沉管结构设计讲义（PPT69）

11沉管结结构丁文其其教教授同济大大学地地下建建筑与与工程程系11.1概述11.2沉管结结构的的设计计11.3沉管的的防水水设计计11.4变形缝缝与管管段接接头设设计11.5沉管管基基础础设设计计11.1概述江河湖湖海、、港湾湾渡越越有轮渡渡、桥桥梁、、水底底隧道道等。。桥梁跨跨度、、桥下下净空空高度度、引引桥长长度都都受到到水文地地质条条件和和航道道要求求的制制约。桥梁梁的运运营条条件也也受气气候条条件的的影响响。水底隧隧道经经济、、合理理，运运营可可以是是全天天候的的，不不需地地面土土地动动迁、、影响响环境境。11.1.1水底隧隧道的的主要要施工工方法法构筑围围堰，，明挖挖施工工最为为简单单，较较常用用的是是盾构构法和和沉管管法。。沉管法法的主主要优优点是是：（1）隧道道可紧紧贴河河床最最低点点设置置，隧隧道较较短；；（2）隧道道主体体结构构在干干坞中中工厂厂化预预制，，因而而可保保持良良好的的制作作质量量和水水密性性；（3）对地地基的的适应应性强强；（4）接头头数量量少，，只有有管节节之间间的连连接接接头，，由于于采用用了GINA和OMEGA止水带带两道道防水水屏障障，隧隧道的的防水水性能能好。。沉管的的主要缺缺点有：（1）需要要一个个站用用较大大场地地的干干坞，，这在在市区区内有有时很很难实实施，，需在在远离离市区区较远远的地地方建建造干干坞；；（2）基槽槽开挖挖数量量较大大且需需进行行清淤淤，对对航运运和市市区环环境的的影响响较大大。另另外，，河（（海））床地地形地地貌复复杂的的情况况下，，会大大幅增增加施施工难难度和和造价价（3）管节节浮运运、沉沉放作作业需需考虑虑水文文、气气象条条件等等的影影响，，有时时需短短期局局部封封航。。另外外，水水体流流速会会影响响管段段沉放放的准准确度度，超超过一一定的的流速速可能能导致致沉管管无法法施工工。11.1.2沉管隧隧道施施工（一））沉管施施工法法简介介先在隧隧址以以外建建造临临时干干坞，，在干干坞内内制作作钢筋筋混凝凝土的的隧道道管段段（道道路隧隧道用用的管管段每每节长长60～140m。两端用用临时时封墙墙封闭闭。向临时时干坞坞内灌灌水，，使管管段逐逐节浮浮出水水面，，并用用拖轮轮拖运运到指指定位位置。。于设计计隧位位处预预先挖挖好一一个水水底沟沟槽。。待管段段定位位就绪绪后，，向管管段里里灌水水压载载，使使之下下沉。。沉设完完毕的的管段段在水水下联联接起起来。。进行基基础处处理，，经覆覆土回回填后后，便便筑成成了隧隧道。。（a）沉管管隧道道的施施工工工艺流流程图图（b）沉管管施工工场景景图图11-2沉管施施工法法（二））沉管管隧道道的特点1．隧道道的施施工质质量容容易控控制。。预制管管段在临时时干坞坞里浇浇筑，施工工场地地集中中，管管理方方便，，沉管管结构构和防防水层层的施施工质质量均均比其其它施施工方方法易易于控控制。。在隧址址现场场施工工的隧管接接缝非非常少少，漏水水的机机会亦亦相应应地大大为减减少。。采用水力压压接法法，接缝缝能够够保证证达到到“滴滴水不不偏””。2．建筑单单价和和工程程总价价均较较低。（1）水上上挖土土单价价比地地下挖挖土低低；（2）每节节长达达100m左右的的管段段，整体体制作作，完成成后从从水面上上整体体拖运运，所需需的制制作和和运输输费用用比大大量管管片分分块制制作，，完成成后用用汽车车运送送到隧隧址工工地所所需的的费用用要低低得多多；（3）接缝数数量少少，费用用随之之亦少少等。。（4）沉管管所需需覆土土很薄薄，甚甚至可可以没没有，，水底底沉管管隧道道的全全长总总比盾构构隧道道短得得多，工程程总价价乃相相应大大幅度度降低低。3．隧位位现场场的施施工期期短。在市市区里里建设设水底底隧道道时，，城市市生活活因施施工作作业而而受干干扰和和影响响的时时间，，以沉沉管隧隧道为为最短短。