沉管隧道施工課件（PPT57頁(yè)）

1、第13章 沉管結(jié)構(gòu)13.1 概述13.2 沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13.3 接縫管段處理與防水措施13.4 沉管隧道施工過程13.5 工程實(shí)例13.1 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(gòu)法以及沉管法。 世界上第一條沉管鐵路隧道建于1910年，穿越美國(guó)Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀(jì)五十年代起普遍應(yīng)用,如今共有100多座沉管隧道 。二十世紀(jì)50年代解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)水力壓接法和基礎(chǔ)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(guó)現(xiàn)有6條沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5條在寧波（寧波甬江水底隧道）、廣州（廣州珠江水

2、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(tái)灣。 過程沉管法亦曾稱作預(yù)制管段沉放法；先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)制作隧道管段，兩端用臨時(shí)封墻密封，制成以后用拖輪拖運(yùn)到隧址指定位置上。預(yù)先在設(shè)計(jì)位置處，挖好水底溝槽。待管段定位就緒后，往管段中注水加載，使之下沉，然后將沉設(shè)完畢的管段在水下連接起來，覆土回填，完成隧道，此之謂“沉管隧道”。沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設(shè)計(jì)、施工及所用材料有所不同。（1）圓形沉管隧道：這類沉管內(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(gè)斷面內(nèi)可以同時(shí)容納28個(gè)車道，矩形斷面的空間利用率較高， 圓形沉管、矩形沉管 1

3、3.2 沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管式水底隧道的設(shè)計(jì)：包括幾何設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)裝設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)安全等設(shè)計(jì)。13.2.1沉管結(jié)構(gòu)所受的荷載結(jié)構(gòu)自重、水壓力、土壓力、浮力、施工荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力、車輛活荷載、沉船荷載，地基反力、溫度應(yīng)力、不均勻沉降所產(chǎn)生的附加應(yīng)力、地震等作用。作用在沉管上的水壓力是主要荷載。沉降摩擦力地基反力的分布規(guī)律 （1）直線分布；（2）反力強(qiáng)度和各點(diǎn)沉降量成正比，即文克爾假定，又可以分為單一系數(shù)和多種地基系數(shù)的兩種；（3）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計(jì)算反力。13.2.2浮力設(shè)計(jì)1）干舷管段在浮運(yùn)時(shí)，為了保持穩(wěn)定，必須使管頂面

4、露出水面，其露出高度稱為干舷。具有一定干舷的管段，與風(fēng)浪后產(chǎn)生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應(yīng)適中，過小則穩(wěn)定性差，過大時(shí)沉設(shè)困難。浮力設(shè)計(jì)時(shí)，按照最大混凝土容重、最大混凝土體積和最小河水的比重來計(jì)算干舷。2）抗浮安全系數(shù)在管段沉設(shè)施工階段，應(yīng)采用1.051.1的抗浮安全系數(shù)。 管段沉設(shè)完畢后，務(wù)必大于1.05，防止“復(fù)浮”。設(shè)計(jì)時(shí)需要按照最小混凝土容重、最小混凝土體積和最大河水的比重來計(jì)算抗浮安全系數(shù)。 3）沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸，必須通過浮力設(shè)計(jì)才能確定 ;沉管結(jié)構(gòu)的外廓高度，往往超過車道凈空高度與頂?shù)装搴穸戎汀?3.2.3結(jié)構(gòu)分析與配筋1）.斷面結(jié)構(gòu)分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析須經(jīng)

5、過“假定截面尺寸分析內(nèi)力修正尺度復(fù)算內(nèi)力”的幾次循環(huán)。避免采用剪力鋼筋 ,常采用變截面或折拱形結(jié)構(gòu) 。不能只以一個(gè)斷面的結(jié)構(gòu)分析來代表整節(jié)管段，以及河中段全長(zhǎng)的橫斷面配筋計(jì)算，所以目前一般采用電算分析。沉管折拱形結(jié)構(gòu) 2）縱向結(jié)構(gòu)分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計(jì)算浮運(yùn)、沉設(shè)時(shí)，施工荷載、波浪力所引起的內(nèi)力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按照彈性地基梁理論進(jìn)行計(jì)算。3） 配 筋沉管結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，宜采用C30-C40。由于沉管結(jié)構(gòu)對(duì)貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用鋼筋等級(jí)不宜過高，不宜采用III級(jí)和III級(jí)以上的鋼筋。4）預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用一般情況

6、下，沉管隧道采用普通混凝土結(jié)構(gòu)而不用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。因沉管的結(jié)構(gòu)厚度并非強(qiáng)度決定，而是由抗浮安全系數(shù)決定。當(dāng)隧道跨度較大，達(dá)三車道以上，或者水、土壓力又較大時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力 。(a)Almendares (b)Lafontaine1-預(yù)應(yīng)力索；2臨時(shí)拉索；3防水層本講要點(diǎn)沉管運(yùn)輸中干舷設(shè)計(jì)的意義。沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和原則。13.3 接縫管段處理與防水措施13.3.1變形縫的布置與構(gòu)造沉管結(jié)構(gòu)一般都是二次澆筑 ，常易發(fā)生收縮裂縫 。不均勻沉降等影響也易致管段開裂。 變形縫 每節(jié)管段分割成若干節(jié)段，一般為1520m左右。變形縫須滿足 1.能適應(yīng)一定幅度的線變形與角變形。2.在浮運(yùn)、沉設(shè)時(shí)能傳遞縱向

