第十講沉管法施工技術

1、地下工程施工技術東華理工大學建筑工程學院巖土與地下工程教研室第三講第三講 沉管隧道施工沉管隧道施工 一、概述一、概述二、二、水下沉管隧道施工技術一、概述一、概述 水底隧道的施工方法：圍堤明挖法、礦山法、氣壓沉箱法、盾構法以及沉管法。 世界上第一條沉管鐵路隧道建于1904年，穿越美國Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河； 沉管法是十九世紀五十年代起普遍應用,如今共有100多座沉管隧道 。沉管法定義 沉管法亦曾稱作預制管段沉放法 先在船塢中或船臺上預制鋼殼混凝土或鋼筋混凝土的隧道管段；然后兩端用臨時封墻密閉，浮放在水中，用拖輪運至預先挖好溝槽、整好地基的隧道設計位置上，

2、接著往管段內(nèi)灌水，使之下沉至預定的標高。在各管段沉放就為后，在水中將各管段連接起來，再在隧道上面覆土回填，最后抽出隧道內(nèi)的水，并拆除管段內(nèi)的封閉墻，完成內(nèi)部裝修后即構成隧道。 歷史與現(xiàn)狀 二十世紀50年代解決了兩項關鍵技術水力壓接法和基礎處理，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。 我國現(xiàn)有6條沉管法隧道：上海金山供水隧道，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）和臺灣。沉管法沉管法世界沉管隧道的技術發(fā)展趨勢有以下幾點： （）每節(jié)管節(jié)的長度越來越長，每節(jié)管節(jié)中的車道數(shù)越來越多。管節(jié)長度由原來的發(fā)展到了現(xiàn)在的，單節(jié)重量達到了萬萬

3、。車道數(shù)過去多為車道，目前已達到車道。 （）從單一用途向多用途發(fā)展。過去多為城市公路或鐵路水下隧道，現(xiàn)在實現(xiàn)了道路、地鐵、公路的共同設置，甚至可同時設置公共管廊。 （）對地基的適應性越來越廣。不僅可建造在較堅硬河、?；采?，現(xiàn)在也可修建在軟弱地基上。 （）制造管節(jié)的材料逐步由鋼筋混凝土代替。由于過去用的鋼殼混凝土管存在車道少、用鋼量大、造價高、易銹蝕等諸多缺點，現(xiàn)已較多地采用鋼筋混凝土。 （）管節(jié)的預制工藝方法得到了改進。廣州在建的兩座新隧道改變了傳統(tǒng)的陸地固定干塢制作方式，國內(nèi)首次使用“船上移動干塢法”預制管節(jié)的新工藝。 （）隧道的斷面形式經(jīng)歷了從圓形到矩形的發(fā)展過程。全世界修建的圓形鋼殼管

4、段沉管隧道大多在北美，歐洲采用得不多。年，荷蘭首次采用矩形鋼筋混凝土管節(jié)。日本的沉管隧道有采用圓形鋼殼混凝土結構，采用矩形鋼筋混凝土結構?，F(xiàn)多用矩形斷面，高，寬度十幾米到數(shù)十米不等?？讛?shù)由單孔向雙孔、三孔發(fā)展。沉管法評述 沉管法的優(yōu)點 （）對地質水文條件適應性強（軟弱地層），施工方法簡單。 （）施工工期短，對航運干擾小，施工質量容易保證。 （）工程造價較低。 （）有利于多車道和大斷面布置。 （）接頭少、密實度高、隧道防滲效果好。 （）具有很強的抵抗戰(zhàn)爭破壞和抗自然災害的能力。沉管隧道的橫斷面結構 沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設計、施工及所用材料有所不同。 （1）圓形沉管隧道：）圓形沉管隧道：這

5、類沉管內(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：在每個斷面內(nèi)可以同）矩形沉管隧道：在每個斷面內(nèi)可以同時容納時容納28個車道，矩形斷面的空間利用個車道，矩形斷面的空間利用率較高。率較高。 整體結構 水下沉管隧道的是由管段基槽、基礎、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底，如圖所示 沉管隧道橫斷面圖（臺灣高雄）沉管隧道的縱斷面結構 沉管隧道在縱斷面上一般由敞開段、暗埋段、沉埋段以及岸邊豎井等部分組成，如下圖所示。 豎井通常作為沉埋段的起訖點以及通風、供電、排水、運料和監(jiān)控等的通道，但是，根據(jù)具體的地形、地貌和地質情況，也可將沉埋段和暗埋段直接相連而

