地下工程施工沉管隧道施工

地下工程施工沉管隧道施工第1頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工沉管隧道施工

沉管法：就是在水底預(yù)先挖好溝槽，把在陸地上特殊場(chǎng)地預(yù)制的適當(dāng)長(zhǎng)度的管段浮運(yùn)到沉放現(xiàn)場(chǎng)，順序地沉放到溝槽中并進(jìn)行連接，然后回填覆蓋成的隧道。第2頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工沉管隧道施工

第3頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工1概論1.1發(fā)展史

19世紀(jì)末，美國(guó)首先用沉管法建成波士頓的下水道工程，之后，于1910年用此法建成底特律河水底鐵路隧道，這是世界上第一條沉管建造的鐵路隧道。日本是東亞第一個(gè)建成沉管隧道的國(guó)家。自1944年第一條沉管道路隧道－庵治河隧道通車以來(lái)，已建成鐵路和公路隧道18條。目前世界上最長(zhǎng)的沉管隧道是美國(guó)舊金山海灣地區(qū)快速交通隧道，全長(zhǎng)5825米，由58節(jié)管段組成。管段最寬的隧道是比利時(shí)亞珀?duì)査淼溃瑢掃_(dá)53.1m，全長(zhǎng)336m。單節(jié)管段最長(zhǎng)的隧道是荷蘭海姆斯普爾隧道，最長(zhǎng)一節(jié)管段長(zhǎng)268m，寬21.5m重50000KN。第4頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工1.1發(fā)展史

根據(jù)國(guó)際隧道協(xié)會(huì)沉管與懸浮式隧道到1994年的統(tǒng)計(jì)資料，世界各國(guó)已建、在建或擬建的沉管隧道共有93條，就管段制作而言，混凝土隧道59條，鋼殼隧道34條；從使用功能上來(lái)看，公路隧道61條，鐵路隧道26條（包括地鐵隧道），公路、鐵路兩用隧道4條，人行隧道2條；就管段橫截面形狀來(lái)說(shuō)，矩形截面隧道73條，圓形（含花籃形、八角形、馬蹄形、橢圓形）截面隧道20條；從規(guī)模上看，早期的沉管多為雙車道或四車道，從60年代中期，陸續(xù)建成一些六車道隧道，到目前世界已建的6／8車道共有19條。第5頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工1.1發(fā)展史

