10.沉管法施工技術(shù)

10.沉管法施工技技術(shù)10.1基本原理沉管法：在隧址附近修修建的臨時(shí)干塢內(nèi)(或船廠船臺(tái))預(yù)制管段，用臨時(shí)隔墻封閉，然后浮運(yùn)到隧址規(guī)定位位置，此時(shí)已已于隧址處預(yù)預(yù)先挖好水底基槽。待管段定位位后灌水壓載下沉沉到設(shè)計(jì)位置，，將此管段與與相鄰管段水下連接，經(jīng)基礎(chǔ)處理并最后回填覆土即成為水底隧隧道。在已修筑好的的干塢內(nèi)預(yù)制管段一般由敞開段、暗埋埋段、岸邊豎豎井與沉埋段段等組成。沉埋段兩端通常設(shè)置豎井作為起訖點(diǎn)，，豎井起到通通風(fēng)、供電、、排水和監(jiān)控控等作用。根根據(jù)兩岸地形形與地質(zhì)條件件，也可將沉沉埋段與暗埋埋段直接相接接而不設(shè)豎井井。沉管隧道的組成整體結(jié)構(gòu)：水下沉管隧道道的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)是由管段基基槽、基礎(chǔ)、、管段、覆蓋蓋層等組成，，整體坐落于于河（海）水水底。沉管隧道的橫斷斷面結(jié)構(gòu)覆蓋層管段基礎(chǔ)基槽10.2沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)10.2.1沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)分類按斷面形狀：：圓形矩形等按建筑材料料：鋼殼混凝土土鋼筋混凝土土按管段的制制作方式：：船臺(tái)型干圬型船臺(tái)型1）造船廠船船臺(tái)上預(yù)制制鋼殼2）滑行下水水，水上懸懸浮狀態(tài)灌灌注混凝土土3）橫斷面一一般為圓形形、八角形形、花籃形形，多為圓圓形優(yōu)點(diǎn)：1）圓形，彎彎矩較??；；水深大時(shí)時(shí)，較經(jīng)濟(jì)濟(jì)2）管段底面面積小，基基礎(chǔ)容易處處理3）鋼外殼既既是外模，，又是防水水層，同時(shí)時(shí)保護(hù)內(nèi)側(cè)側(cè)混凝土缺點(diǎn)：1）斷面空間間不能充分分利用；車車道數(shù)少2）隧道深度度增加，基基槽土方量量增加3）耗鋼量大大，造價(jià)高高，焊接質(zhì)質(zhì)量無法保保證，沒完完沒了的堵堵漏4）鋼殼防銹銹問題、防防水問題。。干圬型1）臨時(shí)干圬圬中制作鋼鋼筋混凝土土管段，外外涂防水涂料2）圬內(nèi)灌水水，管段上上??；拖運(yùn)運(yùn)到隧址陳陳設(shè)3）斷面多為為矩形優(yōu)點(diǎn)：1）管段在干干船塢內(nèi)制制造，不需需鋼殼，節(jié)節(jié)約鋼材2）斷面大小小不受限制制缺點(diǎn)：1）必須在合合適地點(diǎn)修修建干船塢塢2）需設(shè)置防防水層，并并加以保護(hù)護(hù)，以保證證防水性3）混凝土工工藝要求高高，特別是是水密性要要求4）底面積大大，基礎(chǔ)處處理麻煩10.2.2沉管隧道結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要要點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容主主要有：總體幾何設(shè)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)；通通風(fēng)設(shè)計(jì)；；照明設(shè)計(jì)計(jì)；內(nèi)裝設(shè)設(shè)計(jì)；給排排水設(shè)計(jì)；；供電設(shè)計(jì)計(jì)；運(yùn)行管管理設(shè)施設(shè)設(shè)計(jì)等。