第九章 沉管、頂管結(jié)構(gòu)

1、第九章第九章 沉管、頂管結(jié)構(gòu)沉管、頂管結(jié)構(gòu) 特殊地下結(jié)構(gòu)包括特殊地下結(jié)構(gòu)包括沉井、沉箱、盾構(gòu)施工結(jié)構(gòu)沉井、沉箱、盾構(gòu)施工結(jié)構(gòu)、沉管、頂管沉管、頂管等等 沉井、沉箱沉井、沉箱在基礎(chǔ)工程中講，在基礎(chǔ)工程中講，盾構(gòu)盾構(gòu)在十章講在十章講 沉管沉管是修建水底隧道的一種方法；是修建水底隧道的一種方法；頂管頂管往往用往往用于建造穿越鐵路、公路的隧道。于建造穿越鐵路、公路的隧道。9-1 沉管結(jié)構(gòu)沉管結(jié)構(gòu) 跨越江河有三種方法跨越江河有三種方法 輪渡、橋梁、隧道。輪渡、橋梁、隧道。輪渡輪渡基建費(fèi)用低，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也較低，但通行量不大；基建費(fèi)用低，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也較低，但通行量不大；橋梁橋梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度造價(jià)低（同隧道比），但有海

2、輪通過(guò)時(shí)，單位長(zhǎng)度造價(jià)低（同隧道比），但有海輪通過(guò)時(shí)，要造得高，而坡度又不能過(guò)大，故引橋要長(zhǎng)，從而總要造得高，而坡度又不能過(guò)大，故引橋要長(zhǎng)，從而總造價(jià)高。此時(shí)用造價(jià)高。此時(shí)用隧道隧道則較經(jīng)濟(jì)。（見(jiàn)圖）則較經(jīng)濟(jì)。（見(jiàn)圖）明挖明挖，需建造圍堰（如南京玄武湖隧道），技，需建造圍堰（如南京玄武湖隧道），技術(shù)較簡(jiǎn)單，但圍堰工程量較大，有時(shí)還需導(dǎo)流術(shù)較簡(jiǎn)單，但圍堰工程量較大，有時(shí)還需導(dǎo)流渠道（如三峽工程）渠道（如三峽工程）盾構(gòu)法盾構(gòu)法（如英吉利海峽隧道）（如英吉利海峽隧道）沉管法沉管法（上海穿越黃浦江的隧道）（上海穿越黃浦江的隧道）水底隧道施工方法概述：水底隧道施工方法概述：沉管施工方法：沉管施工方法：施

3、工中的施工中的 黃浦江沉管隧道黃浦江沉管隧道1 1、在臨時(shí)干塢預(yù)制管段，一般、在臨時(shí)干塢預(yù)制管段，一般100100米左右（目前最米左右（目前最長(zhǎng)長(zhǎng)268268米）。兩端用臨時(shí)封墻封閉（鋼板，易拆米）。兩端用臨時(shí)封墻封閉（鋼板，易拆除）除）2 2、向干塢灌水使管段浮起，（下鋪碎石，否則水不、向干塢灌水使管段浮起，（下鋪碎石，否則水不能進(jìn)入，則難浮起），用拖輪拖到指定位置。能進(jìn)入，則難浮起），用拖輪拖到指定位置。3 3、在設(shè)計(jì)隧道位置，事先在水下挖好溝槽、在設(shè)計(jì)隧道位置，事先在水下挖好溝槽4 4、待管段就位，向其內(nèi)灌水，使下沉到位。、待管段就位，向其內(nèi)灌水，使下沉到位。5 5、將沉沒(méi)到位的管段在水

4、下連接，再回填覆土即基、將沉沒(méi)到位的管段在水下連接，再回填覆土即基本完成施工。本完成施工。 一般一天沉一節(jié)，間隔準(zhǔn)備時(shí)間一個(gè)月。一般一天沉一節(jié)，間隔準(zhǔn)備時(shí)間一個(gè)月。沉管施工方法：沉管施工方法：應(yīng)用歷史應(yīng)用歷史：1919世紀(jì)末便有應(yīng)用，世紀(jì)末便有應(yīng)用，2020世紀(jì)初向大型管段發(fā)展，世紀(jì)初向大型管段發(fā)展，但因幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題未能較好解決，如管段的但因幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題未能較好解決，如管段的水下連接技術(shù)，故應(yīng)用不多。水下連接技術(shù)，故應(yīng)用不多。自自2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代以來(lái)，沉管技術(shù)有飛躍性突破，年代以來(lái)，沉管技術(shù)有飛躍性突破，得到越來(lái)越多的應(yīng)用。得到越來(lái)越多的應(yīng)用。沉設(shè)過(guò)程控制沉設(shè)過(guò)程控制：(