在我國(guó)，香港和臺(tái)灣借助國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)共建成四條沉管隧道，中國(guó)大陸第一條沉管道路隧道－廣州珠江隧道于1993年底通車，已建成寧波甬江隧道。我國(guó)目前的沉管隧道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)還處在積累經(jīng)驗(yàn)階段，但我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展為其進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。如上海外環(huán)線吳淞口越江隧道確定采用沉管法隧道。由于多車道沉管隧道明顯節(jié)約投資，因此沉管隧道在我國(guó)具有廣闊的前景。第6頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工1.2方法實(shí)質(zhì)先在干塢中或船臺(tái)上預(yù)制大型砼箱形構(gòu)件，或是砼和鋼的組合箱形構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)60～140m，并于兩端用臨時(shí)隔墻封閉，用拖輪拖至預(yù)沉位置，定位后，將這些構(gòu)件沉放在河床上預(yù)先浚挖好的溝槽中并聯(lián)接起來(lái)，回填砂石，拆除隔墻形成隧道。第7頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工第8頁(yè)/共82頁(yè)1.3、優(yōu)點(diǎn)1對(duì)地質(zhì)水文適應(yīng)能力強(qiáng)因在基槽中開挖較淺，基槽開挖和基礎(chǔ)處理的施工技術(shù)比較簡(jiǎn)單因沉管受到水的浮力，作用于地基的荷載較小因管段采用先預(yù)制再浮運(yùn)沉放的施工工藝，避免了難度較大的水下作業(yè)，故可在深水施工，且對(duì)潮差和水流速的適應(yīng)能力強(qiáng)沉管隧道施工第9頁(yè)/共82頁(yè)2可淺埋與兩岸道路銜接容易與埋深較大的盾構(gòu)隧道相比，沉管隧道路面標(biāo)高可抬高，與岸上道路隧道很容易銜接1.3、優(yōu)點(diǎn)沉管隧道施工第10頁(yè)/共82頁(yè)第11頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工第12頁(yè)/共82頁(yè)3防水性能好每節(jié)預(yù)制管段很長(zhǎng)，一般約100m,而盾構(gòu)隧道預(yù)制管片環(huán)寬僅為1m，因而沉管隧道接縫數(shù)量少4沉管隧道施工工期短由于每節(jié)預(yù)制管段較長(zhǎng)，一條沉管隧道只用幾節(jié)預(yù)制管段就可完成，預(yù)制管段和基槽開挖可同時(shí)進(jìn)行，且預(yù)制管段不在隧址，施工干擾時(shí)間短1.3、優(yōu)點(diǎn)沉管隧道施工第13頁(yè)/共82頁(yè)5沉管隧道造價(jià)低水底挖基槽土方量少，比地下挖土單價(jià)低，管段預(yù)制與盾構(gòu)相比，所需費(fèi)用低。6施工條件好沉管隧道施工時(shí)，預(yù)制和浮運(yùn)沉放管段等主要工序大部分在水上進(jìn)行，水下作業(yè)極少，除少數(shù)潛水工外，工人們都在水上作業(yè)，且不需在氣壓下工作1.3、優(yōu)點(diǎn)沉管隧道施工第14頁(yè)/共82頁(yè)7沉管可作成大斷面多車道一個(gè)隧道橫斷面可同時(shí)容納4～8條車道。而結(jié)構(gòu)尺寸不限。對(duì)盾構(gòu)受尺寸限制，一般只能雙車道1.3、優(yōu)點(diǎn)沉管隧道施工第15頁(yè)/共82頁(yè)1.4、沉管隧道類型按斷面形狀圓形沉管隧道施工第16頁(yè)/共82頁(yè)矩形沉管隧道施工第17頁(yè)/共82頁(yè)按管段制作方式船臺(tái)型沉管隧道施工第18頁(yè)/共82頁(yè)干塢型沉管隧道施工第19頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道施工第20頁(yè)/共82頁(yè)浮船塢沉管隧道施工第21頁(yè)/共82頁(yè)干塢第22頁(yè)/共82頁(yè)管段預(yù)制第23頁(yè)/共82頁(yè)防錨層施工第24頁(yè)/共82頁(yè)沉管隧道內(nèi)部第25頁(yè)/共82頁(yè)2沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1、沉管結(jié)構(gòu)浮力計(jì)算計(jì)算內(nèi)容干舷浮力計(jì)算抗浮安全系數(shù)計(jì)算1干舷：能保持管頂露出水面的管段外露高度，對(duì)矩形截面管段，高度多為10～15cm。對(duì)矩形斷面，太小，制作困難；太大，消除干舷下沉的壓載水容量太大計(jì)算方法：按最大的砼容重，最大的砼體積和最小的河水比重計(jì)算干舷沉管隧道施工第26頁(yè)/共82頁(yè)抗浮安全系數(shù)K

K＝管段總重／管段排水重K=1.05～1.10管段沉放階段K=1.2～1.5管段使用階段設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)按最小的混凝土容重和體積，最大的河水比重來(lái)計(jì)算各階段的抗浮安全系數(shù)。沉管隧道施工第27頁(yè)/共82頁(yè)2.2、作用在沉管上的荷載和結(jié)構(gòu)分析（一）、作用在沉管上的荷載1結(jié)構(gòu)自重管段重量：砼(23.7～21)+鋼筋(1.6～2.05)KN/m3壓載混凝土重量：22.5KN/m3路面鋪裝重量沉管隧道施工2水壓力主要荷載之一，分別計(jì)算高、低潮位和百年一遇的特大洪水位的水壓力第28頁(yè)/共82頁(yè)3土壓力主要荷載，但不一定是常荷載，表示河床底面到管段頂面的土重。隧道剛建時(shí)，可能很小，以后逐漸增加4浮力浮力＝排水重5施工荷載：封端墻、定位塔、出入洞、壓載水柜、索具、浮箱等重量。6波浪力：在浮運(yùn)時(shí)發(fā)生7流水壓力：在浮運(yùn)時(shí)發(fā)生2.2、作用在沉管上的荷載和結(jié)構(gòu)分析第29頁(yè)/共82頁(yè)8負(fù)摩阻力：管段橫向外側(cè)覆土沉降到管段的向下摩擦力9車輛荷載：在道路隧道中，如果路面鋪設(shè)在壓載混凝土層上面，則可略去車輛活載對(duì)管段的影響。10地基反力2.2、作用在沉管上的荷載和結(jié)構(gòu)分析第30頁(yè)/共82頁(yè)偶然荷載：11沉船荷載12投錨與拖錨荷載13車行隧管內(nèi)的爆炸力2.2、作用在沉管上的荷載和結(jié)構(gòu)分析第31頁(yè)/共82頁(yè)二、作用在沉管上的荷載其他荷載：砼收縮、變溫影響、不均勻沉降、地震（二）、結(jié)構(gòu)分析