7、彎矩。 外排縱向鋼筋全部切斷。而內(nèi)排縱向鋼筋則暫時(shí)不予切斷，待沉設(shè)完畢后再將跨越變形縫之內(nèi)排縱向鋼筋，全部切斷。 3.在任何情況下能傳遞剪力 變形前后均能防水， 臺(tái)階形變形縫回幻片131沉管外側(cè)；2沉管內(nèi)側(cè)；3卷材防水層；4鋼邊橡膠止水帶；5瀝青防水；6瀝青填料；7鋼筋混凝土保護(hù)層13.3.2止水縫帶普遍的是橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶。1)橡膠止水帶 橡膠止水帶可用天然橡膠（含膠率）70）制成。亦可用合成橡膠（如氯丁橡膠等）制成。橡膠止水帶的壽命 潮濕、無日照及溫度較低 等環(huán)境理想。地下工程中的橡膠止水帶的耐用壽命應(yīng)在六十年以上。經(jīng)老化加速實(shí)驗(yàn)亦可斷定其安全年限超過100年。形式： 均由本體與

8、錨著部?jī)刹糠纸M成;變形縫的張開度、本體部的寬度。這兩個(gè)因素共同決定著止水帶所受拉力。 2)鋼邊橡膠止水帶鋼邊橡膠止水帶，系于橡膠止水帶兩側(cè)錨著部中加鑲一段薄鋼板，其厚度僅0.7mm左右，初于荷蘭的凡爾遜（Velsen,1957）。 13.3.3管段外壁的防水措施沉管外防水和沉管自防水兩類;外防水包括了鋼殼，鋼板防水，卷材防水，涂料防水等不同方法；自防水主要是采用防水混凝土。13.3.4鋼殼與鋼板防水在沉管的三面（底和二側(cè)）甚至四面（包括頂面）用鋼板包覆的防水 ;耗鋼量大、焊縫防水可靠性不高、鋼材防銹問題仍未切實(shí)解決;13.3.5卷材防水用膠料粘結(jié)多層瀝青類卷材或合成橡膠類卷材而成的粘貼式（亦稱

9、外貼式）防水層。均用澆油攤鋪法粘貼 ;卷材粘貼完畢后，須在外邊加設(shè)保護(hù)層。到幻片6 13.3.6涂料防水施工工藝較繁，施工操作工程中會(huì)造成“起殼” ，無法補(bǔ)救；抗拉伸能力較差。13.4管段沉設(shè)與水下連接1)分吊法24艘起重船或浮箱 浮筒吊沉法 浮箱吊沉法 2）扛吊法最主要的大型工具就是四艘小型方駁； 3）騎吊法 SEP 4）拉沉法1拉合千斤頂；2拉沉卷?yè)P(yáng)機(jī)；3拉沉索；4壓載水本講要點(diǎn)理解變形縫的設(shè)置原則了解防水措施；了解沉設(shè)方法。13.4.2水下連接早期采用灌筑水下混凝土施工法 ；二十世紀(jì)五十年代末，加拿大的臺(tái)司隧道采用水力壓接法。用水力壓接法進(jìn)行水下連接的主要工序是：對(duì)位拉合壓接拆除端封墻1

10、3.5 管段接頭管段接頭的構(gòu)造，主要有剛性接頭和柔性接頭兩種。13.5.1剛性接頭剛性接頭系于水下連接（不論采用何法）完畢后，于相鄰兩節(jié)管段端面之間，沿隧道外壁（二側(cè)與頂、底板）以一圈鋼筋混凝土連接起來，形成一個(gè)永久性接頭。剛度較大，但沉降不勻易開裂滲漏。 “先柔后剛” 13.5.2柔性接頭主要是利用水力壓接時(shí)所用的膠墊，吸收變溫伸縮與地基不均勻沉降所致角變，以消除或減小管段所受變溫或沉降應(yīng)力。 13.6 沉管基礎(chǔ)在水底沉管隧道中，因作用在溝槽底面的荷載，不因設(shè)置沉管而有所增加，相反，卻有所減小。 13.6.2基礎(chǔ)處理墊平沉管隧道的基礎(chǔ)處理方法，大體上分為先鋪法和后填法兩大類；先鋪法有刮砂法，

11、刮石法等；后填法有灌囊法，壓漿法，壓砂法等。1)先鋪法先鋪法實(shí)際上是利用刮鋪機(jī)將鋪墊材料（砂或石）設(shè)置成平整的墊層。 1方環(huán)形浮箱；2砂石喂料管；3刮板；4砂石墊層（0.6-0.9m）； 5-錨塊；6溝槽底面；7鋼軌；8移形鋼梁2）后填法在后填法中，安設(shè)水底臨時(shí)支座，臨時(shí)支座大多數(shù)為道渣堆上設(shè)置鋼筋混凝土支承板，也可以采用短樁簡(jiǎn)易墩。灌砂法噴砂法灌囊法壓漿法壓砂法（1）、灌砂法（2）、噴砂法1預(yù)制支承板；2噴砂臺(tái)架；3噴砂管；4噴入砂墊層（3）灌囊法灌囊法系于砂、石墊層面上用砂漿囊袋將剩余空隙切實(shí)墊密?？漳蚁鲁粒婀嘧⒒旌仙皾{。防止頂管，需嚴(yán)密觀測(cè)。（4）壓漿法 壓砂法隧道內(nèi)部用通常的壓漿設(shè)備，經(jīng)預(yù)埋在管段底板上帶單向閥的壓漿孔，向管底空隙壓注混合砂漿。 13.6.3軟弱土層上的沉管基礎(chǔ)一般的解決辦法有： （1）以