沉管结构施工介绍（PPT40页）

1、第11章沉管结构概述沉管结构的设计沉管的防水设计变形缝与管段接头设计沉管基础设计11.1 概述水底隧道的主要施工方法水底隧道的施工中，采用明挖施工最为简单，较常用的是盾构法和沉管法。20世纪50年代起，沉管法的主要技术难关相继突破，它的施工方便、防水可靠、造价便宜，逐渐取代了盾构法。沉管法的主要优点：隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短；隧道主体结构在干坞中工厂化预制，可保持良好的制作质量和水密性；对地基的适应性强；接头数量少，防水性能好。沉管法的主要缺点：需要一个占用较大场地的干坞；基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大，另外，河、海床地形地貌复杂的情况下，增加施工难度和造价

2、；管节浮运、沉放作用需考虑水文、气息条件等的影响。盾构法与沉管法优缺点对照表项目盾构法沉管法隧道埋深应保持一定的覆土厚度最小宜为（0.6-1）D，D为隧道直径可紧贴河床甚至高出河床隧道长度相对较长相对较短断面形状基本为圆形，一般容纳两车道断面形状多为矩形，可容纳4，6或更多车道防水性能纵、环向接头数量多、防水性能相对较差接头数量少，防水性能好对航运影响无影响有影响水文、气象条件不受限制要考虑水文、气象条件影响地质条件影响与地质条件密切相关较弱地层均可适应施工期对地面的影响可能产生地面变形施工期岸边隧道开挖有影响沉管隧道施工沉管施工法简介沉管施工法，也称为预制管段施工法、沉放施工法等。沉管施工场

3、景图沉管隧道的特点隧道的施工质量容易控制。建筑单价和工程总价均较低。施工工期短。操作条件好。对地质条件的适应性强。适用水深范围几乎是无限制的。断面形状选择的自由度大，断面空间的利用率较高。水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。施工时须与航道部门密切配合，采取措施保证坑道畅通。沉管隧道的设计设计内容主要有：总体几何设计；结构设计；通风设计；照明设计；内装设计；给排水设计；供电设计；运行管理设施设计等。11.2 沉管结构的设计沉管结构的类型钢壳沉管 外壁或内外壁均为钢壳，中间为钢筋混凝土或混凝土，钢壳和混凝土共同受力的复杂结构。钢筋混凝土沉管。 主要由钢筋混凝土组成，外涂防水材料。沉管结构形式圆形

4、八角形花篮形沉管结构的荷载序号荷载类型横向纵向基本荷载1水土压力、结构自重、管段内外压载重2管内建筑及车辆荷载3混凝土收缩应力4浮力、地基反力 附加荷载5施工荷载6温差应力7不均匀沉降产生的应力偶然荷载8沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载9地震荷载沉管荷载表作用在管段结构上的水压力是主要荷载。沉降摩擦力是在覆土回填后，沟槽底部受荷不均，沉降也不均的情况下发生的。地基反力分布规律反力按直线分布；反力强度与各点地基沉降量成正比；假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。管段计算根据不同阶段进行荷载组合，一般有以下几种：基本荷载基本荷载+附加荷载基本荷载+偶然荷载沉管结构的浮力设计干舷管段在浮运时，

5、为了保持稳定，必须使其管顶露出水面，露出的高度就是干舷。具有一定干舷的管段，遇到风浪而发生倾侧后，产生一个反倾力矩，保持平衡。干舷高度过小稳定性差，过大不容易沉设。浮力设计时，应按最大的混凝土重度，最大的混凝土体积和最小的河水密度来计算干舷。抗浮安全系数在管段沉设施工阶段，应采用1.051.10的抗浮安全系数；施工阶段的抗浮安全系数必须大于1.05；覆土完毕厚的使用阶段，应采用1.21.5的抗浮安全系数；进行浮力设计时，应按最小的混凝土容重和体积，最大的河水比重来计算各个阶段的抗浮安全系数。沉管结构的外轮廓尺寸沉管结构的全高以及其他外廓尺寸的确定必须满足抗浮设计要求。沉管的结构沉管结构计算与配

