沉管法施工技術(shù)電子教案

10.沉管法施工(shīgōng)技術(shù)

第一頁，共40頁。

10.1基本原理沉管法：在隧址附近修建的臨時(shí)干塢內(nèi)(或船廠船臺)預(yù)制管段，用臨時(shí)隔墻封閉，然后浮運(yùn)到隧址規(guī)定位置，此時(shí)已于隧址處預(yù)先挖好水底基槽。待管段定位后灌水壓載下沉到設(shè)計(jì)位置，將此管段與相鄰管段水下連接，經(jīng)基礎(chǔ)(jīchǔ)處理并最后回填覆土即成為水底隧道。第二頁，共40頁。在已修筑(xiūzhù)好的干塢內(nèi)預(yù)制管段第三頁，共40頁。第四頁，共40頁。 一般由敞開段、暗埋段、岸邊豎井與沉埋段等組成。 沉埋段兩端通常設(shè)置豎井作為起訖點(diǎn)，豎井起到通風(fēng)、供電、排水和監(jiān)控(jiānkònɡ)等作用。根據(jù)兩岸地形與地質(zhì)條件，也可將沉埋段與暗埋段直接相接而不設(shè)豎井。沉管隧道(suìdào)的組成第五頁，共40頁。整體結(jié)構(gòu)：水下沉管隧道的整體結(jié)構(gòu)是由管段基槽、基礎(chǔ)(jīchǔ)、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。沉管隧道(suìdào)的橫斷面結(jié)構(gòu)覆蓋層管段基礎(chǔ)(jīchǔ)基槽第六頁，共40頁。10.2沉管隧道(suìdào)結(jié)構(gòu)10.2.1沉管隧道(suìdào)結(jié)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方式(fāngshì)：船臺型干圬型第七頁，共40頁。船臺型1）造船廠船臺上預(yù)制鋼殼2）滑行下水，水上懸浮狀態(tài)灌注混凝土3）橫斷面一般為圓形、八角形、花籃形，多為圓形優(yōu)點(diǎn)：1）圓形，彎矩較小；水深大時(shí)，較經(jīng)濟(jì)2）管段底面積小，基礎(chǔ)容易處理3）鋼外殼既是外模，又是防水層，同時(shí)保護(hù)內(nèi)側(cè)混凝土缺點(diǎn)：1）斷面空間不能充分利用；車道數(shù)少2）隧道深度增加，基槽土方量增加3）耗鋼量大，造價(jià)高，焊接質(zhì)量無法保證，沒完沒了(méiwánméiliǎo)的堵漏4）鋼殼防銹問題、防水問題。第八頁，共40頁。第九頁，共40頁。干圬型1）臨時(shí)干圬中制作鋼筋混凝土管段，外涂防水涂料2）圬內(nèi)灌水，管段上??；拖運(yùn)到隧址陳設(shè)3）斷面多為矩形優(yōu)點(diǎn)：1）管段在干船塢內(nèi)制造(zhìzào)，不需鋼殼，節(jié)約鋼材2）斷面大小不受限制缺點(diǎn)：1）必須在合適地點(diǎn)修建干船塢2）需設(shè)置防水層，并加以保護(hù)，以保證防水性3）混凝土工藝要求高，特別是水密性要求4）底面積大，基礎(chǔ)處理麻煩第十頁，共40頁。10.2.2沉管隧道(suìdào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)(shèjì)內(nèi)容主要有：總體幾何設(shè)計(jì)(shèjì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(shèjì)；通風(fēng)設(shè)計(jì)(shèjì)；照明設(shè)計(jì)(shèjì)；內(nèi)裝設(shè)計(jì)(shèjì)；給排水設(shè)計(jì)(shèjì)；供電設(shè)計(jì)(shèjì)；運(yùn)行管理設(shè)施設(shè)計(jì)(shèjì)等。第十一頁，共40頁。（1）橫斷面的設(shè)計(jì)用干船塢制作的鋼筋混凝土管段，從施工的角度看，在應(yīng)力方面是不會有問題的。決定橫斷面時(shí)，就是要注意對浮力(fúlì)的平衡。