沉管隧道技术讲义（PPT22）

沉管隧道技术术第四组：欧阳阳俊峰、孔翎翎旭、苏冠宇宇、朱振杰、、鄢然、赵腾腾飞汇报提纲1234沉管技术及其其发展实例与展望沉管隧道的关关键技术桥隧方案比选选沉管技术及其其发展沉管法是预制制管段沉放法法的简称，是是在水底建筑筑隧道的一种种施工方法。。其施工顺序序是先在船台台上或干坞中中制作隧道管管段（用钢板板和混凝土或或钢筋混凝土土），管段两两端用临时封封墙密封后滑滑移下水（或或在坞内放水水），使其浮浮在水中，再再拖运到隧道道设计位置。。定位后，向向管段内加载载，使其下沉沉至预先挖好好的水底沟槽槽内。管段逐逐节沉放，并并用水力压接接法将相邻管管段连接。最最后拆除封墙墙，使各节管管段连通成为为整体的隧道道。在其顶部部和外侧用块块石覆盖，以以保安全。水底隧道的水水下段，采用用沉管法施工工具有较多的的优点。50年代起，由于于水下连接等等关键性技术术的突破而普普遍采用，现现已成为水底底隧道的主要要施工方法。。用这种方法法建成的隧道道称为沉管隧隧道。沉管技术及其其发展沉管技术具体体施工沉管管技技术术及及其其发发展展沉管管技技术术具具体体施施工工沉管管技技术术及及其其发发展展世界界沉沉管管隧隧道道的的历历史史世界界沉沉管管技技术术的的研研究究始始于于1810年首首次次在在伦伦敦敦进进行行的的沉沉管管隧隧道道试试验验,但试试验验未未能能解解决决防防水水问问题题。。直直到到1896年美美国国首首次次利利用用沉沉管管法法建建成成穿穿越越波波士士顿顿港港的的输输水水隧隧洞洞和和1910年在在美美国国建建成成底底特特律律水水底底铁铁路路隧隧道道才才宣宣告告沉沉管管法法的的成成功功诞诞生生。。荷荷兰兰于于1942年首首次次建建成成位位于于鹿鹿特特丹丹的的Mass隧道道,即世世界界上上首首次次采采用用矩矩形形钢钢筋筋混混凝凝土土管管段段建建成成的的沉沉管管隧隧道道。。1959年加加拿拿大大成成功功采采用用水水力力压压接接法法建建成成Deas隧道道。。沉沉管管隧隧道道关关键键技技术术的的突突破破,使得得沉沉管管法法很很快快被被世世界界各各国国普普遍遍采采用用。。美国国的的FortMcHenry隧道道、、荷荷兰兰的的Drecht隧道道和和中中国国上上海海外外环环隧隧道道为为目目前前世世界界上上车车道道数数最最多多的的沉沉管管隧隧道道,均为为8车道道。。美美国国BayAreaRapidTransit隧道道全全长长5825m,由58节管管段段组组成成,是世世界界上上最最长长的的沉沉管管隧隧道道之之一一。。目目前前世世界界上上建建造造沉沉管管隧隧道道最最多多的的国国家家为为美美国国、、荷荷兰兰和和日日本本。。据据统统计计,现在在全全世世界界已已有有约约150座沉沉管管隧隧道道。。沉管管隧隧道道技技术术的的发发展展沉管技术术自问世世以来,就不断被被工程界界改进和和完善。。从英国国人最初初的试验验,到美国人人修建实实际的沉沉管隧道道,直到荷兰兰人引进进后又进进行了新新的创新新,使沉管隧隧道技术术得到了了不断的的发展。。荷兰于于20世纪60年代发明明了Gina止水带,日本在此此基础上上又进行行了新的的研发。。基础处处理技术术方面,丹麦于40年代发明明喷砂法法,瑞典于60年代首先先采用灌灌囊法,荷兰在70年代发明明了压砂砂法,日本在70年代推出出压注混混凝土法法和压浆浆法。日日本在抗抗震方面面也开展展了大量量研究,并编写了了沉管隧隧道抗震震设计规规范。这这些技术术上的重重大革新新,对沉管隧隧道的发发展和应应用具有有重要意意义。水中悬浮浮隧道(SFT),在意大利利又称阿阿基米德德桥,是在沉管管技术基基础上发发展起来来的一种种跨越水水域的新新概念。。其基本本结构包包括悬浮浮在水面面以下一一定深度度的管状状结构、、锚固在在水下基基础的锚锚索装置置、桥体体管节之之间的连连接装置置和隧道道与两岸岸相连的的构筑物物等四个个部分。。水中悬悬浮隧道道已经被被欧洲、、美国和和日本等等国科技技界和政政府所关关注,但迄今世世界上还还没有建建成一座座水中悬悬浮隧道道,这方面仍仍处于理理论和试试验研究究阶段。。