沉管隧道技術(shù)

1、沉管隧道技術(shù)沉管隧道技術(shù)第四組：歐陽俊峰、孔翎旭、蘇冠宇、朱振杰、鄢然、趙騰飛匯報提綱1234沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展實(shí)例與展望實(shí)例與展望沉管隧道的關(guān)鍵技術(shù)沉管隧道的關(guān)鍵技術(shù)橋隧方案比選橋隧方案比選沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展 u 沉管法是預(yù)制管段沉放法的簡稱，是在水底建筑隧道的一種施工方法。其施工順序是先在船臺上或干塢中制作隧道管段（用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土），管段兩端用臨時封墻密封后滑移下水（或在塢內(nèi)放水），使其浮在水中，再拖運(yùn)到隧道設(shè)計位置。定位后，向管段內(nèi)加載，使其下沉至預(yù)先挖好的水底溝槽內(nèi)。管段逐節(jié)沉放，并用水力壓接法將相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節(jié)管段連通成為整體

2、的隧道。在其頂部和外側(cè)用塊石覆蓋，以保安全。u 水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有較多的優(yōu)點(diǎn)。50年代起，由于水下連接等關(guān)鍵性技術(shù)的突破而普遍采用，現(xiàn)已成為水底隧道的主要施工方法。用這種方法建成的隧道稱為沉管隧道。沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展u 沉管技術(shù)具體施工沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展u 沉管技術(shù)具體施工 沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展u 世界沉管隧道的歷史世界沉管技術(shù)的研究始于1810年首次在倫敦進(jìn)行的沉管隧道試驗,但試驗未能解決防水問題。直到1896年美國首次利用沉管法建成穿越波士頓港的輸水隧洞和1910年在美國建成底特律水底鐵路隧道才宣告沉管法的成功誕生。荷蘭于1942年

3、首次建成位于鹿特丹的Mass隧道,即世界上首次采用矩形鋼筋混凝土管段建成的沉管隧道。1959年加拿大成功采用水力壓接法建成Deas隧道。沉管隧道關(guān)鍵技術(shù)的突破,使得沉管法很快被世界各國普遍采用。美國的FortMcHenry隧道、荷蘭的Drecht隧道和中國上海外環(huán)隧道為目前世界上車道數(shù)最多的沉管隧道,均為8車道。美國BayAreaRapidTransit隧道全長5 825m,由58節(jié)管段組成,是世界上最長的沉管隧道之一。目前世界上建造沉管隧道最多的國家為美國、荷蘭和日本。據(jù)統(tǒng)計,現(xiàn)在全世界已有約150座沉管隧道。u 沉管隧道技術(shù)的發(fā)展沉管技術(shù)自問世以來,就不斷被工程界改進(jìn)和完善。從英國人最初的

4、試驗,到美國人修建實(shí)際的沉管隧道,直到荷蘭人引進(jìn)后又進(jìn)行了新的創(chuàng)新,使沉管隧道技術(shù)得到了不斷的發(fā)展。荷蘭于20世紀(jì)60年代發(fā)明了Gina止水帶,日本在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了新的研發(fā)?；A(chǔ)處理技術(shù)方面,丹麥于40年代發(fā)明噴砂法,瑞典于60年代首先采用灌囊法,荷蘭在70年代發(fā)明了壓砂法,日本在70年代推出壓注混凝土法和壓漿法。日本在抗震方面也開展了大量研究,并編寫了沉管隧道抗震設(shè)計規(guī)范。這些技術(shù)上的重大革新,對沉管隧道的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。水中懸浮隧道(SFT),在意大利又稱阿基米德橋,是在沉管技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種跨越水域的新概念。其基本結(jié)構(gòu)包括懸浮在水面以下一定深度的管狀結(jié)構(gòu)、錨固在水下基礎(chǔ)的

