《地下結構工程施工技術》第九章沉管結構培訓

地下結構工程第09章9沉管結構9.1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年代解決了兩項關鍵技術——水力壓接法和基礎處理，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制管段沉放法；先在隧址以外的預制場制作隧道管段，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。預先在設計位置處，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9.2沉管結構設計沉管式水底隧道的設計：包括幾何設計、通風設計、照明設計、結構設計、內(nèi)裝設計、給排水設計、供電設計、運營安全等設計。9.2.1沉管結構所受的荷載結構自重、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、溫度應力、不均勻沉降所產(chǎn)生的附加應力、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。9.2.2浮力設計1）干舷管段在浮運時，為了保持穩(wěn)定，必須使管頂面露出水面，其露出高度稱為干舷。具有一定干舷的管段，與風浪后產(chǎn)生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應適中，過小則穩(wěn)定性差，過大時沉設困難。浮力設計時，按照最大混凝土容重、最大混凝土體積和最小河水的比重來計算干舷。2）抗浮安全系數(shù)在管段沉設施工階段，應采用1.05～1.1的抗浮安全系數(shù)。管段沉設完畢后，務必大于1.05，防止“復浮”。設計時需要按照最小混凝土容重、最小混凝土體積和最大河水的比重來計算抗浮安全系數(shù)。3）沉管結構的外廓尺寸沉管結構的外廓尺寸，必須通過浮力設計才能確定;沉管結構的外廓高度，往往超過車道凈空高度與頂?shù)装搴穸戎汀?.2.3結構分析與配筋1）.斷面結構分析其結構內(nèi)力分析須經(jīng)過“假定截面尺寸——分析內(nèi)力——修正尺度——復算內(nèi)力”的幾次循環(huán)。避免采用剪力鋼筋,常采用變截面或折拱形結構。不能只以一個斷面的結構分析來代表整節(jié)管段，以及河中段全長的橫斷面配筋計算，所以目前一般采用電算分析。沉管折拱形結構2）縱向結構分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計算浮運、沉設時，施工荷載、波浪力所引起的內(nèi)力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按照彈性地基梁理論進行計算。3）配筋

沉管結構的混凝土強度等級，宜采用C30-C40。由于沉管結構對貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用鋼筋等級不宜過高，不宜采用III級和III級以上的鋼筋。4）預應力的應用一般情況下，沉管隧道采用普通混凝土結構而不用預應力混凝土結構。因沉管的結構厚度并非強度決定，而是由抗浮安全系數(shù)決定。當隧道跨度較大，達三車道以上，或者水、土壓力又較大時，采用預應力。(a)Almendares(b)Lafontaine1-預應力索；2－臨時拉索；3－防水層本講三要點沉管三運輸三中干三舷設三計的三意義三。沉管三結構三設計三的方三法和三原則三。9.三3三接縫三管段三處理三與防三水措三施9.三3.三1變?nèi)慰p三的布三置與三構造沉管三結構一般三都是三二次三澆筑三，三常易三發(fā)生三收縮三裂縫三。三不均三勻沉三降等三影響三也易三致管三段開三裂三。變形三縫每節(jié)三管段三分割三成若三干節(jié)三段，三一般三為1三5～三20三m左三右三。變形三縫須三滿足1.三能適三應一三定幅三度的三線變?nèi)闻c三角變?nèi)巍?.三在浮三運、三沉設三時能三傳遞三縱向三彎矩三。（1三）外三排縱三向鋼三筋全三部切三斷。三而內(nèi)三排縱三向鋼三筋則三暫時三不予三切斷三，待三沉設三完畢三后再三將跨三越變?nèi)慰p三之內(nèi)三排縱三向鋼三筋，三全部三切斷三。（2三）浮三運之三前安三設臨三時的三縱向三預應三力索三（筋三），三待沉三設完三畢后三再行三撤去3.三在任三何情三況下三能傳三遞剪三力，如圖4三.變?nèi)吻叭缶芊廊?，臺階三形變?nèi)慰p回幻三片241－沉三管外三側；2－沉三管內(nèi)三側；3－卷三材防三水層三；4－鋼三邊橡三膠止三水帶三；5－瀝三青防三水；6－瀝三青填三料；7－鋼三筋混三凝土三保護三層9.三3.三2止三水縫三帶普遍三的是三橡膠三止水三帶和三鋼邊三橡膠三止水三帶。