（1）橫斷面的的設(shè)計(jì)用干船塢制制作的鋼筋筋混凝土管管段，從施施工的角度度看，在應(yīng)應(yīng)力方面是是不會(huì)有問問題的。決決定橫斷面面時(shí)，就是是要注意對(duì)浮力力的平衡。決定斷面面尺寸時(shí)，，一般都按按采用平面框架結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)計(jì)算。一般管段結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫斷方向的的鋼殼斷面面，一般決決定于混凝土灌注注時(shí)的應(yīng)力力。隨著混凝凝土的灌注注，吃水深深度增加，，而水壓增增大。設(shè)計(jì)計(jì)斷面也隨隨之變化。。因此，應(yīng)應(yīng)對(duì)每一施工階階段的混凝凝土重量和和水壓進(jìn)行行應(yīng)力計(jì)算算，而后按最最危險(xiǎn)狀態(tài)態(tài)，決定鋼鋼殼斷面。。（2）縱斷面的的設(shè)計(jì)施工階段：：主要計(jì)算算浮運(yùn)、沉沉設(shè)等階段段時(shí)主要由由施工荷載載引起的彎彎矩，浮運(yùn)運(yùn)管段越長(zhǎng)長(zhǎng)，所受彎彎矩越大。。使用階段：：彈性地基基梁理論計(jì)計(jì)算縱向內(nèi)內(nèi)力鋼殼作為整整體梁分析析，保證縱縱向發(fā)生變變形而橫截截面方向無無顯著變形形，可利用用橫柱和支支柱增強(qiáng)截截面的剛度度（3）預(yù)應(yīng)力混混凝土管段段設(shè)計(jì)跨度較大時(shí)時(shí)，并且土土、水壓力力較大時(shí)，，采用管段段頂、底及及隔墻預(yù)應(yīng)應(yīng)力設(shè)計(jì)，，改善管段段結(jié)構(gòu)的抗抗裂性能。。10.3沉管隧道施施工工藝10.3.1沉管法施工工前期調(diào)查查工作水力調(diào)查：：流速、流向向、密度差差異、潮汐汐、水位變變化、海海浪和波波浪影響、、水質(zhì)情況況地質(zhì)調(diào)查：：地基承載力力、水下障障礙物、?？Ｍ诩夹g(shù)氣象調(diào)查：：風(fēng)、溫度、、能見度等等地震調(diào)查：：斷層位置、、地震記錄錄、土層性性質(zhì)或成層層狀態(tài)，特特別注意液液化問題10.3.2臨時(shí)干船塢塢的構(gòu)造與與施工（1）規(guī)模取決于管段段節(jié)數(shù)、管管段寬度與與長(zhǎng)度、管管段預(yù)制批批量，同事事考慮工期期因素。小型干圬：分批制作作瑞典Tingstad隧道（5節(jié)管段，長(zhǎng)長(zhǎng)93.5m，80m，寬30m）：干圬3500平米（100×35m）大型干圬：一批制作作日本東京港港水底隧道道（9節(jié)管段，長(zhǎng)長(zhǎng)115m，寬37.4m）：干圬81270平米（645×126m）（2）深度保證管段制制作好后能能順利浮運(yùn)運(yùn)出塢。