沉管結(jié)構(gòu)施工介紹（PPT40頁）

1、第11章沉管結(jié)構(gòu)概述沉管結(jié)構(gòu)的設(shè)計沉管的防水設(shè)計變形縫與管段接頭設(shè)計沉管基礎(chǔ)設(shè)計11.1 概述水底隧道的主要施工方法水底隧道的施工中，采用明挖施工最為簡單，較常用的是盾構(gòu)法和沉管法。20世紀(jì)50年代起，沉管法的主要技術(shù)難關(guān)相繼突破，它的施工方便、防水可靠、造價便宜，逐漸取代了盾構(gòu)法。沉管法的主要優(yōu)點：隧道可緊貼河床最低點設(shè)置，隧道較短；隧道主體結(jié)構(gòu)在干塢中工廠化預(yù)制，可保持良好的制作質(zhì)量和水密性；對地基的適應(yīng)性強；接頭數(shù)量少，防水性能好。沉管法的主要缺點：需要一個占用較大場地的干塢；基槽開挖數(shù)量較大且需進行清淤，對航運和市區(qū)環(huán)境的影響較大，另外，河、海床地形地貌復(fù)雜的情況下，增加施工難度和造價

2、；管節(jié)浮運、沉放作用需考慮水文、氣息條件等的影響。盾構(gòu)法與沉管法優(yōu)缺點對照表項目盾構(gòu)法沉管法隧道埋深應(yīng)保持一定的覆土厚度最小宜為（0.6-1）D，D為隧道直徑可緊貼河床甚至高出河床隧道長度相對較長相對較短斷面形狀基本為圓形，一般容納兩車道斷面形狀多為矩形，可容納4，6或更多車道防水性能縱、環(huán)向接頭數(shù)量多、防水性能相對較差接頭數(shù)量少，防水性能好對航運影響無影響有影響水文、氣象條件不受限制要考慮水文、氣象條件影響地質(zhì)條件影響與地質(zhì)條件密切相關(guān)較弱地層均可適應(yīng)施工期對地面的影響可能產(chǎn)生地面變形施工期岸邊隧道開挖有影響沉管隧道施工沉管施工法簡介沉管施工法，也稱為預(yù)制管段施工法、沉放施工法等。沉管施工場

3、景圖沉管隧道的特點隧道的施工質(zhì)量容易控制。建筑單價和工程總價均較低。施工工期短。操作條件好。對地質(zhì)條件的適應(yīng)性強。適用水深范圍幾乎是無限制的。斷面形狀選擇的自由度大，斷面空間的利用率較高。水流較急時，沉設(shè)困難，須用作業(yè)臺施工。施工時須與航道部門密切配合，采取措施保證坑道暢通。沉管隧道的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容主要有：總體幾何設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計；通風(fēng)設(shè)計；照明設(shè)計；內(nèi)裝設(shè)計；給排水設(shè)計；供電設(shè)計；運行管理設(shè)施設(shè)計等。11.2 沉管結(jié)構(gòu)的設(shè)計沉管結(jié)構(gòu)的類型鋼殼沉管 外壁或內(nèi)外壁均為鋼殼，中間為鋼筋混凝土或混凝土，鋼殼和混凝土共同受力的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土沉管。 主要由鋼筋混凝土組成，外涂防水材料。沉管結(jié)構(gòu)形式圓形

4、八角形花籃形沉管結(jié)構(gòu)的荷載序號荷載類型橫向縱向基本荷載1水土壓力、結(jié)構(gòu)自重、管段內(nèi)外壓載重2管內(nèi)建筑及車輛荷載3混凝土收縮應(yīng)力4浮力、地基反力 附加荷載5施工荷載6溫差應(yīng)力7不均勻沉降產(chǎn)生的應(yīng)力偶然荷載8沉船拋錨及河道疏浚產(chǎn)生的特殊荷載9地震荷載沉管荷載表作用在管段結(jié)構(gòu)上的水壓力是主要荷載。沉降摩擦力是在覆土回填后，溝槽底部受荷不均，沉降也不均的情況下發(fā)生的。地基反力分布規(guī)律反力按直線分布；反力強度與各點地基沉降量成正比；假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計算反力。管段計算根據(jù)不同階段進行荷載組合，一般有以下幾種：基本荷載基本荷載+附加荷載基本荷載+偶然荷載沉管結(jié)構(gòu)的浮力設(shè)計干舷管段在浮運時，

5、為了保持穩(wěn)定，必須使其管頂露出水面，露出的高度就是干舷。具有一定干舷的管段，遇到風(fēng)浪而發(fā)生傾側(cè)后，產(chǎn)生一個反傾力矩，保持平衡。干舷高度過小穩(wěn)定性差，過大不容易沉設(shè)。浮力設(shè)計時，應(yīng)按最大的混凝土重度，最大的混凝土體積和最小的河水密度來計算干舷?？垢“踩禂?shù)在管段沉設(shè)施工階段，應(yīng)采用1.051.10的抗浮安全系數(shù)；施工階段的抗浮安全系數(shù)必須大于1.05；覆土完畢厚的使用階段，應(yīng)采用1.21.5的抗浮安全系數(shù)；進行浮力設(shè)計時，應(yīng)按最小的混凝土容重和體積，最大的河水比重來計算各個階段的抗浮安全系數(shù)。沉管結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸沉管結(jié)構(gòu)的全高以及其他外廓尺寸的確定必須滿足抗浮設(shè)計要求。沉管的結(jié)構(gòu)沉管結(jié)構(gòu)計算與配

