沉管法施工技術

沉管法施工技術

1基本原理沉管法：在隧址附近修建的臨時干塢內(或船廠船臺)預制管段，用臨時隔墻封閉，然后浮運到隧址規(guī)定位置，此時已于隧址處預先挖好水底基槽。待管段定位后灌水壓載下沉到設計位置，將此管段與相鄰管段水下連接，經基礎處理并最后回填覆土即成為水底隧道。在已修筑好的干塢內預制管段 一般由敞開段、暗埋段、岸邊豎井與沉埋段等組成。

沉埋段兩端通常設置豎井作為起訖點，豎井起到通風、供電、排水和監(jiān)控等作用。根據(jù)兩岸地形與地質條件，也可將沉埋段與暗埋段直接相接而不設豎井。沉管隧道的組成整體結構：水下沉管隧道的整體結構是由管段基槽、基礎、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。沉管隧道的橫斷面結構覆蓋層管段基礎基槽2沉管隧道結構2.1沉管隧道結構分類按斷面形狀：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：船臺型干圬型船臺型1）造船廠船臺上預制鋼殼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：1）圓形，彎矩較??；水深大時，較經濟2）管段底面積小，基礎容易處理3）鋼外殼既是外模，又是防水層，同時保護內側混凝土缺點：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，造價高，焊接質量無法保證，沒完沒了的堵漏4）鋼殼防銹問題、防水問題。干圬型1）臨時干圬中制作鋼筋混凝土管段，外涂防水涂料2）圬內灌水，管段上?。煌线\到隧址陳設3）斷面多為矩形優(yōu)點：1）管段在干船塢內制造，不需鋼殼，節(jié)約鋼材2）斷面大小不受限制缺點：1）必須在合適地點修建干船塢2）需設置防水層，并加以保護，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，基礎處理麻煩2.2沉管隧道結構設計要點設計內容主要有：總體幾何設計；結構設計；通風設計；照明設計；內裝設計；給排水設計；供電設計；運行管理設施設計等。（1）橫斷面的設計用干船塢制作的鋼筋混凝土管段，從施工的角度看，在應力方面是不會有問題的。決定橫斷面時，就是要注意對浮力的平衡。決定斷面尺寸時，一般都按采用平面框架結構進行應力計算。一般管段結構設計橫斷方向的鋼殼斷面，一般決定于混凝土灌注時的應力。隨著混凝土的灌注，吃水深度增加，而水壓增大。設計斷面也隨之變化。因此，應對每一施工階段的混凝土重量和水壓進行應力計算，而后按最危險狀態(tài)，決定鋼殼斷面。（2）縱斷面的設計施工階段：主要計算浮運、沉設等階段時主要由施工荷載引起的彎矩，浮運管段越長，所受彎矩越大。使用階段：彈性地基梁理論計算縱向內力鋼殼作為整體梁分析，保證縱向發(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截面的剛度（3）預應力混凝土管段設計跨度較大時，并且土、水壓力較大時，采用管段頂、底及隔墻預應力設計，改善管段結構的抗裂性能。3沉管隧道施工工藝3.1沉管法施工前期調查工作水力調查：流速、流向、密度差異、潮汐、水位變化、海浪和波浪影響、水質情況地質調查：地基承載力、水下障礙物、浚挖技術氣象調查：風、溫度、能見度等地震調查：斷層位置、地震記錄、土層性質或成層狀態(tài)，特別注意液化問題3.2臨時干船塢的構造與施工（1）規(guī)模取決于管段節(jié)數(shù)、管段寬度與長度、管段預制批量，同事考慮工期因素。小型干圬：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出塢。（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度不存在問題邊坡需進行邊坡穩(wěn)定性分析可采用防滲墻及井點系統(tǒng)分批制作時，需分析干圬排水時邊坡的穩(wěn)定性（4）塢首、塢門一批制作時：一般不采用塢門，僅用土圍堰、鋼板樁圍堰；局部拆除圍堰，將管段拖運出塢分批制作時：雙排鋼板樁圍堰；單排鋼板樁作塢門3.3管段制作（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：垂直縫（水密性難以保證）設置垂直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（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一塊6mm厚的鋼板，與底板混凝土澆筑在一起，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）側墻與頂板側墻外周可用鋼板（做外模板和側防水），應確保焊接質量。