的外外廓尺寸寸沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)的外廓廓尺寸，，必須通過(guò)過(guò)浮力設(shè)設(shè)計(jì)才能能確定;沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)的外廓廓高度，，往往超超過(guò)車道道凈空高高度與頂頂?shù)装搴窈穸戎秃汀?3.2.3結(jié)構(gòu)分析析與配筋筋1）.斷面結(jié)構(gòu)構(gòu)分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力分析析須經(jīng)過(guò)過(guò)“假定截面面尺寸——分析內(nèi)力力——修正尺度度——復(fù)算內(nèi)力力”的幾幾次循環(huán)。避免采用用剪力鋼鋼筋,常采用變變截面或或折拱形形結(jié)構(gòu)。。不能只以以一個(gè)斷斷面的結(jié)結(jié)構(gòu)分析析來(lái)代表表整節(jié)管管段，以以及河中中段全長(zhǎng)長(zhǎng)的橫斷斷面配筋筋計(jì)算，，所以目目前一般般采用電算分析析。沉管折拱拱形結(jié)構(gòu)構(gòu)2）縱向結(jié)結(jié)構(gòu)分析析施工階段段的沉管縱縱向受力力分析，，主要是是計(jì)算浮浮運(yùn)、沉沉設(shè)時(shí)，，施工荷荷載、波波浪力所所引起的的內(nèi)力。。使用階段段的沉管縱縱向受力力分析，，一般按照彈性性地基梁梁理論進(jìn)行計(jì)算算。3）配筋筋沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)的混凝凝土強(qiáng)度度等級(jí)，，宜采用用C30-C40。由于沉管管結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)貫通裂裂縫非常常敏感，，非貫通通裂縫宜宜控制在在0.15-0.2mm以下，因因此采用用鋼筋等等級(jí)不宜宜過(guò)高，，不宜采用用III級(jí)和III級(jí)以上的的鋼筋。。4）預(yù)應(yīng)力力的應(yīng)用用一般情況況下，沉沉管隧道道采用普普通混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)而不用用預(yù)應(yīng)力力混凝土土結(jié)構(gòu)。。因沉管管的結(jié)構(gòu)厚度度并非強(qiáng)強(qiáng)度決定定，而是由由抗浮安安全系數(shù)數(shù)決定。。當(dāng)隧道跨跨度較大大，達(dá)三三車道以以上，或或者水、、土壓力力又較大大時(shí)，采采用預(yù)應(yīng)應(yīng)力。。(a)Almendares(b)Lafontaine1-預(yù)應(yīng)力索索；2－臨時(shí)拉拉索；3－防水層層本講要點(diǎn)點(diǎn)沉管運(yùn)輸輸中干舷舷設(shè)計(jì)的的意義。。沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)的的方法和和原則。。13.3接縫管段段處理與與防水措措施13.3.1變形縫的的布置與與構(gòu)造沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)一般都是是二次澆澆筑，，常易發(fā)發(fā)生收縮縮裂縫。。不均均勻沉降降等影響響也易致致管段開(kāi)開(kāi)裂。變形縫每節(jié)管段段分割成成若干節(jié)節(jié)段，一一般為15～20m左右。變形縫須須滿足1.能適應(yīng)一一定幅度度的線變變形與角角變形。。2.在浮運(yùn)、、沉設(shè)時(shí)時(shí)能傳遞遞縱向彎彎矩。外排縱向向鋼筋全全部切斷斷。而內(nèi)內(nèi)排縱向向鋼筋則則暫時(shí)不不予切斷斷，待沉沉設(shè)完畢畢后再將將跨越變變形縫之之內(nèi)排縱縱向鋼筋筋，全部部切斷。。3.在任何情情況下能能傳遞剪剪力變形前后后均能防防水，臺(tái)階形變變形縫回幻片131－沉管外外側(cè)；2－沉管內(nèi)內(nèi)側(cè)；3－卷材防防水層；；4－鋼邊橡橡膠止水水帶；5－瀝青防防水；6－瀝青填填料；7－鋼筋混混凝土保保護(hù)層13.3.2止水縫帶帶普遍的是是橡膠止止水帶和和鋼邊橡橡膠止水水帶。1)橡膠止水水帶橡膠止水水帶可用用天然橡膠膠（含膠率率）70％）制成成。