沉管法施工技術(shù)

1、10.10.沉管法施工技術(shù)沉管法施工技術(shù) 沉管法沉管法：在隧址附近修建的在隧址附近修建的臨時干塢臨時干塢內(nèi)內(nèi)(或船廠船臺或船廠船臺)預制預制管段管段，用，用臨時隔墻臨時隔墻封閉，然后封閉，然后浮運浮運到隧址規(guī)定位置，此到隧址規(guī)定位置，此時已于隧址處預先挖好時已于隧址處預先挖好水底基槽水底基槽。待管段定位后。待管段定位后灌水壓灌水壓載下沉載下沉到設計位置，將此管段與相鄰管段到設計位置，將此管段與相鄰管段水下連接水下連接，經(jīng)，經(jīng)基礎(chǔ)處理基礎(chǔ)處理并最后并最后回填覆土回填覆土即成為水底隧道。即成為水底隧道。在已修筑好的干塢內(nèi)在已修筑好的干塢內(nèi)預制管段預制管段一般由一般由敞開段、暗埋段、岸邊豎井與沉埋段

2、敞開段、暗埋段、岸邊豎井與沉埋段等組成。等組成。沉埋段兩端沉埋段兩端通常設置通常設置豎井豎井作為起訖點，豎井起到通風、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(zhì)條件，供電、排水和監(jiān)控等作用。根據(jù)兩岸地形與地質(zhì)條件，也可將沉埋段與暗埋段直接相接而不設豎井。也可將沉埋段與暗埋段直接相接而不設豎井。沉沉管隧道管隧道的組成的組成整體結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)： 水下沉管隧道的整體結(jié)構(gòu)是由管段基槽、基礎(chǔ)、管段、水下沉管隧道的整體結(jié)構(gòu)是由管段基槽、基礎(chǔ)、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。 沉沉管隧道的橫斷面結(jié)構(gòu)管隧道的橫斷面結(jié)構(gòu)覆蓋層覆蓋層管段管

3、段基礎(chǔ)基礎(chǔ)基槽基槽10.2.1 沉管隧道結(jié)構(gòu)分類沉管隧道結(jié)構(gòu)分類按斷面形狀：n圓形n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：n船臺型n干圬型n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?。凰畲髸r，較經(jīng)濟2）管段底面積小，基礎(chǔ)容易處理3）鋼外殼既是外模，又是防水層，同時保護內(nèi)側(cè)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(zhì)量無法保證，沒完沒了的堵漏4）鋼殼防銹問題、防水問題。n干圬型1）臨時干圬中制作鋼筋混凝土管段，外涂 防

4、水涂料2）圬內(nèi)灌水，管段上??；拖運到隧址陳設3）斷面多為矩形優(yōu)點：1）管段在干船塢內(nèi)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(chǔ)處理麻煩10.2.2 沉管隧道結(jié)構(gòu)設計要點沉管隧道結(jié)構(gòu)設計要點設計內(nèi)容主要有：總體幾何設計；結(jié)構(gòu)設計；通風設計；照明設計；內(nèi)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）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，

5、就是要應力方面是不會有問題的。決定橫斷面時，就是要注意注意對浮力的平衡對浮力的平衡。決定斷面尺寸時，一般都按采用。決定斷面尺寸時，一般都按采用平面框平面框架結(jié)構(gòu)架結(jié)構(gòu)進行應力計算。進行應力計算。n一般管段結(jié)構(gòu)設計一般管段結(jié)構(gòu)設計橫斷方向的鋼殼斷面，一般決定于橫斷方向的鋼殼斷面，一般決定于混凝土灌注時的應力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，應對斷面也隨之變化。因此，應對每一施工階段的混凝土重每一施工階段的混凝土重量和水壓進行應力計算量和水壓進行應力計算，而后按最危險狀態(tài)，決定鋼殼，而后按最危險

6、狀態(tài)，決定鋼殼斷面。斷面。（2）縱斷面的設計）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。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(nèi)力使用階段：彈性地基梁理論計算縱向內(nèi)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）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、底跨度較大時，并

7、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(jié)構(gòu)的抗裂性能。及隔墻預應力設計，改善管段結(jié)構(gòu)的抗裂性能。10.3.1 沉管法施工前期調(diào)查工作沉管法施工前期調(diào)查工作水力調(diào)查：水力調(diào)查：流速、流向、密度差異、潮汐、水位變化、流速、流向、密度差異、潮汐、水位變化、 海浪和波浪影響、水質(zhì)情況海浪和波浪影響、水質(zhì)情況地質(zhì)調(diào)查：地質(zhì)調(diào)查：地基承載力、水下障礙物、浚挖技術(shù)地基承載力、水下障礙物、浚挖技術(shù)氣象調(diào)查：氣象調(diào)查：風、溫度、能見度等風、溫度、能見度等地震調(diào)查：地震調(diào)查：斷層位置、地震記錄、土層性質(zhì)或成層狀態(tài)，特斷層位置、地震記錄、土層性質(zhì)或成層狀態(tài)，特別注意液化問題別注意液化問題10.