決定斷面尺寸時(shí)，一般都按采用平面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。一般(yībān)管段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫斷方向的鋼殼斷面，一般決定于混凝土灌注時(shí)的應(yīng)力。隨著混凝土的灌注，吃水深度增加，而水壓增大。設(shè)計(jì)斷面也隨之變化。因此，應(yīng)對每一施工階段(jiēduàn)的混凝土重量和水壓進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，而后按最危險(xiǎn)狀態(tài)，決定鋼殼斷面。第十二頁，共40頁。（2）縱斷面的設(shè)計(jì)施工階段：主要計(jì)算浮運(yùn)、沉設(shè)等階段時(shí)主要由施工荷載引起的彎矩，浮運(yùn)管段越長，所受彎矩越大。使用階段：彈性地基梁理論計(jì)算縱向(zònɡxiànɡ)內(nèi)力鋼殼作為整體梁分析，保證縱向(zònɡxiànɡ)發(fā)生變形而橫截面方向無顯著變形，可利用橫柱和支柱增強(qiáng)截面的剛度（3）預(yù)應(yīng)力混凝土管段設(shè)計(jì)跨度較大(jiàodà)時(shí)，并且土、水壓力較大(jiàodà)時(shí)，采用管段頂、底及隔墻預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，改善管段結(jié)構(gòu)的抗裂性能。第十三頁，共40頁。10.3沉管隧道(suìdào)施工工藝10.3.1沉管法施工前期(qiánqī)調(diào)查工作水力調(diào)查：流速、流向、密度差異、潮汐、水位變化(biànhuà)、海浪和波浪影響、水質(zhì)情況地質(zhì)調(diào)查：地基承載力、水下障礙物、浚挖技術(shù)氣象調(diào)查：風(fēng)、溫度、能見度等地震調(diào)查：斷層位置、地震記錄、土層性質(zhì)或成層狀態(tài)，特別注意液化問題第十四頁，共40頁。10.3.2臨時(shí)干船塢的構(gòu)造(gòuzào)與施工（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，同事(tóngshì)考慮工期因素。小型(xiǎoxíng)干圬：分批制作瑞典Tingstad隧道（5節(jié)管段，長93.5m，80m，寬30m）：干圬3500平米（100×35m）大型干圬：一批制作日本東京港水底隧道（9節(jié)管段，長115m，寬37.4m）：干圬81270平米（645×126m）（2）深度保證管段制作好后能順利浮運(yùn)出塢。第十五頁，共40頁。（3）塢底與邊坡塢底20-30cm無筋混凝土或鋼筋混凝土（鋪砂礫或碎石層）或1-2.5m的黃砂；上覆20-30cm砂礫或碎石一般塢底強(qiáng)度不存在問題邊坡需進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析可采用防滲墻及井點(diǎn)系統(tǒng)(xìtǒng)分批制作時(shí)，需分析干圬排水時(shí)邊坡的穩(wěn)定性第十六頁，共40頁。（4）塢首、塢門一批制作時(shí)：一般(yībān)不采用塢門，僅用土圍堰、鋼板樁圍堰；局部拆除圍堰，將管段拖運(yùn)出塢分批制作時(shí)：雙排鋼板樁圍堰；單排鋼板樁作塢門第十七頁，共40頁。10.3.3管段制作(zhìzuò)（1）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(chuízhí)縫（水密性難以保證）設(shè)置垂直(chuízhí)于隧道軸線方向的變形縫，以防止管段開裂，長短一般為15-20m第十八頁，共40頁。（2）底板地層不均勻沉降可能引起管段裂縫。一般在塢底沙層上鋪設(shè)一塊6mm厚的鋼板，與底板混凝土澆筑在一起(yīqǐ)，既防水，又防止外力對底板的破壞。或者用9-10cm的鋼筋混凝土板代替鋼板，并貼上防水膜。