亦可可用合成橡膠膠（如氯丁丁橡膠等等）制成成。橡膠止水水帶的壽壽命潮濕、無(wú)無(wú)日照及及溫度較較低等等環(huán)境理理想。地下工程程中的橡橡膠止水水帶的耐耐用壽命命應(yīng)在六六十年以以上。經(jīng)老化加加速實(shí)驗(yàn)驗(yàn)亦可斷斷定其安安全年限限超過(guò)100年。形式：均由本體體與錨著著部?jī)刹坎糠纸M成成;變形縫的的張開(kāi)度度、本體體部的寬寬度。這這兩個(gè)因因素共同同決定著著止水帶帶所受拉拉力。2)鋼邊橡膠膠止水帶帶鋼邊橡膠膠止水帶帶，系于于橡膠止止水帶兩兩側(cè)錨著著部中加加鑲一段段薄鋼板板，其厚厚度僅0.7mm左右，初初于荷蘭蘭的凡爾爾遜（Velsen,1957）。13.3.3管段外壁壁的防水水措施沉管外防防水和沉沉管自防防水兩類類;外防水包包括了鋼殼，鋼鋼板防水水，卷材材防水，，涂料防防水等不同方方法；自防水主主要是采采用防水水混凝土土。13.3.4鋼殼與鋼鋼板防水水在沉管的的三面（（底和二二側(cè)）甚甚至四面面（包括括頂面））用鋼板包覆覆的防水;耗鋼量大大、焊縫縫防水可可靠性不不高、鋼鋼材防銹銹問(wèn)題仍仍未切實(shí)實(shí)解決;13.3.5卷材防水水用膠料粘粘結(jié)多層層瀝青類類卷材或或合成橡橡膠類卷卷材而成成的粘貼式（（亦稱外外貼式）防水層層。均用澆油油攤鋪法法粘貼;卷材粘貼貼完畢后后，須在在外邊加加設(shè)保護(hù)護(hù)層。到幻片613.3.6涂料防水水施工工藝藝較繁，，施工操操作工程程中會(huì)造造成“起殼””，無(wú)法補(bǔ)救救；抗拉伸能能力較差差。13.4管段沉設(shè)設(shè)與水下下連接1)分吊法2～4艘起重船船或浮箱箱浮筒吊沉沉法浮箱吊沉沉法2）扛吊法法最主要的的大型工工具就是是四艘小小型方駁駁；3）騎吊法法SEP4）拉沉法法1－拉合千千斤頂；；2－拉沉卷卷?yè)P(yáng)機(jī)；；3－拉沉索索；4－壓載水水本講要點(diǎn)點(diǎn)理解變形形縫的設(shè)設(shè)置原則則了解防水水措施；；了解沉設(shè)設(shè)方法。。13.4.2水下連接接早期采用用灌筑水水下混凝凝土施工工法；；二十世紀(jì)紀(jì)五十年年代末，，加拿大大的臺(tái)司司隧道采采用水力壓接接法。用水力壓壓接法進(jìn)進(jìn)行水下下連接的的主要工工序是：：對(duì)位——拉合——壓接——拆除端封封墻13.5管段接頭頭管段接頭頭的構(gòu)造造，主要要有剛性性接頭和和柔性接接頭兩種種。13.5.1剛性接頭頭剛性接頭頭系于水水下連接接（不論論采用何何法）完完畢后，，于相鄰鄰兩節(jié)管管段端面面之間，，沿隧道道外壁（（二側(cè)與與頂、底底板）以以一圈鋼鋼筋混凝凝土連接接起來(lái)，，形成一一個(gè)永久性性接頭頭。剛度較較大，，但沉沉降不不勻易易開(kāi)裂裂滲漏漏?！跋热岷蠛髣偂?3.5.2柔性接接頭主要是是利用用水力力壓接接時(shí)所所用的的膠墊，吸收收變溫溫伸縮縮與地地基不不均勻勻沉降降所致致角變變，以以消除除或減減小管管段所所受變變溫或或沉降降應(yīng)力力。13.6沉管基基礎(chǔ)在水底底沉管管隧道道中，，因作作用在在溝槽槽底面面的荷荷載，，不因因設(shè)置置沉管管而有有所增增加，，相反反，卻卻有所所減小小。13.6.2基礎(chǔ)處處理——墊平沉管隧隧道的的基礎(chǔ)礎(chǔ)處理理方法法，大大體上上分為為先鋪法法和后后填法法兩大類類；先鋪法法有刮砂法法，刮刮石法法等；后填法法有灌囊法法，壓壓漿法法，壓壓砂法法等。1)先鋪法法先鋪法法實(shí)際際上是是利用用刮鋪機(jī)機(jī)將鋪墊墊材料料（砂砂或石石）設(shè)設(shè)置成成平整整的墊墊層。。1－方環(huán)環(huán)形浮浮箱；；2－砂石石喂料料管；；3－刮板板；4－砂石石墊層層（0.6-0.9m）；5-錨塊；；6－溝槽槽底面面；7－鋼軌軌；8－移形形鋼梁梁2）后填填法在后填填法中中，安安設(shè)水水底臨時(shí)支支座，，臨時(shí)支支座大大多數(shù)數(shù)為道道渣堆堆上設(shè)設(shè)置鋼鋼筋混混凝土土支承承板，，也可可以采采用短短樁簡(jiǎn)簡(jiǎn)易墩墩。灌砂法法噴砂法法灌囊法法壓漿法法壓砂法法（1）、灌灌砂法法（2）、噴噴砂法法1－預(yù)制制支承承板；；2－噴砂砂臺(tái)架架；3－噴砂砂管；；4－噴入入砂墊墊層（3）灌囊囊法灌囊法法系于于砂、、石墊墊層面面上用用砂漿漿囊袋袋將剩剩余空空隙切切實(shí)墊墊密。。空囊下下沉，，水面面灌注注混合合砂漿漿。防止