5、(不能無(wú)控制下沉）不能無(wú)控制下沉） 沉設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)水箱灌水量，以便控制。沉設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)水箱灌水量，以便控制。 分分初步下沉初步下沉、靠攏下沉靠攏下沉與與著地下沉著地下沉。 方法有：方法有：分吊法分吊法用浮筒吊住沉放，用浮筒吊住沉放，扛吊下沉扛吊下沉（方駁扛吊）。（方駁扛吊）。 管段上設(shè)定位索，可在岸上拉動(dòng)控制來(lái)定位，管段上設(shè)定位索，可在岸上拉動(dòng)控制來(lái)定位，河中設(shè)地錨使錨索折轉(zhuǎn)。河中設(shè)地錨使錨索折轉(zhuǎn)。拖航前要在塢中沉沒(méi)拖航前要在塢中沉沒(méi)2424小時(shí)以上檢漏。小時(shí)以上檢漏。特點(diǎn)特點(diǎn):1 1、質(zhì)量高質(zhì)量高：預(yù)制管段本身的結(jié)構(gòu)及防水質(zhì)量易保證；：預(yù)制管段本身的結(jié)構(gòu)及防水質(zhì)量易保證；接縫少（同盾構(gòu)比），再用水力

6、壓接法可滴水接縫少（同盾構(gòu)比），再用水力壓接法可滴水不漏。不漏。2 2、單價(jià)和總造價(jià)低單價(jià)和總造價(jià)低：水下挖土較在暗挖花費(fèi)??；整：水下挖土較在暗挖花費(fèi)?。徽晤A(yù)制、拖航較預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝管片花費(fèi)?。欢晤A(yù)制、拖航較預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝管片花費(fèi)?。桓餐帘?，埋深小，使長(zhǎng)度小，故總造價(jià)低。覆土薄，埋深小，使長(zhǎng)度小，故總造價(jià)低。3 3、現(xiàn)場(chǎng)工期短、現(xiàn)場(chǎng)工期短4 4、操作條件好，基本無(wú)地下作業(yè)，水下作業(yè)也較少，、操作條件好，基本無(wú)地下作業(yè)，水下作業(yè)也較少，氣壓下作業(yè)則完全沒(méi)有。氣壓下作業(yè)則完全沒(méi)有。5 5、對(duì)土層的適用性強(qiáng)，在流砂層中施工也無(wú)困難、對(duì)土層的適用性強(qiáng)，在流砂層中施工也無(wú)困難（如圍堰，開(kāi)挖則難）（

7、如圍堰，開(kāi)挖則難）6 6、水深無(wú)特殊限制，如以潛水最大深度為限，則、水深無(wú)特殊限制，如以潛水最大深度為限，則可達(dá)可達(dá)7070米米7 7、斷面形狀、大小無(wú)特別限制，可有、斷面形狀、大小無(wú)特別限制，可有4-84-8個(gè)車(chē)道個(gè)車(chē)道但是：但是：1 1、急流時(shí)難施工，需作業(yè)臺(tái)；、急流時(shí)難施工，需作業(yè)臺(tái)；2 2、施工時(shí)如何保證通航亦需考慮，并需同航道管理、施工時(shí)如何保證通航亦需考慮，并需同航道管理部門(mén)討論。部門(mén)討論。四、設(shè)計(jì)四、設(shè)計(jì)包括包括總體幾何總體幾何設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，內(nèi)裝修內(nèi)裝修設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，通通風(fēng)、照明、給排水、供電風(fēng)、照明、給排水、供電等設(shè)計(jì)，等設(shè)計(jì)，運(yùn)行管理設(shè)施運(yùn)行管理設(shè)施設(shè)計(jì)等。設(shè)