沉管技术术及其发发展(1)有有大吨位位船舶通通过江河河港湾时时,桥梁梁需要一一定的垂垂直净空空和引桥桥长度;而隧道道运营期期间不侵侵占航道道净空,不影响响水路航航运和港港口船舶舶的进出出,能有有效避免免航运和和桥梁之之间的矛矛盾。(2)在繁华区区域建造造越江工工程,桥桥梁方案案因引桥桥的建设设会涉及及大量拆拆迁和土土地占用用,进而而增加工工程造价价和工程程建造难难度。(3)城城市越江江工程型型式的选选择应兼兼顾考虑虑保障城城市安全全。水下下隧道交交通不受受恶劣天天气影响响,无论论刮风下下雨,均均能确保保隧道交交通安全全,使车车辆畅通通无阻地地全天候候运行。。(4)水水下隧道道可以一一洞多用用,能安安全稳定定地安排排各种市市政管道道穿越水水域。沉管隧道道与桥梁梁的比较较沉管法与与盾构法法是两种种重要的的隧道施施工方法法,而沉沉管法在在大型越越江工程程中呈现现许多明明显特点点。(1)大断断面多车车道的大大型隧道道,沉管管法明显显优于盾盾构法。。沉管隧隧道断面面形式可可多样,截面尺尺寸自由由度大;而盾构构隧道断断面受盾盾构机半半径影响响,尺寸寸有限,且断面面多为圆圆形,空空间利用用率低。。(2)防防水性能能好使得得沉管隧隧道在越越江工程程中优势势突出;而沉管管节段长长,接缝缝数量少少,相对对减少了了渗漏水水的机会会。(3)沉沉管隧道道主要施施工工序序可平行行进行,速度快快,施工工建设工工期短。。不同施工工方法隧隧道与隧隧道的比比较大型沉管管管段的的制作成成为沉管管法隧道道中技术术含量很很高,质质量要要求很严严的项目目,是沉沉管隧道道建设中中的关键键技术之之一。(1)管管段制作作精度高高。主要要体现在在对管段段总重量量、总体体积、干干坞高度度、沉放放对接精精度的要要求上。。(2)管管段防水水要求高高。主要要体现在在管段结结构不允允许出现现贯穿裂裂缝,尽尽量避避免和控控制表层层裂缝。。(3)由由于沉管管管段混混凝土体体积大、、导温系系数低、、早期的的绝热温温升和表表面散热热等各种种因素的的影响,会在在混凝土土内部产产生温度度应力;同时时由于混混凝土的的抗拉强强度低,而产产生稳定定裂缝。因此对沉管隧隧道混凝凝土的研研究,则则主要要集中在在温度场场及由之之产生的的应力场场的研究究上。通过检验验积累和和科学计算结果果表明,管段段侧墙内内存在较较大的拉拉应力,需要要采取合合理的措措施,以以防止止裂缝的的发展。。1、管段预预制沉管隧道道在浚挖挖基槽前前,应根根据河床床泥沙以以及水流流速度等等情况确确定基槽槽的形状状、浚挖挖方法及及基槽边边坡稳定定性。常常用的挖挖泥船有有靶吸、、链吸、、链斗、、抓斗、、铲斗和和射流等等形式,选用时时应结合合当地情情况尽量量使用技技术成熟熟、生产产率高、、费用低低的浚挖挖方式。。隧道施施工时还还应密切切关注基基槽淤泥泥的沉积积问题,应采取取必要的的防范和和清淤措措施。2、基槽浚浚挖沉管隧道道的基础础处理主主要是解解决开挖挖引起的的槽底不不平整、、地基土土软硬不不均和基基槽回淤淤与流砂砂管涌等等问题。。管段基基础处理理方法大大致可分分为先铺铺法和后后铺法。。先铺法法又可分分为刮铺铺法(刮刮砂法和和刮石法法)和桩桩基法两两种;后后铺法则则有喷砂砂法、压压砂法、、灌砂法法、灌囊囊法和注注浆法(灌浆法法)之分分。沉管隧道道在基槽槽开挖、、管段沉沉放、基基础处理理和最后后回填覆覆土后,抗浮系系数仅1.1～1.2,作作用在沟沟槽底面面的荷载载不会因因设置沉沉管而增增加,相相反却却有减小小。沉管管隧道基基槽开挖挖时,无无论采取取何种挖挖泥设备备,开开挖后沟沟槽底面面总留有有15～50cm的的不平整整度。沟沟槽底面面与管段段表面之之间存在在众多不不规则的的空隙,导致致地基土土受力不不均匀,引起起不均匀匀沉降,同时时地基受受力不均均也会使使管段结结构受到到较高的的局部应应力,以以至开开裂。而而且,地地震或或列车通通过时的的振动会会使砂性性基础产产生液化化的不良良后果。。因此必必须进行行适当的的基础处处理,以以消除除这些有有害空隙隙。3、地基处处理管段接头头有柔性性接头和和刚性接接头之分分,根据据位置不不同,又又分为中中间接头头、岸边边接头和和合龙接接头几种种。