6、不設豎井二、水下沉管隧道施工技術 1.干塢 2.管段制作 3.沉管隧道的浚挖 4.管段沉放與連接 5.基礎處理及回填沉管法施工工藝流程沉管法施工的一般工藝流程中管段制作、基槽浚挖、管段的沉放與水下連接、管段基礎處理、回填覆蓋是施工的主體。1.干塢 干塢是塢底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需場所。通常是在隧址附近開挖一塊低洼場地用于預制隧道管段，干塢是一項臨時性工程，隧道施工結束后便完成其使命。干塢的設計 干塢設計包括干塢形式、位置的選擇，深度、面積等規(guī)模大小的確定，塢坡、塢底、塢首、塢門結構的設計等。 干塢形式 按其活動性有固定干塢和移動干塢兩種 干塢的位置 固定干塢位置的選擇

7、方案有兩種，一種是位于隧道設計軸線上，該方案僅一個工程使用；另一種是位于隧道設計軸線外，該方案有利于多個工程使用。 固定干塢位置應根據(jù)以下原則選擇： （）應距隧址較近，附近的航道具備浮運條件，以便管節(jié)浮運和縮短運距。 （）干塢附近應有可浮存若干節(jié)預制好的管節(jié)的水域。 （）具有適合建造干塢的地質條件，場地土應具有一定的承載能力，同時也有利于干塢擋土圍閉及防滲工程實施。 （）交通運輸方便，具有良好的外部施工條件。 （）征地拆遷費用低，具有可重復利用的開發(fā)價值。 干塢的規(guī)模與尺寸 塢底 邊坡（塢墻） 運料車道塢首圍堰干塢內(nèi)的設備設施 臨時干塢的機具設備，一般都是普通土建工程的通用設備。包括混凝土攪拌

8、站設備、水平運輸車輛、起重設備和鋼筋成型設備、各種材料的堆放和儲存?zhèn)}庫、各種加工車間以及交通、供電、防洪等設施。 干塢中用以起吊模板、鋼筋、混凝土等的起重設備，通常為軌行門式起重機或塔式起重機。 一次制作所有管段的干塢常用軌行門式起重機； 分批制作管段時用塔式起重機較為方便，可省去因干塢反復進水排水多次拆裝軌行門式起重機的麻煩。干塢的施工 干塢施工一般采用“干法”進行干塢內(nèi)的土方開挖，具體步驟為：先沿干塢的四周做混凝土防滲墻，隔斷地下水，然后用推土機、鏟運機從里面向塢口開挖，挖出的一部分土用來回填作塢堤，大部分土運至棄土場。塢底和塢外設排水溝、截水溝和集水井。坡面用塑料薄膜滿鋪并壓砂袋，以防雨

9、水沖刷。塢底鋪砂、碎石，再用壓路機壓實并平整，塢內(nèi)修筑車道。2.管段制作 沉管管段是在地面預制的，所以其基本工藝與地上制作其他大型鋼筋混凝土構件類似。由于沉管預制管段采用浮運沉放的施工方式，而且最終是埋設在河底水中，因此對預制管段的對稱均勻性和水密性要求很高。為保證浮運和下沉，管段上還要設置端封墻和壓載設施。 管段的水密性控制 水密性控制的目的是為了確保管段的防水性能，使隧道投入使用后無滲漏。 管段的防水按材料分有剛性防水、柔性防水； 按防水部位分有外防水、結構自防水和接縫防水。 端封墻 在管段澆注完成、模板拆除后，為了便于水中浮運，需在管段的兩端離端面處設置封墻，通常叫端封墻。 封墻可用木材

