11.5-沉管法隧道施工演示教學(xué)

土木工程施工第十一章地下工程11.5沉管法隧道施工一、概述沉管法亦稱沉埋法或沉放法，該法施工時(shí)，先在隧址以外的預(yù)制場(船廠與干塢)制作沉放管段，管段兩端用臨時(shí)封墻密封，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拖運(yùn)到隧址位置（此時(shí)設(shè)計(jì)位置上已預(yù)先進(jìn)行了基槽開挖，設(shè)置了臨時(shí)支座），然后沉放管段。待沉放完畢后，進(jìn)行管段水下連接，處理管段接頭及基礎(chǔ)，然后覆土回填，再進(jìn)行內(nèi)部裝修及設(shè)備安裝，以完成隧道。利用沉管法修建隧道始于1910年美國的底特律河隧道，迄今為止，世界上已修建了100多條沉管隧道。我國修建沉管隧道起步相對較晚，現(xiàn)已建成的有：上海金山供水隧道、寧波涌江隧道、香港地鐵隧道、香港東鋼跨港隧道以及中國臺灣的高雄港隧道等，其中，廣州珠江隧道是中國大陸的第一條沉管隧道，其于1993年建成通車。二、沉管法隧道施工用沉管法修建隧道主要包括：基槽開挖與航道疏浚、管段制作、管段防水、管段的浮運(yùn)沉放、管段水下連接、地基處理等施工工序。1．沉管基槽開挖與航道疏浚在沉管隧道施工中，在隧址處的水底沉埋管段范圍，需在水底開挖沉管基槽，沉管基槽開挖的基本要求如下：1)槽底縱坡應(yīng)與管段設(shè)計(jì)縱坡相同。2)沉管基槽的斷面尺寸，根據(jù)管段斷面尺寸和地質(zhì)條件確定(見圖11.17所示)：挖?；圩畛Ｓ玫耐谀啻校孩傥鼡P(yáng)式挖泥船，②抓揚(yáng)式挖泥船；⑧鏈斗式挖泥船；④鏟揚(yáng)式挖泥船。吸揚(yáng)式挖泥船靠鉸刀和泥耙把基槽的土體攪拌成泥漿，然后再由泥漿泵排泥管卸泥于水下或輸送到陸地上。另外三種方法則靠鏟斗、抓斗、鏈頭把泥塊挖起，裝入駁船運(yùn)走。對于泥質(zhì)基槽，一般分粗挖和精挖兩個(gè)階段用挖泥船進(jìn)行挖泥；對于巖石基槽可采用水下爆破法挖槽。3．管段的浮運(yùn)與沉放在干塢內(nèi)預(yù)制管段完成后，可向干塢內(nèi)灌水，使預(yù)制管道逐漸浮起，并利用絞車將管段牽引出塢。管段出塢后，一般采用拖船或者岸上絞車向隧址拖運(yùn)。當(dāng)拖運(yùn)距離較長，水面較寬時(shí)，一般采用拖輪拖運(yùn)管段。拖輪的大小和數(shù)量可根據(jù)管段的尺寸、拖拉航速及拖運(yùn)條件（航道形狀、水深、流速等），通過力學(xué)計(jì)算分析選定。當(dāng)水面較窄時(shí)，可采用岸上設(shè)置絞車拖運(yùn)或者拖輪頂推浮運(yùn)管段。對于海上及某些近海的江上，管段的整個(gè)拖運(yùn)過程可能都與潮汐有關(guān)，通常根據(jù)潮汐的周期性變化確定最佳拖運(yùn)時(shí)間，特別時(shí)拖運(yùn)的困難階段，保證在潮汐上有利時(shí)刻通過。4．管段沉放管段的沉放在整個(gè)沉管隧道施工過程是比較重要的一個(gè)工序，也是最危險(xiǎn)最困難的工序，沉放過程的成功與否直接影響到整個(gè)沉管隧道的質(zhì)量。成功的沉放作業(yè)需要有各種環(huán)境條件的信息，還需要作業(yè)的技能和經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備準(zhǔn)備足夠的后援設(shè)施。（1）沉放作業(yè)沉放作業(yè)全過程可按三個(gè)階段進(jìn)行：1）做好沉放前的各種準(zhǔn)備工作，如管段基槽的清理、沉放現(xiàn)在封鎖區(qū)的布置、管段定位設(shè)施的設(shè)置等；拖運(yùn)管段至沉放現(xiàn)場。2）用纜繩定位管段，使管段的中心線與隧道軸線基本重合。3）施加鎮(zhèn)重物（如灌注壓載水），使管段下沉。管段下沉作業(yè)，一般按初步下沉、靠攏下沉和著地下沉三個(gè)步驟進(jìn)行，如圖11.18所示。（3）管段沉放方法到目前為止，常用的管段沉放方法有兩類。一類吊沉法，另一類為拉沉法。吊沉法又分為：以起重船或浮箱為主要機(jī)具的分吊法（如圖11.19與圖11.21）；以利用方駁船及架設(shè)其上的“杠棒”（所謂“杠棒”，一般是型鋼梁或鋼梁板）為主的杠吊法（如圖11.22）和以水上作業(yè)平臺為主的騎吊法（如圖11.20）。拉沉法利用預(yù)先設(shè)置在溝槽中的地壟，通過架設(shè)在管段上面的鋼桁架頂上的卷揚(yáng)機(jī)牽拉扣在地壟上的鋼索，將具有具有一定浮力的管段緩緩地拉下水（如圖11.23）。5．管段水下連接管段水下連接方法有水下混凝土法與水力壓接法兩種。水下混凝土法是在管段接頭處用水下混凝土加以固結(jié)使接頭與外部水隔絕，現(xiàn)已極少采用。水下壓接法是利用作用在管段上的巨大水壓力使安裝在管段端部周邊上的橡膠墊圈發(fā)生壓縮變形，而形成一個(gè)水密性良好而又可靠的管段接頭。幾乎所有的沉管隧道都采用這種簡單而又可靠的管段連接方法。水力壓接法的主要工序?yàn)閷ξ弧⒗?、壓接、拆除隔墻。?dāng)管段沉放到臨時(shí)支承上后，首先進(jìn)行初步定位，而后用臨時(shí)支承上的垂直和水平千斤頂進(jìn)行精確定位。對位之后，在已設(shè)管段和新鋪設(shè)管段之間還留有間隙。拉合工序就是用一個(gè)較小的機(jī)械力量，將剛沉放的管段拉向前節(jié)已設(shè)管段，使橡膠墊圈的尖肋部被擠壓而產(chǎn)初步變形，使兩節(jié)管段初步密貼。拉和作業(yè)除了可采用拉和千斤頂以外，也可采用定位卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行。拉和作業(yè)完成之后，抽掉在管段臨時(shí)隔墻內(nèi)的水，作用在新設(shè)管段自由端的巨大靜水壓力就將管段壓向已設(shè)管段，橡膠墊圈再一次被壓縮，接頭完全封住。壓接完畢后即可拆除隔墻。6．地基處理沉管隧道的地基所承受的荷載通常較低，一般情況下地基承載力都能滿足，但為了避免有害的沉降產(chǎn)生，保證隧道的安全正常使用，需要對地基進(jìn)行處理。沉管隧道的地基處理，早期采用多采用先鋪法（又稱刮鋪法），即在管段沉放之前用刮砂法或刮石法將基槽整平，將來管段直接沉于其上。此法比較費(fèi)時(shí)，