4．操作条条件好好。基本上上没有有地下下作业业，水水下作作业亦亦极少少，气气压作作业则则完全全不用用。施施工较较为安安全。。5．对地质质条件件的适适应性性强，能在在流砂砂层中中施工工，不不需特特殊设设备或或措施施。6．适用用水深范范围几几乎是是无限限制的的，以潜潜水作作业的的最大大深度度作为为限度度，则则沉管管隧道道的最最大深深度可可达70m。7．断面形形状选选择的的自由由度较较大，断面面空间间的利利用率率较高高。一一个断断面内内可容容纳4～8个车道道。8．水流流较急急时，，沉设困困难，须用用作业业台施施工。。9．施工工时须须与航道道部门门密切切配合合，采取取措施施（如如暂时时的航航道迁迁移等等）以以保证证航道道畅通通。11.1.3沉管隧隧道的的设计计水底道道路用用的沉沉管隧隧道，，设计计内容容较多多，涉涉及面面较广广，主主要有有：总体几几何设设计；；结构构设计计；通通风设设计；；照明明设计计；内内装设设计；；给排排水设设计；；供电电设计计；运运行管管理设设施设设计等等。其中总体几几何设设计非非常重重要，常是是决定定隧道道工程程设计计成败败的一一个关关键。。总体几几何设设计的的构思思是否否先进进，对对整个个工程程的经经济性性和合合理性性常带带来根根本性性的影影响。。图11-3沉管隧道的断面（矩形）11.2沉管结结构的的设计计11.2.1沉管结结构的的类型型钢壳沉沉管和和钢筋筋混凝凝土沉沉管。钢壳沉沉管为为外壁壁或内内外壁壁均为为钢壳壳，中中间为为钢筋筋混凝凝土或或混凝凝土，，钢壳壳和混混凝土土共同同受力力的复复杂结结构。。钢壳在在船坞坞内预预制，，下水水后浮浮在水水面浇浇灌钢钢壳内内的大大部分分混凝凝土，，钢壳壳既是是浇灌灌混凝凝土的的外模模板又又是隧隧道的的防水水层，，省去去了钢钢筋混混凝土土管段段预制制所需需的干干坞工工程。。隧道耗耗钢量量大，，钢壳壳制作作的焊焊接工工作量量大，，防水水质量量难以以保证证；钢壳的的防腐腐蚀、、钢壳壳与混混凝土土组合合结构构受力力等问问题不不易得得到较较好解解决，，且施施工工工序复复杂；；钢壳壳沉管管由于于制造造工艺艺及结结构受受力等等原因因，断断面一一般为为园型型，每每孔一一般只只能容容纳两两车道道，断断面利利用率率很低低，不不经济济。钢筋混混凝土土沉管管主要由由钢筋筋混凝凝土组组成，，外涂涂防水水涂料料。沉管预预制一一般在在干坞坞内进进行，，临时时干坞坞工程程量较较大；；管段段预制制时须须采取取严格格的施施工措措施防防止混混凝土土产生生裂缝缝。钢筋混混凝土土沉管管用钢钢量少少，造价相相对较较低。钢筋筋混凝凝土管管段一一般采采用矩矩形断断面，，断面面利用用率高高，多多管孔孔可随随意组组合。。11.2.2沉管结结构的的荷载载作用在在沉管管结构构上的的荷载载计有有：结构自自重；；水压压力；；土压压力；；浮力力；施施工荷荷载；；预应应力；；波浪浪和水水流压压力；；沉降降摩擦擦力；；车辆辆活载载；沉沉船荷荷载；；地基基反力力；混混凝土土收缩缩影响响；变变温影影响；；不均均匀沉沉陷影影响；；地震震荷载载等。。只有结结构自自重及及其相相应的的地基基反力力是恒恒载。。水压力力是主主要荷荷载之之一。设计计时要要按各各种荷荷载组组合情情况分分别计计算正正常的的高、、低潮潮水位位的水水压力力，以以及台台风时时或若若干年年一遇遇（如如100年一遇遇）的的特大大洪水水位的的水压压力。。土压力力是另另一主主要荷荷载，且常不不是恒恒载。要考考虑河河床变变迁所所产生生的附附加土土荷载载。作作用在在管段段侧边边上的的水平平土压压力，，在隧隧道刚刚建成成时，，侧向向土压压力往往往较较小，，以后后逐渐渐增加加，最最终可可达静静止土土压力力。设计时时应按按不利利组合合分别别取用用其最最小值值与最最大值值。浮力也不是是个常常量。。