（3）塢底與邊邊坡塢底20-30cm無筋混凝土土或鋼筋混混凝土（鋪鋪砂礫或碎碎石層）或1-2.5m的黃砂；上上覆20-30cm砂礫或碎石石一般塢底強(qiáng)強(qiáng)度不存在在問題邊坡需進(jìn)行邊坡坡穩(wěn)定性分分析可采用防滲滲墻及井點(diǎn)點(diǎn)系統(tǒng)分批制作時(shí)時(shí)，需分析析干圬排水水時(shí)邊坡的的穩(wěn)定性（4）塢首、塢塢門一批制作時(shí)時(shí)：一般不不采用塢門門，僅用土土圍堰、鋼鋼板樁圍堰堰；局部拆拆除圍堰，，將管段拖拖運(yùn)出塢分批制作時(shí)時(shí)：雙排鋼鋼板樁圍堰堰；單排鋼鋼板樁作塢門10.3.3管段制作（1）施工縫、、變形縫的的控制縱向施工縫縫：豎墻下下端30-50cm處橫向施工縫縫：垂直縫縫（水密性性難以保證證）設(shè)置垂直于于隧道軸線線方向的變變形縫，以以防止管段段開裂，長(zhǎng)長(zhǎng)短一般為為15-20m（2）底板地層不均勻勻沉降可能能引起管段段裂縫。一一般在塢底底沙層上鋪鋪設(shè)一塊6mm厚的鋼板，，與底板混混凝土澆筑筑在一起，，既防水，，又防止外外力對(duì)底板板的破壞。?；蛘哂?-10cm的鋼筋混凝凝土板代替替鋼板，并并貼上防水水膜。（3）側(cè)墻與頂頂板側(cè)墻外周可可用鋼板（（做外模板板和側(cè)防水水），應(yīng)確確保焊接質(zhì)質(zhì)量。也可可用防水膜膜，并做好好防水膜保保護(hù)。頂板上通常常鋪設(shè)防水水膜，澆筑筑15-20cm厚的鋼筋混混凝土保護(hù)護(hù)層，一直直包到側(cè)墻墻上部，并并做成削角角，避免被被船錨鉤住住。（4）臨時(shí)隔墻墻設(shè)置于管段段兩端50-100cm處木料、鋼材材或鋼筋混混凝土制成成設(shè)計(jì)時(shí)按最最大靜水壓壓力考慮封端墻上需需設(shè)排水閥閥（下部））、進(jìn)氣閥閥（上部））、人員出出入孔（5）壓載設(shè)備備石碴、礦碴碴或者水，，多數(shù)用加加載水箱每只管段>4只水箱，均均勻布置于于四角水箱容量取取決于干舷舷大小、下下沉力、基基礎(chǔ)壓重等等（6）預(yù)應(yīng)力張張拉管段預(yù)制完完成后，在在干船塢內(nèi)內(nèi)全部預(yù)應(yīng)應(yīng)力一次施施加完畢。。10.3.4管段浮運(yùn)管段制作完完成后開始始向干船塢塢注水，檢檢查管段內(nèi)內(nèi)部漏水情情況，一旦旦發(fā)現(xiàn)漏水水，立即停停止注水并并修補(bǔ)。船塢內(nèi)水位位接近干舷舷量時(shí)，向向壓載水箱箱內(nèi)注水，，防止管段段上浮。完完全淹沒后后，排出水水箱內(nèi)的水水，使管段段上浮。浮浮運(yùn)時(shí)干舷舷量一般取取10-15cm左右右。。調(diào)調(diào)整整完完后后，，打打開開塢塢門門，，拽拽出出管管段段。。一般般清清晨晨托托運(yùn)運(yùn)至至隧隧址址，，以以便便沉沉設(shè)設(shè)。。提提前前12h做好好水水流流與與氣氣象象條條件件預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)工工作作，，并并提提前前2h復(fù)核核。。一一般般要要求求：：風(fēng)風(fēng)力力小小于于5-6級(jí)，，能能見見度度大大于于1000m，氣氣溫溫高高于于-30C，可可進(jìn)進(jìn)行行沉沉設(shè)設(shè)作作業(yè)業(yè)。。寧波波甬甬江江沉沉管管隧隧道道管管段段預(yù)預(yù)制制干塢塢注注水水與與管管段段檢檢漏漏調(diào)調(diào)整整管段段內(nèi)內(nèi)部部檢檢漏漏10.3.5溝槽槽?？Ｍ谕诨鄄蹟鄶嗝婷娴讓拰挘海捍蟠笥谟诠芄芏味螌拰挾榷?