接头头设计应应坚持具具有可靠靠的水密密性、适适当的强强度与变变形性能能以及施施工可操操作性等等几条原原则。管段防水水应坚持持以混凝凝土自防防水为根根本、以以接头防防水为重重点的多多道防水水、综合合治理的的设计原原则。（1）、对钢钢壳管段段,由由于钢壳壳管段被被钢壳完完全封闭闭,其其防水问问题主要要是管段段之间的的接缝防防水。防防水方法法主要是是接缝对对准后使使用钢销销扣紧,在接接缝两侧侧安装模模板后,用导导管法灌灌注密实实的混凝凝土,将将接缝缝完全包包围住。。（2）、对钢钢筋混凝凝土管段段,管管段长度度一般在在70～120m,管段之之间接头头处是一一漏水间间隙。施施工缝也也是一漏漏水点,混凝凝土本身身也会产产生裂缝缝,这这些裂缝缝能造成成管段的的渗漏,使钢钢筋锈蚀蚀,甚甚至危及及管段本本身,所所以管管段的防防水至关关重要。。管段的的接头防防水是沉沉管隧道道防水的的关键部部位,沉沉管管管段接头头的设计计不仅要要满足接接头部位位在各工工况下的的防水要要求,还还要满满足管段段沉放对对接施工工中接头头的水力力压接功功能以及及管段间间接头的的柔性功功能,例例如GINA橡胶胶止水带带。4、防水与与接头问问题预制管段段浮运到到现场并并沉放安安装的整整个施工工过程分分为五个个工况:管段段起浮、、出坞与与浮运、、管段沉沉放与水水力压接接、基础础构筑及及覆土。。其中,隧道道管段的的出坞与与浮运、、沉放定定位与水水下对接接是沉管管隧道施施工中关关键的阶阶段,是是沉放放隧道施施工过程程中的一一项重要要技术。。沉放是沉沉管施工工过程中中最危险险的阶段段,原原因是沉沉放在水水下施工工,难难度较大大,同同时为避避免对船船舶航行行的影响响等,要要求作作业时间间短。管管段沉放放施工需需要综合合考虑管管段尺寸寸、水流流速度和和方向、、深浅以以及以往往的施工工经验等等,同时时,潮汐汐对管段段施工也也有很大大的影响响。5、浮运、沉沉放与水水下压接接1、工程概概况岛隧工程程包括长长625m的东、西西人工岛岛和5664m长的海中中沉管隧隧道。沉沉管隧道道隧址沿沿线的最最大水下下深度超超过45m。考虑到到远期30万t规划航道道疏浚的的要求,沉管顶部部最大埋埋深超过过20m。预制沉管管节共分分33节管节,最终接头头设置于于E29和E30之间,长度为2.5m,采用水下下止水板板方式施施工。港珠澳大大桥岛隧隧工程沉沉管隧道道施工实实例2、沉管隧隧道管节节工厂化化生产横断面采采用2孔1管廊形式式,宽37.95m、高11.40m;标准管节节由8个长22.5m的节段组组成。2、沉管隧隧道管节节工厂化化生产1)生产厂房房用于将将预制钢钢筋网片片的拼装装和管节节浇筑、、养护。。(2)管节滑行行区用于于将已制制作完成成的节段段推进滑滑行。节节段下方方设置滑滑行梁,上部采用用多点千千斤顶系系统和减减摩垫层层,控制差异异沉降量量,减少摩擦擦阻力,确保节段段滑行时时结构不不产生有有害裂缝缝。(3)管节临时时寄放区区用于临临时寄放放已经完完成养护护并完成成一次舾舾装的管管节。该该区域可可建于干干坞出海海口,减少干坞坞开挖工工作量。。2、沉管隧隧道管节节工厂化化生产3、基槽开开挖基槽开挖挖包括粗粗挖、精精挖及清清淤。1)粗挖是开开挖自然然泥面至至离设计计底标高高约2m间的泥层层,选用1万m3以上耙吸吸船承担担粗挖施施工。2)精挖是开开挖粗挖挖完成后后至设计计底标高高间的泥泥层,选用具有有定深和和平挖功功能的大大型抓斗斗挖泥船船，可减减少底部部扰动和和浮泥产产生。3)清淤是清清除粗挖挖结束后后至精挖挖前基槽槽淤积的的泥沙,以及精挖挖后基槽槽底和基基床面回回淤的浮浮泥层。。选用专专用清淤淤船进行行清淤,确保沉放放时水容容重的变变化控制制在要求求范围之之内。4、碎石刮刮铺基础础沉管隧道道的基础础处理方方法,以消灭不不规则空空隙为目目的,可分为先先铺法(在管段沉沉设之前前,先铺好砂砂、石垫垫层)和后填法法(先将管段段沉设在在预置在在沟槽底底上的临临时支座座上,随后再补补填垫实实)。为减少少外海沉沉放作业业时间,隧道基础础的处理理方法拟拟采用碎碎石刮铺