也可用防水膜，并做好防水膜保護。頂板上通常鋪設防水膜，澆筑15-20cm厚的鋼筋混凝土保護層，一直包到側墻上部，并做成削角，避免被船錨鉤住。（4）臨時隔墻設置于管段兩端50-100cm處木料、鋼材或鋼筋混凝土制成設計時按最大靜水壓力考慮封端墻上需設排水閥（下部）、進氣閥（上部）、人員出入孔（5）壓載設備石碴、礦碴或者水，多數(shù)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、基礎壓重等（6）預應力張拉管段預制完成后，在干船塢內全部預應力一次施加完畢。3.4管段浮運管段制作完成后開始向干船塢注水，檢查管段內部漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)漏水，立即停止注水并修補。船塢內水位接近干舷量時，向壓載水箱內注水，防止管段上浮。完全淹沒后，排出水箱內的水，使管段上浮。浮運時干舷量一般取10-15cm左右。調整完后，打開塢門，拽出管段。一般清晨托運至隧址，以便沉設。提前12h做好水流與氣象條件預報工作，并提前2h復核。一般要求：風力小于5-6級，能見度大于1000m，氣溫高于-30C，可進行沉設作業(yè)。寧波甬江沉管隧道管段預制干塢注水與管段檢漏調整管段內部檢漏3.5溝槽浚挖基槽斷面底寬：大于管段寬度4－10cm深度：覆蓋層厚+管段高度+基礎處理所需超挖深度坡度：土層條件、基槽留置時間、水流情況等浚挖方式挖泥船選擇吸揚式挖泥船生產效率高；成本低；開挖面平整度好抓揚式挖泥船造價低；浚挖深度大；可開挖硬土鏈斗式挖泥船生產效率高；成本低；能浚挖硬土；平整度好；占用水面大鏟揚式挖泥船浚挖費用高；占用水面小耙吸式挖泥船絞吸式挖泥船鏈斗式挖泥船抓斗式挖泥船鏟斗式挖泥船3.6管段沉放影響因素：管段尺寸、地形、水流條件、氣象條件、航運條件管段下沉全過程一般需要2~4h。下沉作業(yè)分為初步下沉、靠攏下沉與著地下沉3個步驟。初步下沉 壓載至下沉力達50％規(guī)定值后校正位置，之后再繼續(xù)壓載至下沉力達100％規(guī)定值，然后20-50cm/min的速度下沉，直到管段底部離設計高程4~5m為止?？繑n下沉 將管段向前節(jié)既設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計高程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計高程10~20cm處，再將管段繼續(xù)前移至距既設管段20~50cm處，校正位置后即開始著地下沉。下沉速度緩慢，隨時校正管段位置。3.7水下連接水下混凝土連接法應用范圍

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，形成一個水密性相當可靠的管段接頭。

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。采用刮鋪法開挖基槽底應超挖60~80cm，在槽底兩側打數(shù)排短樁安設導軌，以便在刮鋪時控制高程和坡度。3.8基礎施工4沉管隧道施工特點（1）隧道深度與其它隧道相比，因能夠設置在只要不妨礙通航的深度下，故隧道全長可以縮短；（2）隧道管段是預制的，質量好，水密性高；（3）造價較低。水下挖土與管段制作成本較低，短于盾構隧道；（4）工期短，對航運干擾小。管段在干塢中呈長段預制，沉放連接時間短，對航運干擾次數(shù)少、時間短。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。管段預制、托運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法的壓縮空氣作業(yè)，在相當水深的條件下，能安全施工；（6）對地質條件的適應性強?；坶_挖淺，開挖和基礎處理措施簡單，沉管受浮力作用對地基負荷較小；（7）適用水深范圍較大。預制后浮運沉放，簡化了水中作業(yè)，最大深度可達