沉管結(jié)構(gòu)設計講義（PPT69頁）

1、11 沉管結(jié)構(gòu)丁文其 教授同濟大學地下建筑與工程系11.1 概述11.2 沉管結(jié)構(gòu)的設計11.3 沉管的防水設計11.4 變形縫與管段接頭設計11.5 沉 管 基 礎 設 計11.1 概述江河湖海、港灣渡越有輪渡、橋梁、水底隧道等。橋梁跨度、橋下凈空高度、引橋長度都受到水文地質(zhì)條件和航道要求的制約。橋梁的運營條件也受氣候條件的影響。水底隧道經(jīng)濟、合理，運營可以是全天候的，不需地面土地動遷、影響環(huán)境。11.1.1 水底隧道的主要施工方法構(gòu)筑圍堰，明挖施工最為簡單，較常用的是盾構(gòu)法和沉管法。 沉管法的主要優(yōu)點是：（1）隧道可緊貼河床最低點設置，隧道較短；（2）隧道主體結(jié)構(gòu)在干塢中工廠化預制，因而可

2、保持良好的制作質(zhì)量和水密性；（3）對地基的適應性強；（4）接頭數(shù)量少，只有管節(jié)之間的連接接頭，由于采用了GINA和OMEGA止水帶兩道防水屏障，隧道的防水性能好。沉管的主要缺點有：（1）需要一個站用較大場地的干塢，這在市區(qū)內(nèi)有時很難實施，需在遠離市區(qū)較遠的地方建造干塢；（2）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）床地形地貌復雜的情況下，會大幅增加施工難度和造價（3）管節(jié)浮運、沉放作業(yè)需考慮水文、氣象條件等的影響，有時需短期局部封航。另外，水體流速會影響管段沉放的準確度，超過一定的流速可能導致沉管無法施工。11.1.2 沉管隧道施工（一）沉管施工法簡介先在隧址以

3、外建造臨時干塢，在干塢內(nèi)制作鋼筋混凝土的隧道管段（道路隧道用的管段每節(jié)長60140m。兩端用臨時封墻封閉。向臨時干塢內(nèi)灌水，使管段逐節(jié)浮出水面，并用拖輪拖運到指定位置。于設計隧位處預先挖好一個水底溝槽。待管段定位就緒后，向管段里灌水壓載，使之下沉。沉設完畢的管段在水下聯(lián)接起來。進行基礎處理，經(jīng)覆土回填后，便筑成了隧道。（a）沉管隧道的施工工藝流程圖（b）沉管施工場景圖圖11-2 沉管施工法（二）沉管隧道的特點1隧道的施工質(zhì)量容易控制。預制管段在臨時干塢里澆筑，施工場地集中，管理方便，沉管結(jié)構(gòu)和防水層的施工質(zhì)量均比其它施工方法易于控制。在隧址現(xiàn)場施工的隧管接縫非常少，漏水的機會亦相應地大為減少。

4、采用水力壓接法，接縫能夠保證達到“滴水不偏”。2建筑單價和工程總價均較低。（1）水上挖土單價比地下挖土低；（2）每節(jié)長達 100m左右的管段，整體制作，完成后從水面上整體拖運，所需的制作和運輸費用比大量管片分塊制作，完成后用汽車運送到隧址工地所需的費用要低得多；（3）接縫數(shù)量少，費用隨之亦少等。（4）沉管所需覆土很薄，甚至可以沒有，水底沉管隧道的全長總比盾構(gòu)隧道短得多，工程總價乃相應大幅度降低。3隧位現(xiàn)場的施工期短。在市區(qū)里建設水底隧道時，城市生活因施工作業(yè)而受干擾和影響的時間，以沉管隧道為最短。4操作條件好。基本上沒有地下作業(yè)，水下作業(yè)亦極少，氣壓作業(yè)則完全不用。施工較為安全。5對地質(zhì)條件的

