沉管隧道施工課件

第13章沉管結(jié)構(gòu)13.1概述13.2沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.3接縫管段處理與防水措施13.4沉管隧道施工過(guò)程13.5工程實(shí)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(guó)Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀(jì)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(jì)50年代解決了兩項(xiàng)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(guó)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(tái)灣。過(guò)程沉管法亦曾稱(chēng)作預(yù)制管段沉放法；先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)制作隧道管段，兩端用臨時(shí)封墻密封，制成以后用拖輪拖運(yùn)到隧址指定位置上。預(yù)先在設(shè)計(jì)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(lái)，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(lèi)，其設(shè)計(jì)、施工及所用材料有所不同。（1）圓形沉管隧道：這類(lèi)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(gè)斷面內(nèi)可以同時(shí)容納2－8個(gè)車(chē)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(jì)沉管式水底隧道的設(shè)計(jì)：包括幾何設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)裝設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)安全等設(shè)計(jì)。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(chē)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(qiáng)度和各點(diǎn)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(wú)限彈性體，按彈性理論計(jì)算反力。浮力設(shè)計(jì)1）干舷管段在浮運(yùn)時(shí)，為了保持穩(wěn)定，必須使管頂面露出水面，其露出高度稱(chēng)為干舷。具有一定干舷的管段，與風(fēng)浪后產(chǎn)生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應(yīng)適中，過(guò)小則穩(wěn)定性差，過(guò)大時(shí)沉設(shè)困難。浮力設(shè)計(jì)時(shí)，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(lái)計(jì)算干舷。2）抗浮安全系數(shù)在管段沉設(shè)施工階段，應(yīng)采用1.05～1.1的抗浮安全系數(shù)。管段沉設(shè)完畢后，務(wù)必大于1.05，防止“復(fù)浮”。設(shè)計(jì)時(shí)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(lái)計(jì)算抗浮安全系數(shù)。3）沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸，必須通過(guò)浮力設(shè)計(jì)才能確定;沉管結(jié)構(gòu)的外廓高度，往往超過(guò)車(chē)道凈空高度與頂?shù)装搴穸戎?。結(jié)構(gòu)分析與配筋1）.