1橫斷面結(jié)構(gòu)在水底隧道沉管結(jié)構(gòu)中，常采用變截面或折線形結(jié)構(gòu)。即使在同一節(jié)管段（一般長(zhǎng)度為100m左右）中，因隧道縱坡和河底標(biāo)高的變化，各處斷面所受水、土壓力也不同（特別在接近岸邊時(shí)），因此一般不能只以一個(gè)橫斷面的結(jié)構(gòu)分析來(lái)進(jìn)行整節(jié)管段的分析計(jì)算。工作量大，常采用電算的方式進(jìn)行?？刹捎靡话愕钠矫鏃U系結(jié)構(gòu)分析的通用程序進(jìn)行計(jì)算。第32頁(yè)/共82頁(yè)2縱向結(jié)構(gòu)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)的施工荷載、波浪力所引起的內(nèi)力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按彈性地基梁理論進(jìn)行計(jì)算。

3配筋因抗剪的需要，沉管應(yīng)采用較高標(biāo)號(hào)的混凝土，一般采用28天強(qiáng)度為300～450kg/cm2混凝土。由于沉管結(jié)構(gòu)不容許出現(xiàn)任何通透性的裂縫；非通透性的裂縫開展的寬度應(yīng)控制在0.15～0.2mm以下。因此不宜采用Ⅲ級(jí)及Ⅲ級(jí)以上的鋼筋。第33頁(yè)/共82頁(yè)3管段制作一、臨時(shí)干塢：位置應(yīng)選擇距隧址較近，地質(zhì)條件較好，便于浮運(yùn)的地方（一）干塢規(guī)模：根據(jù)工程規(guī)模、管段長(zhǎng)寬尺寸和管段數(shù)量，結(jié)合塢址的地形、地質(zhì)條件、工期、土地使用費(fèi)和施工設(shè)備綜合考慮。第34頁(yè)/共82頁(yè)1一次預(yù)制管段時(shí)的干塢在干塢內(nèi)一次完成所有管段的制作，它只需放一次水進(jìn)干塢，干塢不需要閘門，施工簡(jiǎn)便，干塢僅用土圍堰或鋼板圍堰作塢首。管段出塢時(shí)，拆除塢首圍堰便可將管段浮運(yùn)出塢。規(guī)模大，占地多，適用于：工程量較小，管段數(shù)量少，土地價(jià)格低和塢址地質(zhì)條件較差的工程。3管段制作第35頁(yè)/共82頁(yè)2分批預(yù)制管段時(shí)的干塢分批預(yù)制管段是在干塢內(nèi)分批制作管段，每批管段預(yù)制完成，就放一次水進(jìn)塢，使之浮運(yùn)出塢，干塢的塢門需開啟多次，這種干塢規(guī)模小，占地少，造價(jià)低，重復(fù)使用率高，而且有利于與其它施工程序配合縮短工期。但這種方式也有不少缺點(diǎn)：①若不采用啟閉式塢門（閘門），則每次修復(fù)塢門難度大。若采用閘門式塢門，造價(jià)又高。②先批出塢后沉放的管段，至少有一端擱置在基槽中的臨時(shí)支座上，需待幾個(gè)月時(shí)間才能與后批管段相接，這樣不利于先沉放管段的穩(wěn)定，其安全難于保證。③原已開挖的基槽，在后批管段出塢時(shí)己有回淤，且難于清除，將影響后批管段基礎(chǔ)的質(zhì)量。第36頁(yè)/共82頁(yè)④重復(fù)使用干塢，反復(fù)灌水、排水，抽水時(shí)難以保證干塢邊坡的穩(wěn)定性。重復(fù)使用干塢還會(huì)造成難以徹底清除塢底墊層上的淤泥，必然影響塢底的透水性，削弱塢底防排水能力與承載力，從而影響再次預(yù)制管段的質(zhì)量，對(duì)管段上浮也不利，甚至造成吸附現(xiàn)象而使管段平衡失控。⑤分批預(yù)制管段會(huì)增加塢底施工設(shè)備的拆遷和再組裝工作，使臨時(shí)工程費(fèi)用增加。⑥后批管段浮運(yùn)時(shí)，可能需要再次對(duì)臨時(shí)航道進(jìn)行疏浚工作。