沉管隧道设计讲义（PPT24页）

1、沉管隧道设计（Design of Immersed Tube Tunnel）内容 (Content)何为沉管施工法？沉管隧道类型发展历史沉管隧道优点沉管隧道适应条件典型沉管隧道布置设计内容 施工步序结构设计防水设计何为沉管施工法？ 把预制好的钢管或混凝土管段，一段段浮运并沉放在水中事先开挖好的沟槽中，在水中拼装连成一体，形成沉管隧道沉管隧道类型分类标准用 途断面形状材 料隧道种类（1）铁路隧道（2）道路隧道（3）人行隧道（4）水工隧道等（1）圆形（2）八角形（3）矩形等（1）钢材（2）钢筋混凝土发展历史 第一条沉管隧道：美国波士顿的雪莉排水管隧洞于1894年建成，直径2.6米，长96米，由6节

2、钢壳圆管加砖砌的管段连接而成(第一代沉管隧道)第一条沉管铁路隧道：美国底特律河的铁路隧道于1910年建成，水下段由10节长80米的钢壳圆管管段组成(第一代沉管隧道)第一条沉管道路隧道 & 第一条钢筋混凝土沉管隧道：美国加利福尼亚州的奥克兰与阿拉梅达之间的波西隧道，于1928年建成,水下段长744米，使用12节62米长的钢筋混凝土圆形管段，其外径为11.3米(第一代沉管隧道)第一条矩形断面沉管隧道：荷兰的马斯河道路隧道于1941年建成，管段用钢筋混凝土制成矩形结构，内设4车道并附设自行车和人行的专用通道，管段断面为24.88.4米,外面用钢板防水(第二代沉管隧道)50年代以后，由于水下连接技术的

3、突破采用水力压接法，并应用橡胶垫圈作止水接头，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。之后在世界上很多国家与地区如丹麦、荷兰、日本、中国香港、中国台湾等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧道)中国于1993年建成第一条沉管隧道广州珠江沉埋隧道，之后相继建成了宁波甬江隧道、常洪隧道、上海外环隧道等 沉管隧道优点采用沉管法施工的水下隧道，比用盾构法施工具有较多优点,主要有：(1)容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水概率大为减少(2)工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道

4、每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低(3)在隧道现场的施工期短。因预制管段等大量工作均不在现场进行(4)操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业(5)断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳48车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道(6)容易与周边道路和立交相连接。因沉管隧道埋深浅，要求更短的进（出）口段长度沉管隧道适应条件适合于沉管法施工的主要条件：水道河床稳定-便于顺利开挖沟槽，减少土方量水流不能过急-便于管段浮运、定位和沉放 典型沉管隧道布置设计内容工程总体及

5、线路设计隧道结构设计施工步序设计防水设计通风设计给排水、消防设计照明设计供电设计交通设施设计内装设计监控系统设计抗灾、防灾设计施工步序沉管隧道施工大致包括以下八个步骤：第一步：干坞开挖（用于制作预制管段）第二步：预制管段制作第三步：干坞进水，打开坞门施工步序第四步：沉放基槽开挖及清淤第五步：将预制管段浮运至基槽指定位置第六步：管段沉放及接头安装施工步序第七步：基础处理第八步：基槽回填覆盖结构设计沉管隧道结构设计包括：(1)管段结构设计(2)管段浮力设计(3)附属结构设计(4)管段基础设计 结构设计(1)管段结构设计A) 包括设计结构横断面、端钢壳、管段接头等B) 荷载：结构自重、设备荷载、土压

6、力、水压力、基础抗力、混凝土收缩、地基沉降、车辆荷载、温度荷载、施工荷载、爆炸荷载、沉船荷载、地震力等。C) 计算模型：结构设计D) 荷载组合管段横向静力计算工况工况号工况描述荷 载1施工阶段管段预制阶段自重、施工荷载2管段浮运阶段自重、施工荷载、水压力3管段沉放阶段自重、施工荷载、水压力、基础抗力4运营阶段考虑永久荷载自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、混凝土收缩5考虑车辆荷载工况4荷载+车辆荷载（细分：考虑中孔满载、边孔满载和全部满载情况）6考虑温度荷载工况4荷载+温度荷载（温升与温降）7考虑车辆与温度荷载工况5荷载+温度荷载（温升与温降）8特殊工况考虑爆炸荷载工况5荷载或工况6荷载+爆炸

7、荷载9考虑沉船荷载工况5荷载或工况6荷载+沉船荷载10考虑地震荷载工况4荷载+地震荷载结构设计管段纵向静力计算工况工况号工况描述荷 载1施工阶段管段浮运阶段自重、施工荷载、水压力2管段临时支撑阶段自重（含压重）、施工荷载、水压力、支撑力3运营阶段考虑永久荷载自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、混凝土收缩4考虑车辆荷载工况3荷载+车辆荷载5考虑地基不均匀自重、设备荷载、水土压力、混凝土收缩、不均匀基础抗力6考虑沉船荷载工况4荷载+沉船荷载结构设计(2)管段浮力设计浮运阶段管段干舷高度设计为保持稳定，管段在浮（拖）运阶段必须露顶，设计干舷高度一般为1015cm计算干舷高度时，需考虑制作误差、结构含

8、钢量、水密度等的影响沉放后管段抗浮设计工况一：未回填覆盖时管段的抗浮安全系数工况二：考虑回填覆盖时管段的抗浮安全系数结构设计(3)附属结构设计包括设计端封门、压舱水箱、剪切键、鼻托、临时支撑、管顶设施等。端封门：密封管段的临时性结构，由钢梁、混凝土板和预埋枕梁构成，整扇封门按梁板体系设计（简支梁+等跨连续板），考虑水压力及因四点支撑和管段对接时应力集中的影响压舱水箱：在管段起浮、拖运、沉放阶段调整管段平衡和提供必要的负浮力。水箱容量（或个数）须满足沉放就位后管段抗浮安全系数大于规定值（如1.04)结构设计剪切键与鼻托：包括垂直剪切键与水平剪切键。根据管段不均匀沉降时产生的垂直剪切力设计垂直剪切

9、键，根据由地震所引起的水平剪切力设计水平剪切键。水平剪切键在拆除压舱水箱之后安装，上垂直剪切键（鼻托）在管段预制时制作，下垂直剪切键须待管段沉放对接之后方可施工临时支撑：管段沉放时，一段支撑在鼻托上，另一段用千斤顶支撑于临时支撑（钢管桩、垫块等）。临时支撑须提供满足设计要求的承载力和负浮力管顶设施：包括吊点、人孔、定位塔、拉合装置等。结构设计(4)管段基础处理 目的：使管段沟槽底面平整 由于浮力的存在，沉管隧道对基础承载力要求不高，但由于开挖后的基槽非常不平整，如不处理，会产生导致结构破坏的不均匀沉降处理方法：灌砂法、喷砂法等技术标准：灌砂基础压缩量和抗压强度防水设计 包括管段结构自身防水与管段接头密封防水，本培训仅简单介绍管段接头密封防水双止水带防水：GINA 和 OMEGA为何采用双止水带？防水双重保障，无需担心渗漏水GINA止水带与钢端壳结合不紧密（地震或基础不均匀沉降造成）时，OMEGA承担防水任务可拆卸、修复、更换OMEGA止水带防水设计 施工顺序及作用机理GINA止水带固定