6、筋橫向結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)分析經(jīng)過“假定構(gòu)件尺寸分析內(nèi)力修正尺寸復(fù)算內(nèi)力”的幾次循環(huán)。不能僅按一個橫斷面的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果來進行整節(jié)管段的橫向配筋?？v向結(jié)構(gòu)計算施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計算浮運、沉設(shè)時施工荷載所引起的內(nèi)力。施工階段的縱向受力分析，一般按彈性地基梁理論計算。結(jié)構(gòu)驗算及配筋沉管結(jié)構(gòu)的混凝土28天強度等級，宜采用C30C45。沉管結(jié)構(gòu)在外防水層保護下的最大容許裂縫寬度為0.150.2mm，因此不宜采用級或級以上的鋼筋。序號荷載組合提高率A結(jié)構(gòu)自重+保護層、路面、壓載重量+覆土荷載+土壓力+高潮水壓力0%B結(jié)構(gòu)自重+保護層、路面、壓載重量+覆土荷載+土壓力+低潮水壓力0%C結(jié)構(gòu)自重+保護

7、層、路面、壓載重量+覆土荷載+土壓力+臺風(fēng)時或特大洪水位水壓力30%DA+變溫影響15%EA+特殊荷載（如沉船、地震等）混凝土的主拉應(yīng)力30%F其他應(yīng)力50%不同荷載組合條件相應(yīng)的提高率預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用沉管的結(jié)構(gòu)厚度不是由強度決定，而是由抗浮安全系數(shù)決定，所以沉管隧道多采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但當(dāng)隧道跨度大，而且水、土壓力較大時，這時采用預(yù)應(yīng)力。在沉管結(jié)構(gòu)的橫斷面上采用預(yù)應(yīng)力時，有兩種做法：一種是全預(yù)應(yīng)力，一種是部分預(yù)應(yīng)力。阿爾曼德斯隧道斷面哈瓦那市的阿爾曼德斯河下的水底道路隧道是世界上第一條采用預(yù)應(yīng)力混凝土的沉管隧道。勒方汀隧道斷面在隧孔跨中，于頂、底板之間設(shè)置臨時性的對拉預(yù)應(yīng)力筋。11.3 沉

8、管的防水設(shè)計沉管的防水措施早起的沉管隧道，管段沉設(shè)以后使用階段的防水層是鋼殼。20世紀(jì)40年代初，采用四邊包裹的鋼殼。20世紀(jì)50年代后，采用三邊包裹的鋼殼。20世紀(jì)60年代初，在一些沉管隧道中采用柔性防水，完全不用鋼板。鋼殼與防水鋼板鋼殼的缺點：耗鋼量大；焊接質(zhì)量不保證；防銹問題仍未切實解決；鋼板與混凝土之間粘結(jié)不良。鋼殼防水昂貴而不可靠，逐漸改用鋼板防水。防水鋼板的構(gòu)造卷材防水與涂料防水卷材防水層是用膠料把多層瀝青類卷材或合成橡膠卷材膠合成的粘貼式防水層。卷材粘貼完畢后，需在外邊加保護層。因為延伸率還不夠，涂料在管段防水上尚未普遍推廣涂料防水施工工藝較繁，抗拉伸能力較差。11.4 變形縫與

9、管段接頭設(shè)計變形縫的布置與構(gòu)造常見的收縮裂縫兩側(cè)澆筑的混凝土，齡期、彈性模量、剩余收縮率均不相同，后澆筑的混凝土不能自由收縮，而受到偏心受拉內(nèi)力的作用，常產(chǎn)生收縮裂縫。有效措施是設(shè)置垂直于隧道軸線方向的變形縫，把每節(jié)管段分剖成若干節(jié)段。節(jié)段長度一般為1520m變形縫的布置變形縫的構(gòu)造滿足三個要求：能適應(yīng)一定幅度的線變形與角變形。施工階段能傳遞彎矩，使用階段能傳遞剪力。變形前后均能防水。變形縫的臨時傳力措施圖變形縫的抗剪措施止水縫帶在變形縫的各組成部分中，最為主要，既能適應(yīng)變形，又能有效的堵住滲漏的止水縫帶。普遍的是橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶。橡膠止水帶式用天然橡膠或含膠率大于70%的天然橡膠，

10、或合成橡膠制成。形式有平板形和帶管孔的。鋼邊橡膠止水帶管段接頭管段接頭的功能和要求水密性的要求，在施工和運營各階段均不漏水。接頭應(yīng)具有抵抗各種荷載作用和變形的能力。接頭的各構(gòu)件功能明確，造價適度。接頭的施工性好，施工質(zhì)量能保證。并盡量做到能檢修。常用接頭GINA止水帶、OMEGA止水帶以及水平剪切鍵、豎直剪切鍵、波形連接件、端鋼殼及相應(yīng)的連接件。GINA止水帶接頭構(gòu)造圖水下連接方法水下混凝土連接法和水力壓接法。常用的是水力壓接法， 其工藝簡單、施工方便、質(zhì)量可靠、工料費省。水下壓接示意圖11.5 沉管基礎(chǔ)設(shè)計地質(zhì)條件與沉管基礎(chǔ)在水底沉管隧道中，因作用在溝槽底面的荷載，在設(shè)置沉管后非但未增加，反而減小了。管段底面上的壓力變化沉管隧道對各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性很強?；A(chǔ)處理開槽作業(yè)中，挖成后的槽底表面總有相當(dāng)程度的不平整，因此必須進行基礎(chǔ)處理墊平?；A(chǔ)處理先鋪法后填法刮鋪法刮砂法刮石法灌砂法噴砂法灌囊法壓砂漿法壓混凝土法軟弱土層中的沉管基礎(chǔ)以砂置換軟弱土層打砂樁并加荷預(yù)壓減輕沉管重量采用樁基