5、適應性強，能在流砂層中施工，不需特殊設備或措施。6適用水深范圍幾乎是無限制的，以潛水作業(yè)的最大深度作為限度，則沉管隧道的最大深度可達70m。7斷面形狀選擇的自由度較大，斷面空間的利用率較高。一個斷面內(nèi)可容納48個車道。8水流較急時，沉設困難，須用作業(yè)臺施工。9施工時須與航道部門密切配合，采取措施（如暫時的航道遷移等）以保證航道暢通。11.1.3 沉管隧道的設計 水底道路用的沉管隧道，設計內(nèi)容較多，涉及面較廣，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。其中總體幾何設計非常重要，常是決定隧道工程設計成敗的一個關(guān)鍵。總體幾何設計的構(gòu)思是否

6、先進，對整個工程的經(jīng)濟性和合理性常帶來根本性的影響。圖11-3 沉管隧道的斷面（矩形）11.2 沉管結(jié)構(gòu)的設計11.2.1 沉管結(jié)構(gòu)的類型鋼殼沉管和鋼筋混凝土沉管。鋼殼沉管為外壁或內(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雜結(jié)構(gòu)。鋼殼在船塢內(nèi)預制，下水后浮在水面澆灌鋼殼內(nèi)的大部分混凝土，鋼殼既是澆灌混凝土的外模板又是隧道的防水層，省去了鋼筋混凝土管段預制所需的干塢工程。隧道耗鋼量大，鋼殼制作的焊接工作量大，防水質(zhì)量難以保證；鋼殼的防腐蝕、鋼殼與混凝土組合結(jié)構(gòu)受力等問題不易得到較好解決，且施工工序復雜；鋼殼沉管由于制造工藝及結(jié)構(gòu)受力等原因，斷面一般為園型，每孔一般只能容納

7、兩車道，斷面利用率很低，不經(jīng)濟。鋼筋混凝土沉管主要由鋼筋混凝土組成，外涂防水涂料。沉管預制一般在干塢內(nèi)進行，臨時干塢工程量較大；管段預制時須采取嚴格的施工措施防止混凝土產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土沉管用鋼量少，造價相對較低。鋼筋混凝土管段一般采用矩形斷面，斷面利用率高，多管孔可隨意組合。11.2.2 沉管結(jié)構(gòu)的荷載作用在沉管結(jié)構(gòu)上的荷載計有：結(jié)構(gòu)自重；水壓力；土壓力；浮力；施工荷載；預應力；波浪和水流壓力；沉降摩擦力；車輛活載；沉船荷載；地基反力；混凝土收縮影響；變溫影響；不均勻沉陷影響；地震荷載等。只有結(jié)構(gòu)自重及其相應的地基反力是恒載。水壓力是主要荷載之一。設計時要按各種荷載組合情況分別計算正常的高

8、、低潮水位的水壓力，以及臺風時或若干年一遇（如100年一遇）的特大洪水位的水壓力。土壓力是另一主要荷載，且常不是恒載。要考慮河床變遷所產(chǎn)生的附加土荷載。作用在管段側(cè)邊上的水平土壓力，在隧道剛建成時，側(cè)向土壓力往往較小，以后逐漸增加，最終可達靜止土壓力。設計時應按不利組合分別取用其最小值與最大值。浮力也不是個常量。浮力應等于排水量，但作用于沉設在粘性土層中的管段上的浮力，有時也會由于“滯后現(xiàn)象”的作用而大于排水量。施工荷載主要是端封墻、定位塔、壓載等重量。波浪力一般不大，不致影響配筋。水流壓力對結(jié)構(gòu)設計影響亦不大，但必須進行水工模擬試驗予以確定，以便據(jù)以設計沉設工藝及設備。沉降摩擦力是在覆土回填

9、之后，溝槽底部受荷不均，沉降亦不均的情況下發(fā)生的。在沉管側(cè)壁防水層之外再噴涂一層軟瀝青，則可使此項沉降摩擦力大為減小。圖11-4 沉降摩擦力車輛活載在進行橫斷面結(jié)構(gòu)分析、道路隧道的縱斷面結(jié)構(gòu)分析時，常略去不計。沉船荷載是船只失事后恰巧沉在隧道頂上時，所產(chǎn)生的特殊荷載。應視船只的類型、噸位、裝載情況、沉設方式、覆土厚度、隧頂土面是否突出于兩側(cè)河床底面等等許多因素而定，常假定為50130kN/m2左右。其發(fā)生的機率太小，猶如設計地上建筑時沒有必要考慮飛機的失事荷載一樣。地基反力的分布規(guī)律，有不同的假定 反力按直線分布；反力強度與各點地基沉降量成正比（文克爾氏假定）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論