8、3.2 臨時干船塢的構(gòu)造與施工臨時干船塢的構(gòu)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。小型干圬小型干圬：分批制作：分批制作瑞典瑞典TingstadTingstad隧道（隧道（5 5節(jié)管段，長節(jié)管段，長93.5 m93.5 m，80 m80 m，寬，寬30 m30 m）：干圬）：干圬3500 3500 平米（平米（10010035 m35 m）大型干圬大型干圬：一批制作：一批制作日本東京港水底隧道（日本東京港水底隧道（9 9節(jié)管段，長節(jié)管段，長115 m115 m，寬，寬37.4 m37.4 m）：干圬）：干圬81270 81270 平米（平米（64564

9、5126 m126 m）（2）深度）深度保證管段制作好后能順利浮運出塢。保證管段制作好后能順利浮運出塢。（3 3）塢底與邊坡）塢底與邊坡n塢底塢底20-30 cm20-30 cm無筋混凝土或鋼筋混凝土（鋪砂礫或碎石層）無筋混凝土或鋼筋混凝土（鋪砂礫或碎石層）或或1-2.5 m1-2.5 m的黃砂；上覆的黃砂；上覆20-30 cm20-30 cm砂礫或碎石砂礫或碎石一般塢底強度不存在問題一般塢底強度不存在問題n邊坡邊坡需進行邊坡穩(wěn)定性分析需進行邊坡穩(wěn)定性分析可采用防滲墻及井點系統(tǒng)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)定性分批制作時，需分析干圬排水時邊坡的穩(wěn)定性（4 4）塢首、

10、塢門）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；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；單排鋼板樁作分批制作時：雙排鋼板樁圍堰；單排鋼板樁作塢塢門門10.3.3 管段制作管段制作（1 1）施工縫、變形縫的控制）施工縫、變形縫的控制縱向施工縫：豎墻下端縱向施工縫：豎墻下端30-50cm30-50cm處處橫向施工縫：垂直縫（水密性難以保證）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，長短一般為設置垂直于隧道軸線方向的變形縫，以防止管段開裂，長短

11、一般為15-20 m15-20 m（2 2）底板）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6mm6mm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?；蛘哂闷茐摹；蛘哂?-10cm9-10cm的鋼筋混凝土板代替鋼板，并貼上防水膜。的鋼筋混凝土板代替鋼板，并貼上防水膜。（3 3）側(cè)墻與頂板）側(cè)墻與頂板側(cè)墻外周可用鋼板（做外模板和側(cè)防水），應確保焊接質(zhì)量。也可用側(cè)墻外周可用鋼板（做外模板和側(cè)防水），應確保焊接質(zhì)量。也可用防水膜，并做好防水膜保護。

12、防水膜，并做好防水膜保護。頂板上通常鋪設防水膜，澆筑頂板上通常鋪設防水膜，澆筑15-20cm15-20cm厚的鋼筋混凝土保護層，一直厚的鋼筋混凝土保護層，一直包到側(cè)墻上部，并做成削角，避免被船錨鉤住。包到側(cè)墻上部，并做成削角，避免被船錨鉤住。n（4 4）臨時隔墻）臨時隔墻設置于管段兩端設置于管段兩端50-100 cm50-100 cm處處木料、鋼材或鋼筋混凝土制成木料、鋼材或鋼筋混凝土制成設計時按最大靜水壓力考慮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）、人員出入孔封端墻上需設排水閥（下部）、進氣閥（上部）、人員出入孔n（5 5）壓載設備）壓載設備石碴、礦碴或者水，多數(shù)