5、錨索裝置、橋體管節(jié)之間的連接裝置和隧道與兩岸相連的構(gòu)筑物等四個部分。水中懸浮隧道已經(jīng)被歐洲、美國和日本等國科技界和政府所關(guān)注,但迄今世界上還沒有建成一座水中懸浮隧道,這方面仍處于理論和試驗研究階段。沉管技術(shù)及其發(fā)展沉管技術(shù)及其發(fā)展(1)有大噸位船舶通過江河港灣時,橋梁需要一定的垂直凈空和引橋長度;而隧道運(yùn)營期間不侵占航道凈空,不影響水路航運(yùn)和港口船舶的進(jìn)出,能有效避免航運(yùn)和橋梁之間的矛盾。(2)在繁華區(qū)域建造越江工程,橋梁方案因引橋的建設(shè)會涉及大量拆遷和土地占用,進(jìn)而增加工程造價和工程建造難度。(3)城市越江工程型式的選擇應(yīng)兼顧考慮保障城市安全。水下隧道交通不受惡劣天氣影響,無論刮風(fēng)下雨,均能

6、確保隧道交通安全,使車輛暢通無阻地全天候運(yùn)行。(4)水下隧道可以一洞多用,能安全穩(wěn)定地安排各種市政管道穿越水域。沉管隧道與橋梁的比較沉管法與盾構(gòu)法是兩種重要的隧道施工方法沉管法與盾構(gòu)法是兩種重要的隧道施工方法, ,而沉管法而沉管法在大型越江工程中呈現(xiàn)許多明顯特點(diǎn)。在大型越江工程中呈現(xiàn)許多明顯特點(diǎn)。(1)大斷面多車道的大型隧道,沉管法明顯優(yōu)于盾構(gòu)法。沉管隧道斷面形式可多樣,截面尺寸自由度大;而盾構(gòu)隧道斷面受盾構(gòu)機(jī)半徑影響,尺寸有限,且斷面多為圓形,空間利用率低。(2)防水性能好使得沉管隧道在越江工程中優(yōu)勢突出;而沉管節(jié)段長,接縫數(shù)量少,相對減少了滲漏水的機(jī)會。(3)沉管隧道主要施工工序可平行進(jìn)行

7、,速度快,施工建設(shè)工期短。不同施工方法隧道與隧道的比較大型沉管管段的制作成為沉管法隧道中技術(shù)含量很高大型沉管管段的制作成為沉管法隧道中技術(shù)含量很高, , 質(zhì)量要求很嚴(yán)的項目質(zhì)量要求很嚴(yán)的項目, ,是沉管隧道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。是沉管隧道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。(1)管段制作精度高。主要體現(xiàn)在對管段總重量、總體積、干塢高度、沉放對接精度的要求上。(2)管段防水要求高。主要體現(xiàn)在管段結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)貫穿裂縫, 盡量避免和控制表層裂縫。(3)由于沉管管段混凝土體積大、導(dǎo)溫系數(shù)低、早期的絕熱溫升和表面散熱等各種因素的影響, 會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力; 同時由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低, 而產(chǎn)生穩(wěn)定裂縫。因此

8、對沉管隧道混凝土的研究, 則主要集中在溫度場及由之產(chǎn)生的應(yīng)力場的研究上。通過檢驗積累和科學(xué)計算結(jié)果表明, 管段側(cè)墻內(nèi)存在較大的拉應(yīng)力, 需要采取合理的措施, 以防止裂縫的發(fā)展。1、管段預(yù)制沉管隧道在浚挖基槽前沉管隧道在浚挖基槽前, ,應(yīng)根據(jù)河床泥沙以及水流速度應(yīng)根據(jù)河床泥沙以及水流速度等情況確定基槽的形狀、浚挖方法及基槽邊坡穩(wěn)定性。常等情況確定基槽的形狀、浚挖方法及基槽邊坡穩(wěn)定性。常用的挖泥船有靶吸、鏈吸、鏈斗、抓斗、鏟斗和射流等形用的挖泥船有靶吸、鏈吸、鏈斗、抓斗、鏟斗和射流等形式式, ,選用時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r盡量使用技術(shù)成熟、生產(chǎn)率高、選用時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r盡量使用技術(shù)成熟、生產(chǎn)率高、費(fèi)用低的