8、計(jì)等?？傮w設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)很重要，如盡力減小覆蓋率、峒口移到很重要，如盡力減小覆蓋率、峒口移到水邊，雖增加引道擋墻高度，但減小隧道長(zhǎng)度，水邊，雖增加引道擋墻高度，但減小隧道長(zhǎng)度，有時(shí)由此可省去通風(fēng)設(shè)備，使總造價(jià)大大降低。有時(shí)由此可省去通風(fēng)設(shè)備，使總造價(jià)大大降低。這里主要講結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括以下幾個(gè)方面。這里主要講結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括以下幾個(gè)方面。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、拖航時(shí)的浮力設(shè)計(jì)、拖航時(shí)的浮力設(shè)計(jì)要保證要保證干舷高度干舷高度，有一，有一定的干舷高度，傾斜時(shí)定的干舷高度，傾斜時(shí)產(chǎn)生抗傾力矩，才穩(wěn)定。產(chǎn)生抗傾力矩，才穩(wěn)定。一般干舷高度為一般干舷高度為10-15cm10-15cm，對(duì)圓形、八角形則對(duì)圓

9、形、八角形則40-40-50cm50cm。過(guò)大則沉設(shè)時(shí)灌。過(guò)大則沉設(shè)時(shí)灌水量大。水量大。特殊情況下，結(jié)構(gòu)厚度大，浮力不足，則需浮筒或特殊情況下，結(jié)構(gòu)厚度大，浮力不足，則需浮筒或在頂部設(shè)鋼圍堰。在頂部設(shè)鋼圍堰。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、抗浮計(jì)算、抗浮計(jì)算施工階段：施工階段： K=1.05-1.1K=1.05-1.1，要針對(duì)覆土前的情況來(lái)，要針對(duì)覆土前的情況來(lái)計(jì)算，即土未覆，索具、定位塔等已拿走。計(jì)算，即土未覆，索具、定位塔等已拿走。使用階段：使用階段：K=1.2-1.5K=1.2-1.5，此時(shí)考慮側(cè)摩阻力，用最，此時(shí)考慮側(cè)摩阻力，用最大水容重、最小混凝土容重計(jì)算。如壓載混凝土大水容重、最小混凝

10、土容重計(jì)算。如壓載混凝土密實(shí)度差，一般按密實(shí)度差，一般按2.25t/m2.25t/m3 3計(jì)算。計(jì)算。計(jì)算時(shí)要考慮到混凝土的容重誤差、河水容重可計(jì)算時(shí)要考慮到混凝土的容重誤差、河水容重可能的變化等。能的變化等。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載荷載：土、水壓力，水壓要考慮一定重現(xiàn)期的洪：土、水壓力，水壓要考慮一定重現(xiàn)期的洪水位；上覆土壓力也在變化，因河床淤積或沖刷水位；上覆土壓力也在變化，因河床淤積或沖刷等。側(cè)土壓力開(kāi)始小，以后逐漸增大到靜止土壓等。側(cè)土壓力開(kāi)始小，以后逐漸增大到靜止土壓力。力。浮力浮力一般等于排水量，但對(duì)粘性土，由于一般等于排水量，但對(duì)粘性土，由于“滯后滯后現(xiàn)

11、象現(xiàn)象”可大于排水量?？纱笥谂潘?。施工階段的彎矩驗(yàn)算施工階段的彎矩驗(yàn)算：由端封閉墻、定位塔等引：由端封閉墻、定位塔等引起。起。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)波浪力波浪力影響不大，一般不會(huì)改變配筋。影響不大，一般不會(huì)改變配筋。沉船荷載：沉船荷載：大小與船型、裝載、沉沒(méi)方式、覆土厚大小與船型、裝載、沉沒(méi)方式、覆土厚度、河底情況等有關(guān)。一般取度、河底情況等有關(guān)。一般取5-13t/m5-13t/m。目前認(rèn)為。目前認(rèn)為可不考慮，因幾率很小?？刹豢紤]，因幾率很小。反力分布反力分布有均布、文克爾、彈性理論等。有均布、文克爾、彈性理論等。計(jì)算分析計(jì)算分析有橫向分析及縱向分析，縱向分析一般主有橫向分析及縱向分析，縱