13、用加載水箱石碴、礦碴或者水，多數(shù)用加載水箱每只管段每只管段44只水箱，均勻布置于四角只水箱，均勻布置于四角水箱容量取決于干舷大小、下沉力、基礎(chǔ)壓重等水箱容量取決于干舷大小、下沉力、基礎(chǔ)壓重等n（6 6）預應力張拉）預應力張拉管段預制完成后，在干船塢內(nèi)全部預應力一次施加完畢。管段預制完成后，在干船塢內(nèi)全部預應力一次施加完畢。10.3.4 管段浮運管段浮運管段制作完成后開始向干船塢注水，檢查管段內(nèi)部漏水情況，一旦發(fā)管段制作完成后開始向干船塢注水，檢查管段內(nèi)部漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)漏水，立即停止注水并修補。現(xiàn)漏水，立即停止注水并修補。船塢內(nèi)水位接近干舷量時，向壓載水箱內(nèi)注水，防止管段上浮。完全船塢內(nèi)水位

14、接近干舷量時，向壓載水箱內(nèi)注水，防止管段上浮。完全淹沒后，排出水箱內(nèi)的水，使管段上浮。浮運時干舷量一般取淹沒后，排出水箱內(nèi)的水，使管段上浮。浮運時干舷量一般取10-10-15cm15cm左右。調(diào)整完后，打開塢門，拽出管段。左右。調(diào)整完后，打開塢門，拽出管段。一般清晨托運至隧址，以便沉設。提前一般清晨托運至隧址，以便沉設。提前12h12h做好水流與氣象條件預報做好水流與氣象條件預報工作，并提前工作，并提前2h2h復核。一般要求：風力小于復核。一般要求：風力小于5-65-6級，能見度大于級，能見度大于1000m1000m，氣溫高于氣溫高于-3-30 0C C，可進行沉設作業(yè)。，可進行沉設作業(yè)。寧波

15、甬江沉管隧道管段預制寧波甬江沉管隧道管段預制干塢注水與管段檢漏調(diào)整干塢注水與管段檢漏調(diào)整管段內(nèi)部檢漏管段內(nèi)部檢漏10.3.5 溝槽浚挖溝槽浚挖基槽斷面底寬：大于管段寬度410cm深度：覆蓋層厚+管段高度+基礎(chǔ)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n吸揚式挖泥船生產(chǎn)效率高；成本低；開挖面平整度好n抓揚式挖泥船造價低；浚挖深度大；可開挖硬土n鏈斗式挖泥船生產(chǎn)效率高；成本低；能浚挖硬土；平整度好；占用水面大n鏟揚式挖泥船浚挖費用高；占用水面小耙吸式挖泥船耙吸式挖泥船絞吸式挖泥船絞吸式挖泥船鏈斗式挖泥船鏈斗式挖泥船抓斗式挖泥船抓斗式挖泥船鏟斗式挖泥船鏟斗式挖泥船10

16、.3.6 管段沉放管段沉放影響因素：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管段下沉全過程一般需要24h。下沉作業(yè)分為。下沉作業(yè)分為初步下沉、靠攏下沉與著地下沉3個步驟。A. 初步下沉初步下沉壓載至下沉力達壓載至下沉力達50規(guī)定值后校正位置，之后再繼續(xù)壓載至下沉力規(guī)定值后校正位置，之后再繼續(xù)壓載至下沉力達達100規(guī)定值，然后規(guī)定值，然后20-50cm/min的速度下沉，的速度下沉，直到管段底部離設直到管段底部離設計高程計高程45m為止為止。B. 靠攏下沉靠攏下沉將管段向前節(jié)既設管段方向平移至距前節(jié)管段將管段向前節(jié)既設管段方向平移至距前節(jié)管段22.5m處，再將管段處，再

17、將管段下沉到管段底部離設計高程下沉到管段底部離設計高程0.5m左右，再次校正管段位置。左右，再次校正管段位置。C. 著地下沉著地下沉先將管段底降至距設計高程先將管段底降至距設計高程1020cm處，再將管段繼續(xù)前移至距既處，再將管段繼續(xù)前移至距既設管段設管段2050cm處，校正位置后即開始著地下沉。下沉速度緩慢，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。隨時校正管段位置。管段下沉作業(yè)步驟管段下沉作業(yè)步驟 浮箱分吊法浮箱分吊法1-1-沉放管段沉放管段;2-;2-壓載水箱壓載水箱;3-;3-浮箱浮箱;4-;4-定定位塔位塔;5-;5-指揮室指揮室;6-;6-吊索吊索;7-;7-定