10、計算反力。圖11-5 地基反力假設的一例有采用單一地基系數(shù)的，亦有采用多種地基系數(shù)的。混凝土收縮影響系由施工縫兩側(cè)不同齡期混凝土的（剩余）收縮差所引起，應按初步的施工計劃，規(guī)定齡期差并設定收縮差。變溫影響主要由沉管外璧的內(nèi)外側(cè)溫差所引起。設計時可按持續(xù)57天的最高氣溫或最低氣溫計算。計算時可采用日平均氣溫，不必按晝夜最高或最低氣溫計算。計算變溫應力時，還應考慮徐變影響。管段計算應根據(jù)管段在預制、浮運、沉設和運營等各不同階段進行荷載組合，一般考慮以下三種：A基本荷載；B 基本荷載+附加荷載；C 基本荷載+偶然荷載。11.2.3 沉管結(jié)構(gòu)的浮力設計浮力設計的內(nèi)容包括干舷的選定和抗浮安全系數(shù)的驗算，

11、其目的是最終確定沉管結(jié)構(gòu)的高度和外廓尺寸。（一）干舷管段在浮運時，為了保持穩(wěn)定，必須使其管頂露出水面，露出的高度就稱作為干舷。 具有一定干舷的管段，遇到風浪而發(fā)生傾側(cè)后，它就會自動產(chǎn)生一個反傾力矩M，使管段恢復平衡。一般矩形斷面的管段，干舷多為1015cm，而圓形、八角形或花籃形斷面的管段，則因頂寬較小，故干舷高度多采用4050cm。圖11-6 管段的干弦與反傾力矩干舷高度不宜過小，否則穩(wěn)定性差。也不宜過大，因為管段沉設時，首先要灌注一定數(shù)量的壓載水，以消除上述干舷所代表的浮力而下沉。干舷越大，所需壓載水罐或水柜）的容量就越大，就不經(jīng)濟。圖11-7 圓形、八角形和花籃形斷面極個別的情況下，由于

12、沉管的結(jié)構(gòu)厚度較大，無法自?。礇]有干舷），則須于頂部設置浮筒助浮，或在管段頂上設置鋼圍堰，以產(chǎn)生必要的干舷。 在制作管段時，混凝土的重度和模板尺寸，總不免有一定幅度的變動和誤差;在漲潮、落潮以及各不同施工階段中，河水比重也會有一定幅度的變動。應按最大的混凝土重度，最大的混凝土體積和最小的河水比重來計算干舷。（二）抗浮安全系數(shù)在管段沉設施工階段，應采用1.051.10的抗浮安全系數(shù)。由于在管段沉設完畢，進行拋土回填時，周圍的河水會一時混濁，其比重將大于原來的河水比重，浮力亦即相應增加。施工階段的抗浮安全系數(shù)，應針對覆土回填開始前的情況進行計算，務必確保在1.05 以上，否則很易導致“復浮”、使

13、施工遭受麻煩。臨時安設在管段上的施工設備（如索具，定位塔，出入筒，端封墻等）的重量，均應不計。在覆土完畢后的使用階段，應采用1.21.5的抗浮安全系數(shù)。計算使用階段的抗浮安全系數(shù)時，可考慮兩側(cè)填土的部分負摩擦力作用。進行浮力設計時，應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)。（三）沉管結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸根據(jù)沉管隧道使用階段的通風要求及行車限界等確定隧孔的內(nèi)凈寬度，以及車行道凈空高度。沉管結(jié)構(gòu)的全高以及其它外廓尺寸的確定必須滿足沉管的抗浮設計要求，必須經(jīng)過浮力計算和結(jié)構(gòu)分析的多次試算與復算，才能予以確定。11.2.4 沉管結(jié)構(gòu)計算與配筋（一）橫向結(jié)構(gòu)計算橫截面多是多孔（