12、向分析一般主要考慮沉設(shè)階段由端墻與定位塔（在管段兩端豎立要考慮沉設(shè)階段由端墻與定位塔（在管段兩端豎立的鋼架，上有定位標(biāo)志）等引起的縱向彎曲。的鋼架，上有定位標(biāo)志）等引起的縱向彎曲。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大裂縫寬度最大裂縫寬度0.15-0.2mm0.15-0.2mm，所以強(qiáng)度較高的，所以強(qiáng)度較高的IIIIII級(jí)以上鋼筋不用。級(jí)以上鋼筋不用。預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力：一般不用，但荷載大時(shí)，用預(yù)應(yīng)力較經(jīng)：一般不用，但荷載大時(shí)，用預(yù)應(yīng)力較經(jīng)濟(jì)。而荷載在沉設(shè)后才作用，故加預(yù)應(yīng)力又會(huì)使?jié)?。而荷載在沉設(shè)后才作用，故加預(yù)應(yīng)力又會(huì)使另一面開(kāi)裂，解決方法之一是在內(nèi)部用鋼筋對(duì)拉，另一面開(kāi)裂，解決方法之一是在內(nèi)部用鋼筋對(duì)拉，

13、代替荷載作用，沉設(shè)后再將它取走。（圖）代替荷載作用，沉設(shè)后再將它取走。（圖）沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 4、變形縫和管段接頭、變形縫和管段接頭設(shè)澆注溫度設(shè)澆注溫度5-155-15度，使用時(shí)外側(cè)溫度度，使用時(shí)外側(cè)溫度1010度，內(nèi)側(cè)度，內(nèi)側(cè)0-250-25度，無(wú)變形縫時(shí)溫度應(yīng)力可達(dá)度，無(wú)變形縫時(shí)溫度應(yīng)力可達(dá)4MPa4MPa，會(huì)嚴(yán)重開(kāi)裂。又，會(huì)嚴(yán)重開(kāi)裂。又，一般先澆底板，再澆側(cè)墻與頂板，后澆混凝土不能自一般先澆底板，再澆側(cè)墻與頂板，后澆混凝土不能自由收縮，也會(huì)開(kāi)裂；地震、不均勻沉降也會(huì)使管段開(kāi)由收縮，也會(huì)開(kāi)裂；地震、不均勻沉降也會(huì)使管段開(kāi)裂。所以每節(jié)管段內(nèi)要設(shè)變形縫，一般間距裂。所以每節(jié)管段內(nèi)要設(shè)

14、變形縫，一般間距15-2015-20米。米。變形縫應(yīng)滿足變形縫應(yīng)滿足：有一定的線變形和角變形能力；變形：有一定的線變形和角變形能力；變形前后均能防水；施工階段能傳遞彎矩。前后均能防水；施工階段能傳遞彎矩。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變形縫構(gòu)造變形縫構(gòu)造：間隙不小于：間隙不小于2 2厘米，其間用防水材料填厘米，其間用防水材料填充。為抵抗施工階段彎矩，內(nèi)側(cè)鋼筋連通，沉設(shè)就充。為抵抗施工階段彎矩，內(nèi)側(cè)鋼筋連通，沉設(shè)就位后再割斷。還設(shè)一道止水袋。位后再割斷。還設(shè)一道止水袋。 11鋼筋接頭用接頭用水力壓接法水力壓接法，加拿大人首創(chuàng)，管端裝橡膠墊，加拿大人首創(chuàng)，管端裝橡膠墊，其形狀由荷蘭人提出的為好（見(jiàn)圖）其

15、形狀由荷蘭人提出的為好（見(jiàn)圖） 5 5、沉管防水、沉管防水以往用鋼殼防水，近年來(lái)用柔性防水（如氯丁橡膠以往用鋼殼防水，近年來(lái)用柔性防水（如氯丁橡膠卷材）。也有防水涂料，但延伸率不夠。卷材）。也有防水涂料，但延伸率不夠。變形縫處設(shè)一道止水帶，一般用橡膠止水帶或鋼邊變形縫處設(shè)一道止水帶，一般用橡膠止水帶或鋼邊橡膠止水帶。以往的金屬止水帶已不用，塑料止水橡膠止水帶。以往的金屬止水帶已不用，塑料止水帶彈性差，也不用。帶彈性差，也不用。6、沉管的基礎(chǔ)、沉管的基礎(chǔ)荷載小，一般不用作基礎(chǔ)。但開(kāi)槽不平，要對(duì)地基荷載小，一般不用作基礎(chǔ)。但開(kāi)槽不平，要對(duì)地基持力層進(jìn)行處理。（與水下管段對(duì)接是沉管施工的持力層進(jìn)行處