10、（已很少采用）、鋼材或鋼筋混凝土制成，也有的采用鋼梁與鋼筋混凝土復合結構。采用鋼筋混凝土封墻的好處是變形小、易于防滲漏，但拆除時比較麻煩，而鋼封墻采用防水涂料解決了密封問題后，裝、拆均比鋼筋混凝土封墻方便得多。 端封墻上設有鼻式托座（簡稱鼻托）、排水閥、進氣閥、出入人孔以及拉合結構。排水閥設在下面，進氣閥設在上面，人員出入孔應設置防水密閉門并應向外開啟。3.沉管隧道的浚挖 沉管隧道的浚挖工作一般有沉管的基槽浚挖、航道臨時改線浚挖、出塢航道浚挖、浮運管段線路浚挖、舾裝泊位浚挖。開挖基開挖基槽槽4.管段沉放與連接 管段在干塢中預制好、沉管基槽開挖及基礎處理好后便可進行管段的出塢、浮運、沉放與水下連

11、接工作。這是沉管隧道難度最大的一道工序，管段起運前必須做好各項準備工作，編制一套嚴謹?shù)氖┕そM織設計，各項工作做到目標明確、技術措施可行，人員、設備、物資落實到位。管段的沉放作業(yè) 管段沉放與對接作業(yè)受海上的自然條件影響很大，因此對其有一定的要求。一般要求風速小于，波高小于.；水的流速小于.，空氣的能見度大于。為此，進行施工前需對沉放階段的水位、流速、氣溫、風力等水文氣象條件進行資料收集分析，選擇最佳時機。 沉放作業(yè)的步驟一般可分初次下沉、靠攏下沉和著地下沉三個步驟進行管段的水下連接 管段沉放就位后，還要與已連接好的管段連成一個整體。該項工作在水下進行，故又稱水下連接。水下連接技術的關鍵是要保證管

12、段接頭不漏水。 水下連接有混凝土連接和水力壓接兩種方法。 混凝土連接法作業(yè)工藝復雜，潛水工作量大，密封的可靠性差，故目前一般不再采用。水力壓接法是世紀年代由丹麥工程師在加拿大開發(fā)應用，它工藝簡單，施工方便，施工速度快，水密性好，基本上不用潛水工作，目前普遍采用。 用水力壓接法進行連接的主要工序是：對位拉合壓接。5.基礎處理及回填 沉管隧道基礎處理的方法很多，主要分先鋪法和后填法兩大類。 在管段沉放前進行的處理方法稱先鋪法，又叫刮鋪法，包括刮砂法和刮石法；后填法是先將管段沉沒在溝槽底的臨時支座上，隨后再補填墊實，它包括噴砂法、灌砂法、灌囊法、壓砂法、壓漿法等。 后填法的優(yōu)點是在處理過程中基本上不

13、干擾航運，不需特殊的專用設備，不受氣象條件的影響，不需大量潛水作業(yè)，便于日夜連續(xù)施工，操作簡易，省工省費用，全過程進行信息化控制。所以，目前大型沉管隧道的基礎處理多用后填法，如噴砂法、壓砂法、壓漿法。序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1明挖蓋挖市郊施工場地開闊，軟巖和土體，如北京和天津地鐵（地鐵車站）進度快，工作面大，便于機械和大量勞動力投入破壞環(huán)境生態(tài)，影響交通，帶來塵土和噪聲污染有效井點降水；可靠支撐系統(tǒng)；大型機械2礦山巖石和堅硬土體，如青島和重慶地鐵地面干擾小，造價低進度慢，勞動強度高，風險大多臂鉆孔臺車，自動裝藥引爆裝置；光面爆破，錨噴支護，監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋指導設計和施工3暗挖埋深淺對土體進行凍結、注漿、深層攪拌樁加固地基，管棚法加固，淺埋車站，如北京、哈爾濱等城市地鐵地面干擾小，造價低機械化程度低，勞動強度高，環(huán)境惡劣，風險大淺層地基處理技術；小型靈活的地下開挖機械；可靠的臨時支護升旗和機具地鐵隧道施工方法序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向4盾構 城市軟地層、深埋隧道，如上海、廣州、北京等城市地鐵地面影響小，機械化程度高，安全，工人勞動強度低，進度快機械設備復雜，價格昂貴，施工工藝繁，專業(yè)施工隊伍開發(fā)適用不同地質條件、自動更換刀盤的氣壓、土壓泥水平衡盾構和頂管，超前探測排障技術；鋼纖維擠壓混凝土襯砌；三維住址計算機管理系