沉管法施工技術(shù)講義（PPT40）

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