9、浚挖方式。隧道施工時還應(yīng)密切關(guān)注基槽淤泥的費(fèi)用低的浚挖方式。隧道施工時還應(yīng)密切關(guān)注基槽淤泥的沉積問題沉積問題, ,應(yīng)采取必要的防范和清淤措施。應(yīng)采取必要的防范和清淤措施。2、基槽浚挖沉管隧道的基礎(chǔ)處理主要是解決開挖引起的槽底不平整、地基土軟硬不均和基槽回淤與流砂管涌等問題。管段基礎(chǔ)處理方法大致可分為先鋪法和后鋪法。先鋪法又可分為刮鋪法(刮砂法和刮石法)和樁基法兩種;后鋪法則有噴砂法、壓砂法、灌砂法、灌囊法和注漿法(灌漿法)之分。沉管隧道在基槽開挖、管段沉放、基礎(chǔ)處理和最后回填覆土后,抗浮系數(shù)僅 1.11.2,作用在溝槽底面的荷載不會因設(shè)置沉管而增加, 相反卻有減小。沉管隧道基槽開挖時,無論采取

10、何種挖泥設(shè)備, 開挖后溝槽底面總留有 1550cm的不平整度。溝槽底面與管段表面之間存在眾多不規(guī)則的空隙, 導(dǎo)致地基土受力不均勻, 引起不均勻沉降, 同時地基受力不均也會使管段結(jié)構(gòu)受到較高的局部應(yīng)力, 以至開裂。而且, 地震或列車通過時的振動會使砂性基礎(chǔ)產(chǎn)生液化的不良后果。因此必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)處理, 以消除這些有害空隙。3、地基處理管段接頭有柔性接頭和剛性接頭之分,根據(jù)位置不同,又分為中間接頭、岸邊接頭和合龍接頭幾種。接頭設(shè)計應(yīng)堅持具有可靠的水密性、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度與變形性能以及施工可操作性等幾條原則。管段防水應(yīng)堅持以混凝土自防水為根本、以接頭防水為重點(diǎn)的多道防水、綜合治理的設(shè)計原則。（1）、對鋼

11、殼管段, 由于鋼殼管段被鋼殼完全封閉, 其防水問題主要是管段之間的接縫防水。防水方法主要是接縫對準(zhǔn)后使用鋼銷扣緊, 在接縫兩側(cè)安裝模板后, 用導(dǎo)管法灌注密實(shí)的混凝土, 將接縫完全包圍住。（2）、對鋼筋混凝土管段, 管段長度一般在 70120m,管段之間接頭處是一漏水間隙。施工縫也是一漏水點(diǎn), 混凝土本身也會產(chǎn)生裂縫, 這些裂縫能造成管段的滲漏, 使鋼筋銹蝕, 甚至危及管段本身, 所以管段的防水至關(guān)重要。管段的接頭防水是沉管隧道防水的關(guān)鍵部位, 沉管管段接頭的設(shè)計不僅要滿足接頭部位在各工況下的防水要求, 還要滿足管段沉放對接施工中接頭的水力壓接功能以及管段間接頭的柔性功能, 例如 GINA橡膠止

12、水帶。4、防水與接頭問題預(yù)制管段浮運(yùn)到現(xiàn)場并沉放安裝的整個施工過程分為五個工況: 管段起浮、出塢與浮運(yùn)、管段沉放與水力壓接、基礎(chǔ)構(gòu)筑及覆土。其中, 隧道管段的出塢與浮運(yùn)、沉放定位與水下對接是沉管隧道施工中關(guān)鍵的階段, 是沉放隧道施工過程中的一項重要技術(shù)。沉放是沉管施工過程中最危險的階段, 原因是沉放在水下施工, 難度較大, 同時為避免對船舶航行的影響等, 要求作業(yè)時間短。管段沉放施工需要綜合考慮管段尺寸、水流速度和方向、深淺以及以往的施工經(jīng)驗等,同時,潮汐對管段施工也有很大的影響。5 、浮運(yùn)、沉放與水下壓接 1、工程概況島隧工程包括長625m的東、西人工島和5 664m長的海中沉管隧道。沉管隧