斷面結(jié)構(gòu)分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析須經(jīng)過(guò)“假定截面尺寸——分析內(nèi)力——修正尺度——復(fù)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(jié)構(gòu)。不能只以一個(gè)斷面的結(jié)構(gòu)分析來(lái)代表整節(jié)管段，以及河中段全長(zhǎng)的橫斷面配筋計(jì)算，所以目前一般采用電算分析。沉管折拱形結(jié)構(gòu)2）縱向結(jié)構(gòu)分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計(jì)算浮運(yùn)、沉設(shè)時(shí)，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(jìn)行計(jì)算。3）配筋沉管結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，宜采用C30-C40。由于沉管結(jié)構(gòu)對(duì)貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在以下，因此采用鋼筋等級(jí)不宜過(guò)高，不宜采用III級(jí)和III級(jí)以上的鋼筋。4）預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用一般情況下，沉管隧道采用普通混凝土結(jié)構(gòu)而不用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。因沉管的結(jié)構(gòu)厚度并非強(qiáng)度決定，而是由抗浮安全系數(shù)決定。當(dāng)隧道跨度較大，達(dá)三車(chē)道以上，或者水、土壓力又較大時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力。(a)Almendares(b)Lafontaine1-預(yù)應(yīng)力索；2－臨時(shí)拉索；3－防水層本講要里點(diǎn)沉管轎運(yùn)輸灶中干顯舷設(shè)股計(jì)的幸意義脊。沉管結(jié)陰構(gòu)設(shè)計(jì)左的方法礦和原則環(huán)。13搬.3接縫甲管段桶處理蛛與防逆水措貸施變形施縫的糞布置凳與構(gòu)匹造沉管山結(jié)構(gòu)一般都齡是二次煉澆筑松，常易汽發(fā)生收莫縮裂縫涉。不弱均勻沉煎降等影裳響也易快致管段渣開(kāi)裂。變形縫每節(jié)管儉段分割督成若干館節(jié)段，巾一般為15～20m左右。變形令縫須債滿足1.能適烘應(yīng)一感定幅險(xiǎn)度的輛線變砍形與乎角變侄形。2.在浮頸運(yùn)、荒沉設(shè)肚時(shí)能鋪傳遞忙縱向材彎矩蝕。外排列縱向鬧鋼筋券全部境切斷色。而驗(yàn)內(nèi)排育縱向骨鋼筋作則暫撲時(shí)不恐予切邀斷，臨待沉悟設(shè)完脈畢后順再將蜜跨越節(jié)變形悶縫之爹內(nèi)排滅縱向稠鋼筋身，全劍部切珍斷。3.在任何辛情況下趁能傳遞悠剪力變形換前后證均能朽防水恩，臺(tái)階形柿變形縫回幻片131－沉釘管外愧側(cè)；2－沉陰管內(nèi)葛側(cè)；3－卷襲材防頃水層艇；4－鋼闖邊橡暖膠止廳水帶鑰；5－瀝青襪防水；6－瀝青宿填料；7－鋼稀筋混過(guò)凝土鐵保護(hù)冒層止水踏縫帶普遍的糾是橡膠卷止水帶襲和鋼邊遲橡膠止憑水帶。1)橡膠計(jì)止水紐奉帶橡膠止嫁水帶可近用天然橡評(píng)膠（含膠哭率）70％）刺制成臉。亦薦可用合成橡沫膠（如懼氯丁嚷橡膠往等）春制成翼。橡膠訴止水蹈帶的太壽命潮濕鼠、無(wú)畏日照望及溫福度較章低榨等環(huán)匯境理脊想。地下加工程本中的代橡膠幟止水徒帶的賤耐用件壽命露應(yīng)在場(chǎng)六十銷(xiāo)年以貸上。經(jīng)老化詠加速實(shí)連驗(yàn)亦可構(gòu)斷定其艦安全年隙限超過(guò)100年。形式：均由本旦體與錨次著部?jī)煽ú糠纸M賓成;變形果縫的削張開(kāi)甲度、鳳本體仆部的零寬度變。這街兩個(gè)跑因素正共同摩決定乳著止兆水帶絨所受洪拉力巨。2)鋼邊柄橡膠頁(yè)止水看帶鋼邊暮橡膠煙止水光帶，練系于桿橡膠藍(lán)止水以帶兩癢側(cè)錨舞著部某中加雄鑲一比段薄貝鋼板桶，其時(shí)厚度是僅0.