18、位索定位索;8-;8-既既設管段設管段;9-;9-鼻式托座鼻式托座a)就位前就位前; b)加載下沉加載下沉; c)沉放定位沉放定位 浮箱分吊法浮箱分吊法管段頂板上方用管段頂板上方用4只浮力只浮力10001500kN的的方型浮箱方型浮箱直接吊起，吊索起吊力作用于各直接吊起，吊索起吊力作用于各浮箱中心，前后每組兩只浮箱用浮箱中心，前后每組兩只浮箱用鋼桁架鋼桁架連連接，并用接，并用4根錨索定位。起吊卷揚機與浮根錨索定位。起吊卷揚機與浮箱定位卷揚機均安放在浮箱頂部，管段本箱定位卷揚機均安放在浮箱頂部，管段本身則另用身則另用6根錨索定位，其定位卷揚機則根錨索定位，其定位卷揚機則安設在定位塔頂部。安設在定

19、位塔頂部。 船組船組(四駁四駁)杠吊法杠吊法每組船體由兩只鐵駁或兩組浮箱構(gòu)成，將每組鋼梁每組船體由兩只鐵駁或兩組浮箱構(gòu)成，將每組鋼梁( (杠棒杠棒) )兩頭擔在兩兩頭擔在兩只船體上構(gòu)成一個船組，再將先后兩個船組用鋼桁架梁連接成整體船只船體上構(gòu)成一個船組，再將先后兩個船組用鋼桁架梁連接成整體船組組( (前后兩個船組也可不用鋼桁架梁連接前后兩個船組也可不用鋼桁架梁連接) )。船組與管段各用。船組與管段各用6 6根錨索根錨索定位定位( (均為四邊錨與前后錨均為四邊錨與前后錨) )，所有定位卷揚機均安設在船體上，起吊，所有定位卷揚機均安設在船體上，起吊卷揚機安設在卷揚機安設在“杠棒杠棒”上，吊索的吊力

20、通過上，吊索的吊力通過“杠棒杠棒”傳到船體上。傳到船體上。 1-沉管沉管;2-鐵駁鐵駁;3-船組定位索船組定位索;4-沉管定位索沉管定位索;5-杠棒杠棒;6-連接梁連接梁;7-定位塔定位塔10.3.7 水下連接水下連接n水下混凝土連接法水下混凝土連接法 應用范圍應用范圍 早期均使用該法，目前只用于最終接頭連接。早期均使用該法，目前只用于最終接頭連接。 施工方法施工方法 水中安放圓弧形堰板，圍成圓形鋼圍堰，往圍堰內(nèi)灌筑水中安放圓弧形堰板，圍成圓形鋼圍堰，往圍堰內(nèi)灌筑水下混凝土，形成管段連接。水下混凝土，形成管段連接。n水力壓接法水力壓接法 作用原理作用原理利用作用在管段上的巨大水壓力使安裝在管段

21、前端面周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?？康墓芏谓宇^。水力壓接的步驟：水力壓接的步驟：1）對位；）對位；2）拉合；）拉合；3）壓接）壓接主要是墊平基槽底部，有刮鋪、噴砂、壓砂法。主要是墊平基槽底部，有刮鋪、噴砂、壓砂法。 一一 刮鋪法刮鋪法1.在管段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( (粗砂粗砂或碎石或砂礫石或碎石或砂礫石) )作為管段基礎(chǔ)。作為管段基礎(chǔ)。2.采用刮鋪法開挖基槽底應超挖采用刮鋪法開挖基

22、槽底應超挖6080cm，在槽底兩側(cè)打數(shù)排短樁，在槽底兩側(cè)打數(shù)排短樁安設導軌，以便在刮鋪時控制高程和坡度。安設導軌，以便在刮鋪時控制高程和坡度。10.3.8 基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)施工n噴砂法噴砂法1.從水面從水面上用砂泵將砂、水混合料通過伸入管段底下的噴上用砂泵將砂、水混合料通過伸入管段底下的噴管向管段底噴注、填滿空隙。砂墊層厚度管向管段底噴注、填滿空隙。砂墊層厚度1m左右。左右。2.可沿著軌道縱向移動的臺架外側(cè)掛三根可沿著軌道縱向移動的臺架外側(cè)掛三根L形鋼管，中間為形鋼管，中間為噴管兩側(cè)為吸管。噴管兩側(cè)為吸管。三三 壓砂法壓砂法1.在管段沉放后向管段底面壓注水泥砂漿或砂作為管段基礎(chǔ)。根據(jù)壓在管段沉放后向管段底面壓注水泥砂漿或砂作為管段基礎(chǔ)。根據(jù)壓注材料不同分成注材料不同分成壓漿法壓漿法和和壓砂法壓砂法兩種