13、道隧址沿線的最大水下深度超過45m?？紤]到遠(yuǎn)期30萬t規(guī)劃航道疏浚的要求,沉管頂部最大埋深超過20m。預(yù)制沉管節(jié)共分33節(jié)管節(jié),最終接頭設(shè)置于E 29和E 30之間,長度為2.5m,采用水下止水板方式施工。港珠澳大橋島隧工程沉管隧道施工實(shí)例2、沉管隧道管節(jié)工廠化生產(chǎn)橫斷面采用2孔1管廊形式,寬37.95m、高11.40m;標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)由8個長22.5m的節(jié)段組成。2、沉管隧道管節(jié)工廠化生產(chǎn)1)生產(chǎn)廠房用于將預(yù)制鋼筋網(wǎng)片的拼裝和管節(jié)澆筑、養(yǎng)護(hù)。(2)管節(jié)滑行區(qū)用于將已制作完成的節(jié)段推進(jìn)滑行。節(jié)段下方設(shè)置滑行梁,上部采用多點(diǎn)千斤頂系統(tǒng)和減摩墊層,控制差異沉降量,減少摩擦阻力,確保節(jié)段滑行時結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生有

14、害裂縫。(3)管節(jié)臨時寄放區(qū)用于臨時寄放已經(jīng)完成養(yǎng)護(hù)并完成一次舾裝的管節(jié)。該區(qū)域可建于干塢出海口,減少干塢開挖工作量。2、沉管隧道管節(jié)工廠化生產(chǎn)3、基槽開挖基槽開挖包括粗挖、精挖及清淤。1)粗挖是開挖自然泥面至離設(shè)計底標(biāo)高約2m間的泥層,選用1萬m 3以上耙吸船承擔(dān)粗挖施工。2)精挖是開挖粗挖完成后至設(shè)計底標(biāo)高間的泥層,選用具有定深和平挖功能的大型抓斗挖泥船，可減少底部擾動和浮泥產(chǎn)生。3)清淤是清除粗挖結(jié)束后至精挖前基槽淤積的泥沙,以及精挖后基槽底和基床面回淤的浮泥層。選用專用清淤船進(jìn)行清淤,確保沉放時水容重的變化控制在要求范圍之內(nèi)。4、碎石刮鋪基礎(chǔ)沉管隧道的基礎(chǔ)處理方法,以消滅不規(guī)則空隙為目

15、的,可分為先鋪法(在管段沉設(shè)之前,先鋪好砂、石墊層)和后填法(先將管段沉設(shè)在預(yù)置在溝槽底上的臨時支座上,隨后再補(bǔ)填墊實(shí))。為減少外海沉放作業(yè)時間,隧道基礎(chǔ)的處理方法擬采用碎石刮鋪法的基礎(chǔ)墊層。采用碎石刮鋪船。該設(shè)備固定于打入海底的4根管樁,憑借船上的桁車移動和填料刮鋪筒進(jìn)行碎石刮鋪施工。填料刮鋪筒出料口前后設(shè)有超聲波探測裝置,可詳細(xì)了解到碎石刮鋪狀態(tài)及偏差,并實(shí)時反映到中控室。刮鋪筒的填料口可以根據(jù)船體標(biāo)高靈活調(diào)整，其深度也可根據(jù)不同需要靈活調(diào)整。5、管節(jié)體外定位系統(tǒng)當(dāng)隧道管節(jié)放置到基礎(chǔ)上后,體外定位系統(tǒng)將投入使用。當(dāng)移動隧道管節(jié)時,接頭端和尾端兩側(cè)體外定位系統(tǒng)底座將提供支撐,并確保管節(jié)不會因為水流和波浪