14、單孔的極少）箱形框架.管段橫斷面內(nèi)力一般按彈性支承箱形框架結(jié)構(gòu)計算。由于荷載組合的種類較多，而箱形框架的結(jié)構(gòu)分析必須經(jīng)過“假定構(gòu)件尺寸分析內(nèi)力修正尺寸復算內(nèi)力”的幾次循環(huán)，而且即使在同一節(jié)管段（一般為100m長）中，因隧道縱坡和河底標高變化的關(guān)系，各處斷面所受水、土壓力不同（尤其是接近岸邊時，荷載常急劇地變化）。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。圖11-8 沉管的結(jié)構(gòu)截面（二）縱向結(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、沉設時施工荷載（定位塔、端封墻等）所引起的內(nèi)力。使用階段的縱向受力分析，一般按彈性地基梁理論進行計算。沉管隧道縱斷面設計需要考慮溫度荷載和地

15、基不均勻沉降以及其他各種荷載，根據(jù)隧道性能要求進行合理組合。（三）結(jié)構(gòu)驗算及配筋沉管結(jié)構(gòu)的截面和配筋設計，應遵照交通部公路橋涵設計規(guī)范進行。沉管結(jié)構(gòu)的混凝土28天強度等級，宜采用C30C45。采用較高的強度等級，主要是為了抗剪的需要。設計時可根據(jù)施工進度計劃的安排，盡量充分利用后期強度。在干塢規(guī)模較小，需分批澆筑時，尤可按更長的齡期計算。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，不宜采用III級或III級以上的鋼筋。鋼筋的容許應力一般限于135160MPa，設計時采用的容許應力可按不同的荷載組合條件，分別加以相應的提高率：A 結(jié)構(gòu)自重保護層、路面、壓載重量覆土荷載十土壓力

16、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)自重保護層、路面、壓載重量十覆土荷載土壓力臺風時或特大洪水位水壓力 30 % D A變溫影響 15E A十特殊荷載（如沉船、地震等）混凝土的主拉應力 30其他應力 50沉管結(jié)構(gòu)的縱向鋼筋，一般不應少于0.25。11.2.5 預應力的應用當隧孔跨度較大（例如車道數(shù)較多，達三車道以上），而且水、土壓力又較大（例如達到300400kN/m2）時，沉管結(jié)構(gòu)的頂、底板受到的剪力相當可觀，必須放大支托。只能相應地增加沉管結(jié)構(gòu)的全高度（常需為此而增加土11.5m）。必然導致：（1）增加沉管的排水量。但為保證規(guī)定的抗浮

17、安全系數(shù)，又要相應地增加壓載混凝土的數(shù)量；（2）增加水底溝槽的開挖深度。亦即增加淺挖土方量；（3）增加引道深度。不但使引道的支擋結(jié)構(gòu)受到更大的土壓力，從而增加這部分結(jié)構(gòu)的工程量，有時更會遇到其他水文地質(zhì)上的困難；（4）增加隧道全長、總工程量和總造價。采用預應力混凝上結(jié)構(gòu)可得到較經(jīng)濟的解決。有兩種做法。一種是全預應力，一種是部分預應力?？稍谒砜卓缰?，于頂、底板之間設置臨時性的對拉預應力筋。在干塢中進行預應力生索的張拉時，同時張拉這些臨時性的對拉預應力筋，使起等代沉設和回填完畢后的水、土壓力的作用。待沉設施工開始后，隨著水、土壓力的增加，逐步卸去這些臨時拉筋中的應力。比較多的是采用部分預應力的。但

18、一般仍配置一定數(shù)量的普通非預應力鋼筋，以作臨時杭衡之用，數(shù)量可少些。11.3 沉管的防水設計11.3.1 沉管的防水措施早期的沉管隧道都是采用鋼殼，既是施工階段的外模，又是管段沉設以后使用階段的防水層。最初的矩形鋼筋混凝土管段，還是用四邊包裹的鋼殼。不但底板下邊及二側(cè)墻外邊用鋼板防水，連頂板上面亦用鋼板防水。五十年代以后，開始改用三邊包裹的鋼殼，頂板上的鋼板改以柔性防水層代替，不但節(jié)省了鋼材，降低了造價，而且也便利了施工。從 1956 年以后，又發(fā)展成為單邊鋼板防水加三邊柔性防水的做法，只在底板之下仍保留鋼板作防水層（取其在施工階段不易披損壞）。到六十年代初，全部采用柔性防水，完全不用鋼板。柔