6、筋横向结构计算结构分析经过“假定构件尺寸分析内力修正尺寸复算内力”的几次循环。不能仅按一个横断面的结构分析结果来进行整节管段的横向配筋。纵向结构计算施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时施工荷载所引起的内力。施工阶段的纵向受力分析，一般按弹性地基梁理论计算。结构验算及配筋沉管结构的混凝土28天强度等级，宜采用C30C45。沉管结构在外防水层保护下的最大容许裂缝宽度为0.150.2mm，因此不宜采用级或级以上的钢筋。序号荷载组合提高率A结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+高潮水压力0%B结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+低潮水压力0%C结构自重+保护

7、层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+台风时或特大洪水位水压力30%DA+变温影响15%EA+特殊荷载（如沉船、地震等）混凝土的主拉应力30%F其他应力50%不同荷载组合条件相应的提高率预应力的应用沉管的结构厚度不是由强度决定，而是由抗浮安全系数决定，所以沉管隧道多采用普通钢筋混凝土结构。但当隧道跨度大，而且水、土压力较大时，这时采用预应力。在沉管结构的横断面上采用预应力时，有两种做法：一种是全预应力，一种是部分预应力。阿尔曼德斯隧道断面哈瓦那市的阿尔曼德斯河下的水底道路隧道是世界上第一条采用预应力混凝土的沉管隧道。勒方汀隧道断面在隧孔跨中，于顶、底板之间设置临时性的对拉预应力筋。11.3 沉

8、管的防水设计沉管的防水措施早起的沉管隧道，管段沉设以后使用阶段的防水层是钢壳。20世纪40年代初，采用四边包裹的钢壳。20世纪50年代后，采用三边包裹的钢壳。20世纪60年代初，在一些沉管隧道中采用柔性防水，完全不用钢板。钢壳与防水钢板钢壳的缺点：耗钢量大；焊接质量不保证；防锈问题仍未切实解决；钢板与混凝土之间粘结不良。钢壳防水昂贵而不可靠，逐渐改用钢板防水。防水钢板的构造卷材防水与涂料防水卷材防水层是用胶料把多层沥青类卷材或合成橡胶卷材胶合成的粘贴式防水层。卷材粘贴完毕后，需在外边加保护层。因为延伸率还不够，涂料在管段防水上尚未普遍推广涂料防水施工工艺较繁，抗拉伸能力较差。11.4 变形缝与

9、管段接头设计变形缝的布置与构造常见的收缩裂缝两侧浇筑的混凝土，龄期、弹性模量、剩余收缩率均不相同，后浇筑的混凝土不能自由收缩，而受到偏心受拉内力的作用，常产生收缩裂缝。有效措施是设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，把每节管段分剖成若干节段。节段长度一般为1520m变形缝的布置变形缝的构造满足三个要求：能适应一定幅度的线变形与角变形。施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力。变形前后均能防水。变形缝的临时传力措施图变形缝的抗剪措施止水缝带在变形缝的各组成部分中，最为主要，既能适应变形，又能有效的堵住渗漏的止水缝带。普遍的是橡胶止水带和钢边橡胶止水带。橡胶止水带式用天然橡胶或含胶率大于70%的天然橡胶，

10、或合成橡胶制成。形式有平板形和带管孔的。钢边橡胶止水带管段接头管段接头的功能和要求水密性的要求，在施工和运营各阶段均不漏水。接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力。接头的各构件功能明确，造价适度。接头的施工性好，施工质量能保证。并尽量做到能检修。常用接头GINA止水带、OMEGA止水带以及水平剪切键、竖直剪切键、波形连接件、端钢壳及相应的连接件。GINA止水带接头构造图水下连接方法水下混凝土连接法和水力压接法。常用的是水力压接法， 其工艺简单、施工方便、质量可靠、工料费省。水下压接示意图11.5 沉管基础设计地质条件与沉管基础在水底沉管隧道中，因作用在沟槽底面的荷载，在设置沉管后非但未增加，反而减小了。管段底面上的压力变化沉管隧道对各种地质条件的适应性很强。基础处理开槽作业中，挖成后的槽底表面总有相当程度的不平整，因此必须进行基础处理垫平。基础处理先铺法后填法刮铺法刮砂法刮石法灌砂法喷砂法灌囊法压砂浆法压混凝土法软弱土层中的沉管基础以砂置换软弱土层打砂桩并加荷预压减轻沉管重量采用桩基