－10cm深度度：：覆覆蓋蓋層層厚厚+管段段高高度度+基礎(chǔ)礎(chǔ)處處理理所所需需超超挖挖深深度度坡度度：：土土層層條條件件、、基基槽槽留留置置時(shí)時(shí)間間、、水水流流情情況況等等浚挖挖方方式式挖泥泥船船選選擇擇吸揚(yáng)揚(yáng)式式挖挖泥泥船船生產(chǎn)產(chǎn)效效率率高高；；成成本本低低；；開開挖挖面面平平整整度度好好抓揚(yáng)揚(yáng)式式挖挖泥泥船船造價(jià)價(jià)低低；；?？Ｍ谕谏钌疃榷却蟠?；；可可開開挖挖硬硬土土鏈斗斗式式挖挖泥泥船船生產(chǎn)產(chǎn)效效率率高高；；成成本本低低；；能能?？Ｍ谕谟灿餐镣粒?；平平整整度度好好；；占占用用水水面面大大鏟揚(yáng)揚(yáng)式式挖挖泥泥船船浚挖挖費(fèi)費(fèi)用用高高；；占占用用水水面面小小耙吸吸式式挖挖泥泥船船絞吸吸式式挖挖泥泥船船鏈斗斗式式挖挖泥泥船船抓斗斗式式挖挖泥泥船船鏟斗斗式式挖挖泥泥船船10.3.6管段段沉沉放放影響響因因素素：：管管段段尺尺寸寸、、地地形形、、水水流流條條件件、、氣氣象象條條件件、、航航運(yùn)運(yùn)條條件件管段段下下沉沉全全過過程程一一般般需需要要2~4h。下下沉沉作作業(yè)業(yè)分分為為初步步下沉沉、、靠攏攏下沉沉與與著地地下沉沉3個(gè)步步驟驟。。初步步下下沉沉壓載載至至下下沉沉力力達(dá)達(dá)50％規(guī)規(guī)定定值值后后校校正正位位置置，，之之后后再再繼繼續(xù)續(xù)壓壓載載至至下下沉沉力力達(dá)達(dá)100％規(guī)規(guī)定定值值，，然然后后20-50cm/min的速速度度下下沉沉，，直到到管管段段底底部部離離設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)高高程程4~5m為止止?？繑n攏下下沉沉將管管段段向向前前節(jié)節(jié)既既設(shè)設(shè)管管段段方方向向平平移移至至距距前前節(jié)節(jié)管管段段2~2.5m處，，再再將將管管段段下下沉沉到到管管段段底底部部離離設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)高高程程0.5m左右右，，再再次次校校正正管管段段位位置置。。著地地下下沉沉先將將管管段段底底降降至至距距設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)高高程程10~20cm處，再再將管管段繼繼續(xù)前前移至至距既既設(shè)管管段20~50cm處，校校正位位置后后即開開始著著地下下沉。。下沉沉速度度緩慢慢，隨隨時(shí)校校正管管段位位置。。管段下下沉作作業(yè)步步驟浮箱分分吊法法1-沉放管管段;2-壓載水水箱;3-浮箱;4-定位塔塔;5-指揮室室;6-吊索;7-定位索索;8-既設(shè)管管段;9-鼻式托托座a)就位前前;b)加載下下沉;c)沉放定定位浮箱分分吊法法管段頂頂板上上方用用4只浮力力1000～1500kN的方型浮浮箱直接吊吊起，，吊索索起吊吊力作作用于于各浮浮箱中中心，，前后后每組組兩只只浮箱箱用鋼桁架架連接，，并用用4根錨索索定位位。起起吊卷卷揚(yáng)機(jī)機(jī)與浮浮箱定定位卷卷揚(yáng)機(jī)機(jī)均安安放在在浮箱箱頂部部，管管段本本身則則另用用6根錨索索定位位，其其定位位卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)則則安設(shè)設(shè)在定定位塔塔頂部部。船組(四駁)杠吊法法每組船船體由由兩只只鐵駁駁或兩兩組浮浮箱構(gòu)構(gòu)成，，將每每組鋼鋼梁(杠棒)兩頭擔(dān)擔(dān)在兩兩只船船體上上構(gòu)成成一個(gè)個(gè)船組組，再再將先先后兩兩個(gè)船船組用用鋼桁桁架梁梁連接接成整整體船船組(前后兩兩個(gè)船船組也也可不不用鋼鋼桁架架梁連連接)。