1)三橡膠三止水三帶橡膠三止水三帶可三用天然三橡膠（含三膠率三）7三0％三）制三成。三亦可三用合成三橡膠（如三氯丁三橡膠三等）三制成三。橡膠三止水三帶的三壽命潮濕三、無三日照三及溫三度較三低三等環(huán)三境理三想。地下三工程三中的三橡膠三止水三帶的三耐用三壽命三應在三六十三年以三上。經(jīng)老三化加三速實三驗亦三可斷三定其三安全三年限三超過三10三0年三。形式三：均由三本體三與錨三著部三兩部三分組三成;變形三縫的三張開三度、三本體三部的三寬度三。這三兩個三因素三共同三決定三著止三水帶三所受三拉力三。2)三鋼邊三橡膠三止水三帶鋼邊三橡膠三止水三帶，三系于三橡膠三止水三帶兩三側錨三著部三中加三鑲一三段薄三鋼板三，其三厚度三僅0三.7三mm三左右三，初三于荷三蘭的三凡爾三遜（三Ve三ls三en三,1三95三7）三。9.三3.三3管三段外三壁的三防水三措施沉管三外防三水和三沉管三自防三水兩三類;外防三水包三括了鋼殼三，鋼三板防三水，三卷材三防水三，涂三料防三水等不三同方三法；自防三水主三要是三采用三防水三混凝三土。9.三3.三4鋼三殼與三鋼板三防水在沉三管的三三面三（底三和二三側）三甚至三四面三（包三括頂三面）三用鋼板三包覆的防三水三;耗鋼三量大三、焊三縫防三水可三靠性三不高三、鋼三材防三銹問三題仍三未切三實解三決;9.三3.三5卷三材防三水用膠三料粘三結多三層瀝三青類三卷材三或合三成橡三膠類三卷材三而成三的粘貼三式（三亦稱三外貼三式）防三水層三。均用三澆油三攤鋪三法粘三貼三;卷材三粘貼三完畢三后，三須在三外邊三加設三保護三層。到幻三片69.三3.三6涂三料防三水施工三工藝三較繁三，施三工操三作工三程中三會造三成“起三殼”三，無法三補救三；抗拉三伸能三力較三差。9.三4管三段沉三設與三水下三連接1)三分吊三法2～三4艘三起重三船或三浮箱浮筒三吊沉三法浮箱三吊沉三法2）三扛吊三法最主三要的三大型三工具三就是三四艘三小型三方駁三；3）三騎吊三法三S三EP4）三拉沉三法1－三拉合三千斤三頂；三2－三拉沉三卷揚三機；三3－三拉沉三索；三4－三壓載三水本講三要點理解三變形三縫的三設置三原則了解三防水三措施三；了解三沉設三方法三。9.三4.三2水三下連三接早期三采用三灌筑三水下三混凝三土施三工法三；二十三世紀三五十三年代三末，三加拿三大的三臺司三隧道三采用水力三壓接三法。用水三力壓三接法三進行三水下三連接三的主三要工三序是三：對位三——三拉合三——三壓接三——三拆除三端封三墻9.三5三管段三接頭管段三接頭三的構三造，三主要三有剛三性接三頭和三柔性三接頭三兩種三。9.三5.三1剛三性接三頭剛性三接頭三系于三水下三連接三（不三論采三用何三法）三完畢三后，三于相三鄰兩三節(jié)管三段端三面之三間，三沿隧三道外三壁（三二側三與頂三、底三板）三以一三圈鋼三筋混三凝土三連接三起來三，形三成一三個永久三性接三頭。剛度三較大三，但三沉降三不勻三易開三裂滲三漏。“先三柔后三剛”9.三5.三2柔三性接三頭主要三是利三用水三力壓三接時三所用三的膠墊，吸三收變?nèi)郎厣烊s與三地基三不均三勻沉三降所三致角三變，三以消三除或三減小三管段三所受三變溫三或沉三降應三力。9.三6三沉管三基礎在水三底沉三管隧三道中三，因三作用三在溝三槽底三面的三荷載三，不三因設三置沉三管而三有所三增加三，相三反，三卻有三所減三小。9.三6.三2基三礎處三理—三—墊三平沉管三隧道三的基三礎處三理方三法，三大體三上分三為先鋪三法和三后填三法兩大三類；先鋪三法有刮砂三法，三刮石三法等；后填三法有灌囊三法，三壓漿三法，三壓砂三法等。1)三先鋪三法先鋪三法實三際上三是利三用刮鋪三機將鋪三墊材三料（三砂或三石）三設置三成平三整的三墊層三。1－方三環(huán)形三浮箱三；2－砂三石喂三料管三；3－刮三板；4－砂三石墊三層（）；5-錨塊三；6－溝三槽底三面；7－鋼三軌；8－移三形鋼三梁2）三后填三法在后三填法三中，三安設三水底臨時三支座三，臨時三支座三大多三數(shù)為三道渣三堆上三設置三鋼筋三混凝三土支三承板三，也三可以三采用三短樁三簡易三墩。灌砂三法噴砂三法灌囊三法壓漿三法壓砂三法（1三）、三灌砂三法（三2）三、噴三砂法1－預三制支三承板三；2－噴三砂臺三架；3－噴三砂管三；4－噴三入砂三墊層（3三）、三灌囊三法灌囊三法系三于砂三、石三墊層三面上三用砂三漿囊三袋將三剩余三空隙三切實三墊密三?？漳胰鲁寥婀嗳⒒烊仙叭凉{。防止三頂管三，需三嚴密三觀測三。（4三）壓三漿法三壓三砂法隧道三內(nèi)部三用通三常的三壓漿三設備三，經(jīng)三預埋三在管三段底三板上三帶單向三閥的三壓漿三孔，三向管三底空三隙壓三注混三合砂三漿。9.三6.三3軟三弱土三層上三的沉三管基三礎一般三的解三決辦三法有三：（1三）以三粗砂三置換三軟弱三土層三；（2三）打三砂樁三，并三加荷三預壓三；（3三）減三輕沉三管重三量