19、性防水層最初使用的瀝青油氈；五十年代開始采用了玻璃纖維布油氈；六十年代后期，異丁橡膠卷材開始應用于管段防水上。近年來又發(fā)展了涂料防水代替施工較麻煩的卷材防水。沉管自身防水亦是一項極為重要的防水措施。自身防水在一定條件下也可以取代外防水。11.3.2 鋼殼與防水鋼板鋼殼防水雖已不再常用，但到七十年代仍有一些工例繼續(xù)采用它，然而其主要的目的，已不僅是防水而已，另一更重要的目的是縮小干塢規(guī)模。如單純作為防水措施，鋼殼的缺點不少，主要是：（1）耗鋼量大 鋼殼的構(gòu)成，除了外皮是一層 610mm厚的鋼板外，還要不少由型鋼組成的加勁和支撐件，因此耗鋼量相當可觀。（2）焊接質(zhì)量不保證 焊接質(zhì)量問題，是鋼殼防水

20、中的一個棘手問題，雖然在施工中盡一切可能使用自動焊接設備，但是手焊仍是大量的。對焊縫作全面檢驗后，仍不免有焊接缺陷的發(fā)生與存在常導致沒完沒了的堵漏工作。（3）防銹問題仍未切實解決 目前多用噴涂環(huán)氧焦油的辦法來防銹。噴涂前先用噴燈燒除鋼殼表面污垢，而后噴涂防銹涂料，過后再用噴燈加熱促其固化。由于涂料薄膜厚度很小，薄膠之外又不設防護層，所以施工時仍不免在個別地方被碰損。亦有用陰極保護法防銹的，但費用較高，工例不多。（4）鋼板與混凝土之間粘結(jié)不良 在鋼殼底部，常有夾氣囊的現(xiàn)象，而在鋼殼的兩側(cè)（特別在端部）尤多大面積脫離的現(xiàn)象。加上焊縫質(zhì)量和防銹措施的尚未切實解決，進人鋼殼的水就會竄到另外的地方，并滲

21、漏到隧道里面，堵漏工作非常困難。防水鋼板的單位面積用鋼量，比鋼殼的單位面積用鋼量低得多，僅為其1/4左右。主要是鋼板厚度可以薄很多，而且又略去大量的加勁及支撐，基本上不再使用型鋼。改用鋼板防水（即僅在管段底板下用鋼板防水層）的工例日漸增多。11.3.3 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類卷材膠合成的粘貼式防水層。瀝青類卷材品種很多，沉管隧道外防水用的卷材，以選用織物卷材為宜，取其強度大，韌性好。尤其是玻璃纖維布油氈更適于水下或地下工程，我國許多隧道均用這種卷材作防水層。這種玻璃纖維布油氈系以玻璃纖維織布為胎，浸涂瀝青制成，性能全面，價僅稍高于普通瀝青油氈。合成橡膠

22、類卷材應用到沉管隧道防水上，最初是1969年建成的丹麥簾姆菲奧特斯 (Limfjords）水底道路隧道。該隧道用的是異丁橡膠卷材，厚度僅2mm。卷材的層數(shù)，應視水頭大小而定。水底隧道的水下深度一般為20多米，所用卷材層數(shù)有達56層之多。但如精心施工，三層亦已足夠，采用三層的實例不在少數(shù)。卷材防水的主要缺點是施工工藝較繁，而且在施工操作過程中稍有不慎就會造成“起殼”而返工，返工時非常費事。隨著化學工業(yè)的發(fā)展，涂料防水漸被引用到管段防水上來，它最突出的優(yōu)點是操作工藝比卷材防水簡單得多，而且在平整度較差的混凝土面上，可以直接施工。目前涂料在管段防水上尚未普遍推廣，主要是延伸率還不夠（不及卷材）。在沉