（3）側(cè)墻與頂板側(cè)墻外周可用鋼板（做外模板(múbǎn)和側(cè)防水），應(yīng)確保焊接質(zhì)量。也可用防水膜，并做好防水膜保護(hù)。頂板上通常鋪設(shè)防水膜，澆筑15-20cm厚的鋼筋混凝土保護(hù)層，一直包到側(cè)墻上部，并做成削角，避免被船錨鉤住。第十九頁，共40頁。（4）臨時(shí)隔墻設(shè)置于管段兩端50-100cm處木料、鋼材或鋼筋混凝土制成設(shè)計(jì)時(shí)按最大靜水壓力考慮封端墻上需設(shè)排水閥（下部）、進(jìn)氣閥（上部）、人員出入孔（5）壓載設(shè)備石碴、礦碴或者水，多數(shù)(duōshù)用加載水箱每只管段>4只水箱，均勻布置于四角水箱容量取決于干舷大小、下沉力、基礎(chǔ)壓重等（6）預(yù)應(yīng)力張拉管段預(yù)制完成后，在干船塢內(nèi)全部預(yù)應(yīng)力一次施加完畢。第二十頁，共40頁。10.3.4管段(ɡuǎnduàn)浮運(yùn)管段制作完成后開始向干船塢注水，檢查管段內(nèi)部漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)漏水，立即停止注水并修補(bǔ)。船塢內(nèi)水位(shuǐwèi)接近干舷量時(shí)，向壓載水箱內(nèi)注水，防止管段上浮。完全淹沒后，排出水箱內(nèi)的水，使管段上浮。浮運(yùn)時(shí)干舷量一般取10-15cm左右。調(diào)整完后，打開塢門，拽出管段。一般清晨托運(yùn)至隧址，以便沉設(shè)。提前12h做好水流與氣象條件預(yù)報(bào)工作，并提前2h復(fù)核。一般要求：風(fēng)力小于5-6級，能見度大于1000m，氣溫高于-30C，可進(jìn)行沉設(shè)作業(yè)。第二十一頁，共40頁。寧波甬江沉管隧道(suìdào)管段預(yù)制第二十二頁，共40頁。干塢注水與管段(ɡuǎnduàn)檢漏調(diào)整第二十三頁，共40頁。管段內(nèi)部(nèibù)檢漏第二十四頁，共40頁。10.3.5溝槽(ɡōucáo)浚挖基槽斷面底寬：大于管段寬度4－10cm深度：覆蓋層厚+管段高度+基礎(chǔ)處理所需超挖深度坡度：土層(tǔcénɡ)條件、基槽留置時(shí)間、水流情況等第二十五頁，共40頁。浚挖方式挖泥船選擇吸揚(yáng)式挖泥船生產(chǎn)效率高；成本低；開挖(kāiwā)面平整度好抓揚(yáng)式挖泥船造價(jià)低；浚挖深度大；可開挖(kāiwā)硬土鏈斗式挖泥船生產(chǎn)效率高；成本低；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；占用水面小第二十六頁，共40頁。耙吸式挖泥船絞吸式挖泥船第二十七頁，共40頁。鏈斗式挖泥船抓斗式挖泥船第二十八頁，共40頁。鏟斗式挖泥船第二十九頁，共40頁。10.3.6管段(ɡuǎnduàn)沉放影響因素：管段尺寸、地形(dìxíng)、水流條件、氣象條件、航運(yùn)條件管段下沉全過程一般需要(xūyào)2~4h。下沉作業(yè)分為初步下沉、靠攏下沉與著地下沉3個(gè)步驟。初步下沉 壓載至下沉力達(dá)50％規(guī)定值后校正位置，之后再繼續(xù)壓載至下沉力達(dá)100％規(guī)定值，然后20-50cm/min的速度下沉，直到管段底部離設(shè)計(jì)高程4~5m為止?？繑n下沉 將管段向前節(jié)既設(shè)管段方向平移至距前節(jié)管段2~2.5m處，再將管段下沉到管段底部離設(shè)計(jì)高程0.5m左右，再次校正管段位置。著地下沉