船組組與管管段各各用6根錨索索定位位(均為四四邊錨錨與前前后錨錨)，所有有定位位卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)均均安設(shè)設(shè)在船船體上上，起起吊卷卷揚(yáng)機(jī)機(jī)安設(shè)設(shè)在““杠棒棒”上上，吊吊索的的吊力力通過過“杠杠棒””傳到到船體體上。。1-沉管;2-鐵駁;3-船組定定位索索;4-沉管定定位索索;5-杠棒;6-連接梁梁;7-定位塔塔10.3.7水下連連接水下混混凝土土連接接法應(yīng)用范范圍早期均均使用用該法法，目目前只只用于于最終終接頭頭連接接。施工方方法水中安安放圓圓弧形形堰板板，圍圍成圓圓形鋼鋼圍堰堰，往往圍堰堰內(nèi)灌灌筑水水下混混凝土土，形形成管管段連連接。。水力壓壓接法法作用原原理利用作作用在在管段段上的的巨大大水壓壓力使使安裝裝在管管段前前端面面周邊邊上的的一圈圈膠墊墊發(fā)生生壓縮縮變形形，形形成一一個(gè)水水密性性相當(dāng)當(dāng)可靠靠的管管段接接頭。。水力壓壓接的的步驟驟：1）對(duì)位位；2）拉合合；3）壓接接主要是是墊平平基槽槽底部部，有有刮鋪鋪、噴噴砂、、壓砂砂法。。刮鋪法法在管段段沉放前前采用用專用用刮鋪鋪船上上的刮刮板在在基槽槽底刮刮平鋪鋪墊材材料(粗砂或或碎石石或砂砂礫石石)作為管管段基基礎(chǔ)。。采用刮刮鋪法法開挖挖基槽槽底應(yīng)應(yīng)超挖挖60~80cm，在槽槽底兩兩側(cè)打打數(shù)排排短樁樁安設(shè)設(shè)導(dǎo)軌軌，以以便在在刮鋪鋪時(shí)控控制高高程和和坡度度。10.3.8基礎(chǔ)施施工噴砂法法從水面面上用砂砂泵將將砂、、水混混合料料通過過伸入入管段段底下下的噴噴管向向管段段底噴噴注、、填滿滿空隙隙。砂砂墊層層厚度度1m左右。?？裳刂壍赖揽v向向移動(dòng)動(dòng)的臺(tái)臺(tái)架外外側(cè)掛掛三根根L形鋼管管，中中間為為噴管管兩側(cè)側(cè)為吸吸管。。壓砂法法在管段段沉放放后向向管段段底面面壓注注水泥泥砂漿漿或砂砂作為為管段段基礎(chǔ)礎(chǔ)。根根據(jù)壓壓注材材料不不同分分成壓漿法法和壓砂法法兩種。壓漿法法：開控控基槽槽時(shí)應(yīng)應(yīng)超挖挖1m左右，，然后后攤鋪鋪一層層厚40~60cm的碎石石。兩兩側(cè)拋拋堆沙沙石封封閉檻檻后，，通過過隧道道內(nèi)預(yù)預(yù)留壓壓漿孔孔注入入由水水泥、、膨潤(rùn)潤(rùn)土、、黃砂砂和緩緩凝劑劑配成成的混混合砂砂漿。。壓砂法法：與壓壓漿法法相似似，但但注漿漿材料料為砂砂水混混合物物。10.4沉管隧隧道施施工特特點(diǎn)（1）隧道道深度度與其其它隧隧道相相比，，因能能夠設(shè)設(shè)置在在只要要不妨妨礙通通航的的深度度下，，故隧隧道全全長(zhǎng)可可以縮縮短；；（2）隧道道管段段是預(yù)預(yù)制的的，質(zhì)質(zhì)量好好，水水密性性高；；（3）造價(jià)價(jià)較低低。水水下挖挖土與與管段段制作作成本本較低低，短短于盾盾構(gòu)隧隧道；；（4）工期期短，，對(duì)航航運(yùn)干干擾小小。管管段在在干塢塢中呈呈長(zhǎng)段段預(yù)制制，沉沉放連連接時(shí)時(shí)間短短，對(duì)對(duì)航運(yùn)運(yùn)干擾擾次數(shù)數(shù)少、、時(shí)間間短。。沉管管