為克服上述缺點(diǎn)，在丹麥至瑞典跨海聯(lián)絡(luò)線的厄勒海峽水底沉管隧道的分批預(yù)制管段干塢中采用了兩級(jí)干塢的型式，即干塢由淺水槽和深水槽組成。采用船閘的方式逐段發(fā)送管段單元。第37頁(yè)/共82頁(yè)（二）干塢的構(gòu)造干塢一般由塢墻、塢底、塢首及塢門、排水系統(tǒng)、車道組成第38頁(yè)/共82頁(yè)干塢的深度應(yīng)保證管段在制成后能順利地進(jìn)行安裝工作并浮運(yùn)出塢，要求塢室深度能使管段在低水位時(shí)露出水面，高水位時(shí)有足夠的水深以安設(shè)浮箱，中水位時(shí)能自由浮升。此外為確保安全管段在浮起時(shí)，底部的富余深度為1m。管段制作：注意所設(shè)置施工縫和變形縫并密封第39頁(yè)/共82頁(yè)第40頁(yè)/共82頁(yè)第41頁(yè)/共82頁(yè)第42頁(yè)/共82頁(yè)第43頁(yè)/共82頁(yè)第44頁(yè)/共82頁(yè)第45頁(yè)/共82頁(yè)第46頁(yè)/共82頁(yè)（二）管段預(yù)制一）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保證浮運(yùn)時(shí)有規(guī)定的干舷高度由于矩形管在浮運(yùn)時(shí)的干舷高度僅為10～15cm，占管段全高的1.2～2%，確保管段的容重變化控制在既不使管段出現(xiàn)下沉，也不使管段上浮過(guò)多。制定嚴(yán)密的接縫防滲漏措施管段的縫隙主要有縱向施工縫和豎向變形縫。（1）縱向施工縫縱向施工縫由于混凝土底板和上部管段的不同時(shí)澆注產(chǎn)生，主要由于水泥的水化熱作用而引起的。防止措施應(yīng)從防止混凝土的開裂出發(fā)。包括合理組成混凝土，降低溫差等。第47頁(yè)/共82頁(yè)2）變形縫在垂直于隧道軸線方向設(shè)置，把每一管段分割成若干節(jié)段，每一段節(jié)段的長(zhǎng)度一般在15～20m。用于較長(zhǎng)的混凝土管段（節(jié)）單元連接和抵抗差異沉降和由溫差所造成的變形。接縫應(yīng)設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)的中斷處。變形縫的構(gòu)造應(yīng)滿足三個(gè)主要要求：能適應(yīng)一定幅度的線變形和角變形；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。第48頁(yè)/共82頁(yè)2）變形縫第49頁(yè)/共82頁(yè)第50頁(yè)/共82頁(yè)第51頁(yè)/共82頁(yè)4水底浚挖用改裝后的挖泥船，沉管基槽斷面第52頁(yè)/共82頁(yè)第53頁(yè)/共82頁(yè)第54頁(yè)/共82頁(yè)5管段沉設(shè)與水下聯(lián)接一、沉設(shè)方法管段浮運(yùn)：已完成的管段自干塢向預(yù)定沉放位置的運(yùn)輸塢內(nèi)浮起－出塢－系泊等待－托運(yùn)至隧址第55頁(yè)/共82頁(yè)第56頁(yè)/共82頁(yè)第57頁(yè)/共82頁(yè)第58頁(yè)/共82頁(yè)二、沉設(shè)作業(yè)（一）沉設(shè)準(zhǔn)備完成溝槽清淤水上管制（二）管段的沉設(shè)方法有許多種，歸納起來(lái)有：

第59頁(yè)/共82頁(yè)第60頁(yè)/共82頁(yè)第61頁(yè)/共82頁(yè)第62頁(yè)/共82頁(yè)第63頁(yè)/共82頁(yè)第64頁(yè)/共82頁(yè)第65頁(yè)/共82頁(yè)第66頁(yè)/共82頁(yè)第67頁(yè)/共82頁(yè)自升式海上作業(yè)平臺(tái)第68頁(yè)/共82頁(yè)第69頁(yè)/共82頁(yè)（三）管段下沉：管段下沉的全過(guò)程，一般需要2～4小時(shí)，沉設(shè)周期多為