23、管隧道中，結(jié)構(gòu)設計的容許裂縫開展寬度為0.150.2 ，而防水設計的容許裂縫開展寬度為 0.5 。防水卷材易于滿足此要求，而防水涂料尚不能完全滿足這項要求。因此提高延伸率，是當前防水涂料試驗研究的一項主要課題。防水涂料的另一要求是能在潮濕的混凝土面上能直接涂布，目前也沒有完全解決好。11.4 變形縫與管段接頭設計11.4.1 變形縫的布置與構(gòu)造鋼筋混凝土的沉管結(jié)構(gòu)，如無適當?shù)拇胧?，很容易因隧道的縱向變形而開裂。假定混凝土澆筑溫度為515C，沉管外側(cè)溫度為10 C，內(nèi)側(cè)溫度為025 C，而整個沉管隧道又是整體無縫的，那么在變溫影響下所產(chǎn)生的縱向應力可達40 kg/m2，沉管結(jié)構(gòu)勢必發(fā)生嚴重的開裂

24、。又如，管段在干塢中預制時，一般都是先澆筑底板，隔上若干時日后再澆筑豎墻和頂板。兩次澆筑的混凝土，齡期、彈性摸量、剩余收縮率均不相同，后澆的混凝土不能自由收縮，而要受到偏心受拉內(nèi)力的作用，常易發(fā)生如圖11-12所示的裂縫。不均勻沉降、地震影響等都可能導致管段開裂。這種縱向變形所引起的裂縫都是通透的，對防水很不利。因此，在設計中必須采取適當措施加以防止。最有效的措施是設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。根據(jù)各國的實踐經(jīng)驗，節(jié)段的長度不宜過大，一般為1520m左右（圖11-13)。變形縫的構(gòu)造要滿足三個主要要求： （1） 能適應一定幅度的線變形與角變形；（2） 施工階段能傳遞

25、灣矩，使用階段能傳遞剪力；（3）變形前后均能防水。為滿足第一個要求，變形縫左右二側(cè)管段節(jié)段的端面之間，要留一小段間隙，不使直接接觸。間隙中用防水材料充填。間隙的寬度，應按變溫幅度與角變量來決定，一般不少于2cm。在管段浮運時，為了保持管段的整體性，變形縫一定要能傳遞由波浪引起的縱向彎矩。如管段結(jié)構(gòu)的縱向鋼筋在變形縫處全部切斷，則需安設臨時的預應力索（或預應力筋），待沉設完畢后，再行撤去。如不設臨時預應力設施，則可將變形縫處的外側(cè)縱向鋼筋切斷，而臨時保留內(nèi)側(cè)縱向鋼筋，待沉設完畢后，再予切斷（圖11-14）。為傳遞橫向剪力，宜采用臺階縫，即圖11-15所示。為保證變形前后均能防水，一般均于變形縫處

26、設置一道止水縫帶，見圖11-15。 圖 1114 變形縫的臨時傳力措施圖 圖1115 變形縫的抗剪措施 1管壁；2變形縫；3鋼片橡膠止水帶；4止水鋼板11.4.2 止水縫帶變形縫的各組成部分中，最為主要的是既能適應變形，又能有效地堵住滲漏的止水縫帶，又簡稱作止水帶。止水帶的種類與型式很多。銅片等金屬止水帶現(xiàn)已很少采用。塑料（聚氯乙烯）止水帶彈性較差，只能適應幅度較小的變形，預制管段中用得不多。在管段中用得較普遍的是橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶。 橡膠止水帶系用天然橡膠（生膠）或含膠率 70的天然像膠，或合成像膠（如氯丁橡膠等）制成。橡膠止水帶的型式，有平板形的，有帶管孔的。帶管孔的具有較高的柔度

27、，能承受較大的剪切差動變形鋼邊棣膠止水帶系于橡膠止水帶的兩端夾一扁鋼片（圖11-16)，以提高止水效果并節(jié)約橡膠，現(xiàn)在國外已普遍推廣。圖 11-16 鋼邊橡膠止水帶 1鋼邊（0.7mm厚鋼板）11.4.3 管段接頭管段沉設完畢之后，須與前面已沉設好的管段（簡稱既設管段）或豎井接合起來。這項聯(lián)接工作在水下進行，故亦稱水下聯(lián)接。管段接頭應具有以下功能和要求：第一是水密性的要求，即要求在施工和運營各階段均不漏水；第二是接頭應具有抵抗各種荷載作用和變形的能力；第三是接頭的各構(gòu)件功能明確，造價適度；第四是接頭的施工性好，施工質(zhì)量能夠保證，并盡量做到能檢修。常用接頭有GINA止水帶、OMEGA止水帶以及水

