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13.3接縫管段處理與防水措施13.4沉管隧道施工過程13.5工程實例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Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀五十年代起普遍應(yīng)用,如今共有100多座沉管隧道。二十世紀50年代解決了兩項關(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）和臺灣。過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)制場制作隧道管段，兩端用臨時封墻密封，制成以后用拖輪拖運到隧址指定位置上。預(yù)先在設(shè)計位置處，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，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、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：在每個斷面內(nèi)可以同時容納2－8個車道，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)計沉管式水底隧道的設(shè)計：包括幾何設(shè)計、通風設(shè)計、照明設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)裝設(shè)計、給排水設(shè)計、供電設(shè)計、運營安全等設(shè)計。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）反力強度和各點沉降量成正比，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）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計算反力。13.2.2浮力力設(shè)設(shè)計計1）干干舷舷管段段在在浮浮運運時時，，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，，與與風風浪浪后后產(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，過過小則穩(wěn)穩(wěn)定性差差，過大大時沉設(shè)設(shè)困難。。浮力設(shè)計計時，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計算干干舷。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)計時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計計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，，必須通過過浮力設(shè)設(shè)計才能能確定;沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)的外廓廓高度，，往往超超過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)過過“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)。。不能只以以一個斷斷面的結(jié)結(jié)構(gòu)分析析來代表表整節(jié)管管段，以以及河中中段全長長的橫斷斷面配筋筋計算，，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，，主要是是計算浮浮運、沉沉設(shè)時，，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行計算算。3）配筋筋沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)的混凝凝土強度度等級，，宜采用用C30-C40。由于沉管管結(jié)構(gòu)對對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不宜宜過高，，不宜采用用III級和III級以上的的鋼筋。。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)厚度度并非強強度決定定，而是由由抗浮安安全系數(shù)數(shù)決定。。當隧道跨跨度較大大，達三三車道以以上，或或者水、、土壓力力又較大大時，采采用預(yù)應(yīng)應(yīng)力。。(a)Almendares(b)Lafontaine1-預(yù)應(yīng)力索索；2－臨時拉拉索；3－防水層層本講要點點沉管運輸輸中干舷舷設(shè)計的的意義。。沉管結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計的的方法和和原則。。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開裂。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、、沉設(shè)時時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、無無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)老化加加速實驗驗亦可斷斷定其安安全年限限超過100年。形式：均由本體體與錨著著部兩部部分組成成;變形縫的的張開度度、本體體部的寬寬度。這這兩個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、鋼鋼材防銹銹問題仍仍未切實實解決;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)保護護層。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造造成“起殼””，無法補救救；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－拉沉卷卷揚機；；3－拉沉索索；4－壓載水水本講要點點理解變形形縫的設(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；；二十世紀紀五十年年代末，，加拿大大的臺司司隧道采采用水力壓接接法。用水力壓壓接法進進行水下下連接的的主要工工序是：：對位——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，，形成一一個永久性性接頭頭。剛度較較大，，但沉沉降不不勻易易開裂裂滲漏漏。“先柔后后剛”13.5.2柔性接接頭主要是是利用用水力力壓接接時所所用的的膠墊，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際際上是是利用用刮鋪機機將鋪墊墊材料料（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)水水底臨時支支座，，臨時支支座大大多數(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簡易墩墩。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墊墊密。?？漳蚁孪鲁?，，水面面灌注注混合合砂漿漿。防止