先將管段底降至距設(shè)計(jì)高程10~20cm處，再將管段繼續(xù)前移至距既設(shè)管段20~50cm處，校正位置后即開始著地下沉。下沉速度緩慢，隨時(shí)校正管段位置。第三十頁，共40頁。管段下沉(xiàchén)作業(yè)步驟第三十一頁，共40頁。浮箱分吊法1-沉放管段;2-壓載水箱;3-浮箱;4-定位塔;5-指揮室;6-吊索;7-定位索;8-既設(shè)管段;9-鼻式托座a)就位(jiùwèi)前;b)加載下沉;c)沉放定位浮箱分吊法管段頂板上方用4只浮力1000～1500kN的方型浮箱直接吊起，吊索起吊力作用于各浮箱中心，前后(qiánhòu)每組兩只浮箱用鋼桁架連接，并用4根錨索定位。起吊卷揚(yáng)機(jī)與浮箱定位卷揚(yáng)機(jī)均安放在浮箱頂部，管段本身則另用6根錨索定位，其定位卷揚(yáng)機(jī)則安設(shè)在定位塔頂部。第三十二頁，共40頁。船組(四駁)杠吊法每組船體由兩只鐵駁或兩組浮箱構(gòu)成，將每組鋼梁(杠棒)兩頭擔(dān)在兩只船體上構(gòu)成一個(gè)船組，再將先后兩個(gè)(liǎnɡɡè)船組用鋼桁架梁連接成整體船組(前后兩個(gè)(liǎnɡɡè)船組也可不用鋼桁架梁連接)。船組與管段各用6根錨索定位(均為四邊錨與前后錨)，所有定位卷揚(yáng)機(jī)均安設(shè)在船體上，起吊卷揚(yáng)機(jī)安設(shè)在“杠棒”上，吊索的吊力通過“杠棒”傳到船體上。1-沉管;2-鐵駁;3-船組定位(dìngwèi)索;4-沉管定位(dìngwèi)索;5-杠棒;6-連接梁;7-定位(dìngwèi)塔第三十三頁，共40頁。10.3.7水下(shuǐxià)連接水下混凝土連接法應(yīng)用范圍早期均使用該法，目前只用于最終接頭連接。施工方法水中安放圓弧形堰板，圍成圓形鋼圍堰，往圍堰內(nèi)灌筑水下混凝土，形成管段連接。水力壓接法作用原理 利用作用在管段上的巨大水壓力使安裝在管段前端面周邊上的一圈膠墊發(fā)生壓縮變形，形成一個(gè)(yīɡè)水密性相當(dāng)可靠的管段接頭。第三十四頁，共40頁。水力壓接的步驟(bùzhòu)：1）對位；2）拉合；3）壓接第三十五頁，共40頁。 主要是墊平基槽底部，有刮鋪、噴砂、壓砂法。刮鋪法在管段沉放前采用專用刮鋪船上的刮板在基槽底刮平鋪墊材料(粗砂或碎石或砂礫石)作為管段基礎(chǔ)(jīchǔ)。采用刮鋪法開挖基槽底應(yīng)超挖60~80cm，在槽底兩側(cè)打數(shù)排短樁安設(shè)導(dǎo)軌，以便在刮鋪時(shí)控制高程和坡度。10.3.8基礎(chǔ)(jīchǔ)施工第三十六頁，共40頁。噴砂法從水面上用砂泵將砂、水混合料通過伸入管段底下的噴管向管段底噴注、填滿空隙(kòngxì)。砂墊層厚度1m左右。可沿著軌道縱向移動的臺架外側(cè)掛三根L形鋼管，中間為噴管兩側(cè)為吸管。第三十七頁，共40頁。壓砂法在管段沉放后向管段底面壓注水泥砂漿或砂作為管段基礎(chǔ)(jīchǔ)。根據(jù)壓注材料不同分成壓漿法和壓砂法兩種。壓漿法：開控基槽時(shí)應(yīng)超挖1m左右，然后攤鋪一層厚40~60cm的碎石。兩側(cè)拋堆沙石封閉檻后，通過隧道內(nèi)預(yù)留壓漿孔注入由水泥、膨潤土、黃砂和緩凝劑配成的混合砂漿。壓砂法：與壓漿法相似，但注漿材料為砂水混合物。第三十八頁，共40頁。10.4沉管隧道(suìdào)施工特點(diǎn)（1）隧道深度與其它隧道相比，因能夠設(shè)置在只要不妨礙通航的深度下，故隧道全長可以縮短；（2）隧道管段是預(yù)制的，質(zhì)量好，水密性高；（3）造價(jià)較低。水下挖土與管段制作成本較低，短于盾構(gòu)隧道；（4）工期短，對航運(yùn)干擾小。管段在干塢中呈長段預(yù)制，沉放連接時(shí)間短，對航運(yùn)干擾次數(shù)少、時(shí)間短。沉管隧道的主要工序可平行作業(yè)，各工序間干擾少，可縮短工期。（5）施工條件好。管段預(yù)制、托運(yùn)和沉放等都是陸地或水面完成，水下作業(yè)也很少，也不需要沉箱法和盾構(gòu)法的壓縮空氣作業(yè)，在相當(dāng)水深的條件下，能安全施工；（6）對地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)?；坶_挖淺，開挖和基礎(chǔ)處理措施簡單，沉管受浮力作用對地基負(fù)荷較小