李7m殲m左右，巾初于荷卷蘭的凡荷爾遜（Vel喬sen睡,19染57）。管段廊外壁司的防獨(dú)水措掘施沉管性外防射水和張沉管粥自防粱水兩且類(lèi);外防聞水包殿括了鋼殼諷，鋼仍板防熱水，糞卷材互防水緩，涂破料防浪水等不同架方法；自防縣水主軍要是伐采用榆防水鼻混凝昆土。鋼殼配與鋼斗板防席水在沉管薯的三面漢（底和遲二側(cè)）最甚至四述面（包骨括頂面蚊）用鋼板海包覆的防水;耗鋼量螺大、焊鋒縫防水手可靠性擺不高、賺鋼材防濾銹問(wèn)題波仍未切老實(shí)解決;卷材志防水用膠料證粘結(jié)多迅層瀝青趕類(lèi)卷材甩或合成磚橡膠類(lèi)碼卷材而擾成的粘貼式荒（亦稱(chēng)攀外貼式）防迫水層僻。均用哄澆油稀攤鋪極法粘片貼;卷材粘變貼完畢猛后，須欣在外邊蔥加設(shè)保巖護(hù)層。到幻籠片6涂料石防水施工論工藝餡較繁覆，施卻工操殖作工難程中悼會(huì)造頭成“起殼?！?，無(wú)法諒補(bǔ)救州；抗拉伸結(jié)能力較纏差。13諷.4管段我沉設(shè)經(jīng)與水扛下連腹接1)分吊孩法2～4艘起重申船或浮傾箱浮筒防吊沉授法浮箱吊纏沉法2）扛吊呆法最主較要的奪大型甩工具熱就是疏四艘越小型顧方駁賀；3）騎筋吊法SE船P4）拉沉挖法1－拉合朗千斤頂精；2－拉初沉卷橋揚(yáng)機(jī)叨；3－拉沉哲索；4－壓賠載水本講要吵點(diǎn)理解杯變形突縫的膚設(shè)置久原則了解防魄水措施世；了解戒沉設(shè)悲方法后。水下端連接早期采網(wǎng)用灌筑豬水下混停凝土施芽工法葡；二十妖世紀(jì)坦五十木年代載末，賢加拿畫(huà)大的商臺(tái)司勁隧道袖采用水力壓績(jī)接法。用水簽力壓仇接法油進(jìn)行鐵水下傭連接年的主白要工紅序是軌：對(duì)位——拉合——壓接——拆除篩端封潮墻13裁.5管段陷接頭管段緞接頭倦的構(gòu)睡造，蝴主要遼有剛谷性接饑頭和皺柔性持接頭究?jī)煞N悟。剛性妨接頭剛性接淡頭系于葡水下連已接（不密論采用別何法）汗完畢后梨，于相影鄰兩節(jié)淡管段端伯面之間約，沿隧丸道外壁管（二側(cè)港與頂、括底板）敘以一圈郵鋼筋混目凝土連脫接起來(lái)秤，形成熄一個(gè)永久性備接頭。剛度翻較大豈，但寸沉降易不勻挪易開(kāi)統(tǒng)裂滲斤漏。“先柔后職剛”柔性接就頭主要黑是利懶用水色力壓粒接時(shí)穿所用鋤的膠墊，吸蹤蝶收變糕溫伸先縮與毫地基譽(yù)不均笨勻沉動(dòng)降所鐵致角幟變，鍬以消孔除或畝減小裝管段塊所受盡變溫貌或沉辮降應(yīng)理力。13.宇6沉管基割礎(chǔ)在水鹽底沉呼管隧違道中刃，因蹦作用防在溝虧槽底棗面的次荷載聯(lián)，不廣因設(shè)乓置沉雷管而漁有所叢增加分，相應(yīng)反，噴卻有生所減氣小。基礎(chǔ)脈處理——墊平沉管堂隧道永的基稻礎(chǔ)處定理方勞法，喝大體租上分抗為先鋪蟲(chóng)法和招后填筆法兩大豈類(lèi)；先鋪慮法有刮砂樓法，它刮石加法等；后填法筍有灌囊脫法，薯壓漿靈法，退壓砂鋤法等。1)先鋪票法先鋪蹄法實(shí)套際上類(lèi)是利紗用刮鋪狹機(jī)將鋪命墊材折料（籃砂或缺石）掏設(shè)置滿成平掉整的筋墊層什。1－方唉環(huán)形寬浮箱檔；2－砂石漆喂料管顧；3－刮板增；4－砂石安墊層（遮）；5-錨塊；6－溝槽峰底面；7－鋼權(quán)軌；8－移籮形鋼兵梁2）后填斷法在后填嘗法中，屈安設(shè)水歸底臨時(shí)支較座，臨時(shí)航支座確大多掀數(shù)為喝道渣漢堆上棚設(shè)置癢鋼筋病混凝胡土支答承板撤，也脹可以孫采用娘短樁配簡(jiǎn)易廉墩。灌砂妄法噴砂仔法灌囊法壓漿法壓砂法（1）、漠灌砂燥法（2）、噴擔(dān)砂法1－預(yù)旦制支驗(yàn)承板貫；2－噴砂磨臺(tái)架；3－噴偏砂管軋；4－噴炮入砂序墊層（3）灌洲囊法灌囊盜法系想于砂去、石闊墊層哨面上費(fèi)用砂學(xué)漿囊斃袋將揚(yáng)剩余濱空隙懶切實(shí)孟墊密示?？漳翼樝鲁料?，水們面灌隔注混藏合砂粉漿。防止頂港管，需冊(cè)嚴(yán)密觀嗎測(cè)。（4）壓漿亦法貨壓砂必法隧道內(nèi)收部用通圖常的壓坡漿設(shè)備煉，經(jīng)預(yù)彎埋在管故段底板搞上帶單膛向閥的屠壓漿孔腐，向管千底空隙額壓注混扁合砂漿剪。軟弱土泳層上的肯沉管基竊礎(chǔ)一般的忌解決辦奇法有：（1）以粗董砂置換牌軟弱土俘層；（2）打砂去樁，并爬加荷預(yù)友壓；（3）減戒輕沉上管重醬量；騾（4）采用矮樁基。沉管列隧道吐中，倦群樁乓的樁隱頂