沉管隧道設(shè)計(jì)講義

沉管隧道設(shè)計(jì)

（DesignofImmersedTubeTunnel）內(nèi)容(Content)何為沉管施工法？沉管隧道類型發(fā)展歷史沉管隧道優(yōu)點(diǎn)沉管隧道適應(yīng)條件典型沉管隧道布置設(shè)計(jì)內(nèi)容施工步序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防水設(shè)計(jì)何為沉管施工法？把預(yù)制好的鋼管或混凝土管段，一段段浮運(yùn)并沉放在水中事先開挖好的溝槽中，在水中拼裝連成一體，形成沉管隧道沉管隧道類型分類標(biāo)準(zhǔn)用途斷面形狀材料隧道種類（1）鐵路隧道（2）道路隧道（3）人行隧道（4）水工隧道等（1）圓形（2）八角形（3）矩形等（1）鋼材（2）鋼筋混凝土發(fā)展歷史第一條沉管隧道：美國波士頓的雪莉排水管隧洞于1894年建成，直徑2.6米，長96米，由6節(jié)鋼殼圓管加磚砌的管段連接而成(第一代沉管隧道)第一條沉管鐵路隧道：美國底特律河的鐵路隧道于1910年建成，水下段由10節(jié)長80米的鋼殼圓管管段組成(第一代沉管隧道)第一條沉管道路隧道&第一條鋼筋混凝土沉管隧道：美國加利福尼亞州的奧克蘭與阿拉梅達(dá)之間的波西隧道，于1928年建成,水下段長744米，使用12節(jié)62米長的鋼筋混凝土圓形管段，其外徑為11.3米(第一代沉管隧道)第一條矩形斷面沉管隧道：荷蘭的馬斯河道路隧道于1941年建成，管段用鋼筋混凝土制成矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)4車道并附設(shè)自行車和人行的專用通道，管段斷面為24.8×8.4米,外面用鋼板防水(第二代沉管隧道)50年代以后，由于水下連接技術(shù)的突破──采用水力壓接法，并應(yīng)用橡膠墊圈作止水接頭，沉管法被廣泛采用，并隨之較快地發(fā)展。之后在世界上很多國家與地區(qū)如丹麥、荷蘭、日本、中國香港、中國臺灣等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧道)中國于1993年建成第一條沉管隧道廣州珠江沉埋隧道，之后相繼建成了寧波甬江隧道、常洪隧道、上海外環(huán)隧道等

沉管隧道優(yōu)點(diǎn)采用沉管法施工的水下隧道，比用盾構(gòu)法施工具有較多優(yōu)點(diǎn),主要有：(1)容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預(yù)制，混凝土施工質(zhì)量高，易于做好防水措施；管段較長,接縫很少,漏水概率大為減少(2)工程造價較低。因水下挖土單價比河底下挖土低；管段的整體制作,浮運(yùn)費(fèi)用比制造、運(yùn)送大量的管片低得多;又因接縫少而使隧道每米單價降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價大為降低(3)在隧道現(xiàn)場的施工期短。因預(yù)制管段等大量工作均不在現(xiàn)場進(jìn)行(4)操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業(yè)外，基本上無地下作業(yè)，更不用氣壓作業(yè)(5)斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納4～8車道，而盾構(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設(shè)雙車道(6)容易與周邊道路和立交相連接。因沉管隧道埋深淺，要求更短的進(jìn)（出）口段長度沉管隧道適應(yīng)條件適合于沉管法施工的主要條件：水道河床穩(wěn)定--便于順利開挖溝槽，減少土方量水流不能過急--便于管段浮運(yùn)、定位和沉放