28、平剪切鍵、豎直剪切鍵、波形連接件、端鋼殼及相應的連接件，其中GINA帶和OMEGA帶起防水作用，水平剪切鍵可承受水平剪力，豎直剪切鍵可承受豎直剪力及抵抗不均勻沉降，波形連接件增加接頭的抗彎抗剪能力，端鋼殼主要是起安裝端封門和接頭其他部件、調(diào)整隧道縱坡的作用(圖11-17(a)。水下聯(lián)接的方法有兩種一種是水下混凝土聯(lián)接法，一種是水力壓接法。目前采用水力壓接法的較多。水力壓接法就是利用作用在管段上的巨大水壓力使安裝在管段前端面（即靠近已設管段或豎井的端面）周邊上的一圈膠墊發(fā)生壓縮變形，形成一個水密性相當良好可靠的管段間接頭。在管段下沉就位完畢后，先將新設管段拉向既設管段并緊密靠上，這時膠墊產(chǎn)生了第

29、一次壓縮變形，并具有初步止水作用。隨即將既設管段后端的端封墻與新設管段前端的端封墻之間的水（這時這部分水已與河水隔離）排走。排水之前，作用在新設管段前、后二端封墻上的水壓力是相互平衡的。排水之后，作用在前端封墻上的水壓力變成一個大氣壓力的空氣壓力。于是作用在后端封墻上的成千上萬噸的巨大水壓力就將管段推向前方，使膠墊產(chǎn)生第二次壓縮變形（圖11-17(b)）。經(jīng)二次壓縮變形后的膠墊，使管段接頭具有非常可靠的水密性。水力壓接法具有工藝簡單、施工方便、質(zhì)量可靠、工料費省等優(yōu)點，目前已在各國水底隧道工程中普遍采用。1.5 沉 管 基 礎 設 計11.5.1 地質(zhì)條件與沉管基礎在一般地面建筑中，如果建筑物

30、基底下的地質(zhì)條件差，就得做適當?shù)幕A，否則就會發(fā)生有害的沉降，甚至有發(fā)生坍塌的危險。如有流砂層，施工時還會碰到麻煩或困難，非采取特殊措施（如疏干等）不可。在水底沉管隧道中，情況就完全不同。首先，不會產(chǎn)生由于土壤固結(jié)或剪切破壞所引起的沉降。因作用在溝槽底面的荷載，在設置沉管后非但未增加，倒反減小了。在開槽前，作用在槽底 面（圖11-18）上的壓力是:很少需要構(gòu)筑人工基礎以解決沉降問題。沉管隧道施工時是在水下開挖溝槽的，沒有產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的可能，不象地面建筑或其它方法施工的水底隧道（如明挖隧道，盾構(gòu)隧道等），遇到流砂時就必須采用費用較高的疏干措施。對各種地質(zhì)條件的適應性很強，幾乎沒有什么復雜的地質(zhì)條

31、件能把沉管施工難倒。一般水底沉管隧道施工時不必象其它水底隧道施工法那樣，須在施工前進行大量的水上鉆探工作。11.5.2 基礎處理仍須進行基礎處理。其目的是因為在開槽作業(yè)中，不論是使用哪一種類型的挖泥船，挖成后的槽底表面總有相當程度的不平整。使槽底表面與沉管底面之間存在著很多不規(guī)則的空隙。會導致地基土受力不勻而局部破壞，從而引起不均勻沉降，使沉管結(jié)構(gòu)受到較高的局部應力，而致開裂。在沉管隧道中必須進行基礎處理墊平，以消滅這些有害的空隙。沉管隧道的各種基礎處理方法，大體上可分為先鋪法和后填法二大類。先鋪法是在管段沉設之前，先在槽底上鋪好砂、石墊層，然后將段沉設在這墊層上。適用于底寬較小的沉管工程。后填法是在管段沉設完畢之后，再進行墊平作業(yè)。后填法大多（除灌砂法之外）適用于底寬較大的沉管工程。各種不同的基礎處理方法之間的差別，僅是“墊平”途徑的不同而己。其效率、效果以及費用上的出入都