16、理。（與水下管段對(duì)接是沉管施工的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)）。兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)）。地基持力層處理方法：地基持力層處理方法：1 1）后鋪法后鋪法，底面較窄時(shí)用，包括刮鋪砂、石；，底面較窄時(shí)用，包括刮鋪砂、石；2 2）先鋪法先鋪法，底面較寬時(shí)用（寬時(shí)難后鋪），包括，底面較寬時(shí)用（寬時(shí)難后鋪），包括灌砂、噴砂、壓漿、壓混凝土、灌囊法等。壓漿、灌砂、噴砂、壓漿、壓混凝土、灌囊法等。壓漿、砂、混凝土法較簡(jiǎn)單可靠。砂、混凝土法較簡(jiǎn)單可靠。 在土層過(guò)軟時(shí)，則要作基礎(chǔ)。因荷載雖較原來(lái)減小，在土層過(guò)軟時(shí)，則要作基礎(chǔ)。因荷載雖較原來(lái)減小，但不均勻。方法有：但不均勻。方法有：（1 1）換土，工程量不宜大；）換土，工程量不宜大；（2

17、2）砂樁預(yù)壓，費(fèi)時(shí)；）砂樁預(yù)壓，費(fèi)時(shí)；（3 3）減輕自重，會(huì)有抗浮問(wèn)題；）減輕自重，會(huì)有抗浮問(wèn)題；（4 4）樁基礎(chǔ)，多用。）樁基礎(chǔ)，多用。用樁基時(shí)，一般在其上澆一層混凝土，再鋪砂石用樁基時(shí)，一般在其上澆一層混凝土，再鋪砂石墊層，以保證狀與管段接觸。也有用砂漿囊袋、墊層，以保證狀與管段接觸。也有用砂漿囊袋、活動(dòng)樁頂?shù)确椒ǎê商m人提出）。活動(dòng)樁頂?shù)确椒ǎê商m人提出）。一、頂管施工方法一、頂管施工方法在工作坑中將預(yù)制混凝土箱涵頂入，多用于穿過(guò)在工作坑中將預(yù)制混凝土箱涵頂入，多用于穿過(guò)鐵路路基的隧道。鐵路路基的隧道。工作坑工作坑：對(duì)曲線鐵路，工作坑要設(shè)在曲線外側(cè)。：對(duì)曲線鐵路，工作坑要設(shè)在曲線外側(cè)?；?/p>

18、板滑板：混凝土板，上有：混凝土板，上有導(dǎo)向墩導(dǎo)向墩、潤(rùn)滑層潤(rùn)滑層，下要防，下要防滑，例設(shè)滑，例設(shè)防滑梁防滑梁。11的仰坡，因推出后前端一般的仰坡，因推出后前端一般要下沉。要防止滑板拉斷。要下沉。要防止滑板拉斷。有時(shí)用簡(jiǎn)易滑板，如平鋪片石，再灌水泥漿；用有時(shí)用簡(jiǎn)易滑板，如平鋪片石，再灌水泥漿；用鋼軌，軌間填砂，再用水泥砂漿抹面；土硬時(shí)，鋼軌，軌間填砂，再用水泥砂漿抹面；土硬時(shí)，用灰土墊層再鋪粗砂亦可。用灰土墊層再鋪粗砂亦可。潤(rùn)滑層潤(rùn)滑層：由潤(rùn)滑劑及塑料薄膜組成：由潤(rùn)滑劑及塑料薄膜組成二、箱涵制作二、箱涵制作與一般混凝土箱涵的區(qū)別只是在表面要噴石蠟，與一般混凝土箱涵的區(qū)別只是在表面要噴石蠟，做頂板防水層（因頂上會(huì)積水），前端裝刃角做頂板防水層（因頂上會(huì)積水），前端裝刃角（圖（圖8-68-6）。頂板防水層外可澆一層混凝土，以）。頂板防水層外可澆一層混凝土，以保護(hù)之。保護(hù)之。斷面高度大時(shí)，要設(shè)斷面高度大時(shí)，要設(shè)挖土平臺(tái)挖土平臺(tái)，減小挖土坡面高，減小挖土