典型沉管隧道布置設(shè)計(jì)內(nèi)容工程總體及線路設(shè)計(jì)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工步序設(shè)計(jì)防水設(shè)計(jì)通風(fēng)設(shè)計(jì)給排水、消防設(shè)計(jì)照明設(shè)計(jì)供電設(shè)計(jì)交通設(shè)施設(shè)計(jì)內(nèi)裝設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)抗災(zāi)、防災(zāi)設(shè)計(jì)施工步序沉管隧道施工大致包括以下八個步驟：第一步：干塢開挖（用于制作預(yù)制管段）第二步：預(yù)制管段制作第三步：干塢進(jìn)水，打開塢門施工步序第四步：沉沉放基槽開開挖及清淤淤第五步：將將預(yù)制管段段浮運(yùn)至基基槽指定位位置第六步：管管段沉放及及接頭安裝裝施工步序第七步：基基礎(chǔ)處理第八步：基基槽回填覆覆蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管隧道結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包包括：(1)管段結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)(2)管段浮力設(shè)設(shè)計(jì)(3)附屬結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)(4)管段基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)管段結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)A)包括設(shè)計(jì)結(jié)結(jié)構(gòu)橫斷面面、端鋼殼殼、管段接接頭等B)荷載：結(jié)構(gòu)構(gòu)自重、設(shè)設(shè)備荷載、、土壓力、、水壓力、、基礎(chǔ)抗力力、混凝土土收縮、地地基沉降、、車輛荷載載、溫度荷荷載、施工工荷載、爆爆炸荷載、、沉船荷載載、地震力力等。C)計(jì)算模型：：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)D)荷載組合管段橫向靜靜力計(jì)算工工況工況號工況描述荷載1施工階段管段預(yù)制階段自重、施工荷載2管段浮運(yùn)階段自重、施工荷載、水壓力3管段沉放階段自重、施工荷載、水壓力、基礎(chǔ)抗力4運(yùn)營階段考慮永久荷載自重、設(shè)備荷載、水土壓力、基礎(chǔ)抗力、混凝土收縮5考慮車輛荷載工況4荷載+車輛荷載（細(xì)分：考慮中孔滿載、邊孔滿載和全部滿載情況）6考慮溫度荷載工況4荷載+溫度荷載（溫升與溫降）7考慮車輛與溫度荷載工況5荷載+溫度荷載（溫升與溫降）8特殊工況考慮爆炸荷載工況5荷載或工況6荷載+爆炸荷載9考慮沉船荷載工況5荷載或工況6荷載+沉船荷載10考慮地震荷載工況4荷載+地震荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管段縱向靜靜力計(jì)算工工況工況號工況描述荷載1施工階段管段浮運(yùn)階段自重、施工荷載、水壓力2管段臨時支撐階段自重（含壓重）、施工荷載、水壓力、支撐力3運(yùn)營階段考慮永久荷載自重、設(shè)備荷載、水土壓力、基礎(chǔ)抗力、混凝土收縮4考慮車輛荷載工況3荷載+車輛荷載5考慮地基不均勻自重、設(shè)備荷載、水土壓力、混凝土收縮、不均勻基礎(chǔ)抗力6考慮沉船荷載工況4荷載+沉船荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2)管段浮力設(shè)設(shè)計(jì)浮運(yùn)階段管管段干舷高高度設(shè)計(jì)為保持穩(wěn)定定，管段在在?。ㄍ希┻\(yùn)階段必必須露頂，，設(shè)計(jì)干舷舷高度一般般為10~15cm計(jì)算干舷高高度時，需需考慮制作作誤差、結(jié)結(jié)構(gòu)含鋼量量、水密度度等的影響響沉放后管段段抗浮設(shè)計(jì)計(jì)工況一：未未回填覆蓋蓋時管段的的抗浮安全全系數(shù)工況二：考考慮回填覆覆蓋時管段段的抗浮安安全系數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(3)附屬結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)端端封門、壓壓艙水箱、、剪切鍵、、鼻托、臨臨時支撐、、管頂設(shè)施施等。端封門：密密封管段的的臨時性結(jié)結(jié)構(gòu)，由鋼鋼梁、混凝凝土板和預(yù)預(yù)埋枕梁構(gòu)構(gòu)成，整扇扇封門按梁梁板體系設(shè)設(shè)計(jì)（簡支支梁+等跨連續(xù)板板），考慮慮水壓力及及因四點(diǎn)支支撐和管段段對接時應(yīng)應(yīng)力集中的的影響壓艙水箱：：在管段起起浮、拖運(yùn)運(yùn)、沉放階階段調(diào)整管管段平衡和和提供必要要的負(fù)浮力力。水箱容容量（或個個數(shù)）須滿滿足沉放就就位后管段段抗浮安全全系數(shù)大于于規(guī)定值（（如1.04)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剪切鍵與鼻鼻托：包括括垂直剪切切鍵與水平平剪切鍵。。根據(jù)管段段不均勻沉沉降時產(chǎn)生生的垂直剪剪切力設(shè)計(jì)計(jì)垂直剪切切鍵，根據(jù)據(jù)由地震所所引起的水水平剪切力力設(shè)計(jì)水平平剪切鍵。。水平剪切切鍵在拆除除壓艙水箱箱之后安裝裝，上垂直直剪切鍵（（鼻托）在在管段預(yù)制制時制作，，下垂直剪剪切鍵須待待管段沉放放對接之后后方可施工工臨時支撐：：管段沉放放時，一段段支撐在鼻鼻托上，另另一段用千千斤頂支撐撐于臨時支支撐（鋼管管樁、墊塊塊等）。臨臨時支撐須須提供滿足足設(shè)計(jì)要求求的承載力力和負(fù)浮力力管頂設(shè)施：：包括吊點(diǎn)點(diǎn)、人孔、、定位塔、、拉合裝置置等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(4)管段基礎(chǔ)處處理目的：使管管段溝槽底底面平整由于浮力的的存在，沉沉管隧道對對基礎(chǔ)承載載力要求不不高，但由由于開挖后后的基槽非非常不平整整，如不處處理，會產(chǎn)產(chǎn)生導(dǎo)致結(jié)結(jié)構(gòu)破壞的的不均勻沉沉降處理方法：：灌砂法、、噴砂法等等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：：灌砂基礎(chǔ)礎(chǔ)壓縮量和和抗壓強(qiáng)度度防水設(shè)計(jì)包括管段結(jié)結(jié)構(gòu)自身防防水與管段段接頭密封封防水，本本培訓(xùn)僅簡簡單介紹管管段接頭密密封防水雙止水帶防防水：GINA和OMEGA為何采用雙雙止水帶？？防水雙重保保障，無需需擔(dān)心滲漏漏水GINA止水帶與鋼鋼端殼結(jié)合合不緊密（（地震或基基礎(chǔ)不均勻勻沉降造成成）時，OMEGA承擔(dān)防水任任務(wù)可拆卸、修修復(fù)、更換換OMEGA止水帶防水設(shè)計(jì)施工順序及及作用機(jī)理理GINA止水帶固定定方式：卡卡箍式管段連接方方法：水力力壓接法→用拉合千斤頂頂將剛沉放