浮力力应等等于排排水量量，但但作用用于沉沉设在在粘性性土层层中的的管段段上的的浮力力，有有时也也会由由于““滞后后现象象”的的作用用而大大于排排水量量。施工荷荷载主主要是是端封封墙、、定位位塔、、压载载等重重量。。波浪力力一般般不大大，不不致影影响配配筋。。水流压压力对结构构设计计影响响亦不不大，，但必必须进进行水水工模模拟试试验予予以确确定，，以便便据以设计计沉设设工艺艺及设设备。。沉降摩摩擦力力是在在覆土土回填填之后后，沟沟槽底底部受受荷不不均，，沉降降亦不不均的的情况况下发发生的的。在在沉管管侧壁壁防水水层之之外再再喷涂一层软软沥青，则可使此此项沉降摩摩擦力大为为减小。图11-4沉降摩擦力车辆活载在进行横断断面结构分分析、道路路隧道的纵纵断面结构构分析时，，常略去不不计。沉船荷载是船只失事事后恰巧沉沉在隧道顶顶上时，所所产生的特特殊荷载。。应视船只的的类型、吨吨位、装载载情况、沉沉设方式、、覆土厚度度、隧顶土土面是否突突出于两侧侧河床底面面等等许多多因素而定定，常假定定为50～130kN/m2左右。其发生的机率太小，犹如设计计地上建筑筑时没有必必要考虑飞飞机的失事事荷载一样样。地基反力的的分布规律律，有不同的的假定反力按直线线分布；反力强度与与各点地基基沉降量成成正比（文文克尔氏假假定）假定地基为为半无限弹弹性体，按按弹性理论论计算反力力。图11-5地基反力假假设的一例例有采用单一一地基系数数的，亦有有采用多种地基系系数的。混凝土收缩缩影响系由施施工缝两侧侧不同龄期期混凝土的的（剩余））收缩差所所引起，应应按初步的的施工计划划，规定龄龄期差并设设定收缩差差。变温影响主要由由沉管外璧璧的内外侧侧温差所引引起。设计计时可按持持续5～7天的最高气气温或最低低气温计算算。计算时时可采用日日平均气温温，不必按按昼夜最高高或最低气气温计算。。计算变温温应力时，，还应考虑虑徐变影响响。管段计算应应根据管段段在预制、、浮运、沉沉设和运营营等各不同同阶段进行行荷载组合，一般考虑虑以下三种种：A基本荷载；；B基本荷载+附加荷载；；C基本荷载+偶然荷载。。11.2.3沉管结构的的浮力设计计浮力设计的的内容包括括干舷的选选定和抗浮浮安全系数数的验算，，其目的是是最终确定定沉管结构构的高度和和外廓尺寸寸。（一）干舷管段在浮运运时，为了了保持稳定定，必须使使其管顶露露出水面，，露出的高高度就称作作为干舷。。具有一一定干舷的的管段，遇遇到风浪而而发生倾侧侧后，它就就会自动产产生一个反反倾力矩M，使管段恢恢复平衡。。一般矩形断断面的管段段，干舷多多为10～15cm，而圆形、、八角形或或花篮形断断面的管段段，则因顶顶宽较小，，故干舷高高度多采用用40－50cm。图11-6管段的干弦弦与反倾力力矩干舷高度不不宜过小，，否则稳定定性差。也不宜过大大，因为管管段沉设时时，首先要要灌注一定定数量的压压载水，以以消除上述述干舷所代代表的浮力力而下沉。。干舷越大大，所需压压载水罐〔或水柜）的的容量就越越大，就不不经济。图11-7圆形、八角角形和花篮篮形断面极个别的情情况下，由由于沉管的的结构厚度度较大，无无法自浮（（即没有干干舷），则则须于顶部设置浮浮筒助浮，或在管段段顶上设置钢钢围堰，以产生必必要的干舷舷。在制作管段段时，混凝凝土的重度度和模板尺尺寸，总不不免有一定定幅度的变变动和误差差;在涨潮、落落潮以及各各不同施工工阶段中，，河水比重重也会有一一定幅度的的变动。应按最大的的混凝土重重度，最大大的混凝土土体积和最最小的河水水比重来计计算干舷。。（二）抗浮浮安全系数数在管段沉设施施工阶段，应采用1.05～1.10的抗浮安全全系数。由于在管段段沉设完毕毕，进行抛土回填时时，周围的河水水会一时混混浊，其比重将将大于原来来的河水比比重，浮力力亦即相应应增加。施工阶段的的抗浮安全全系数，应应针对覆土土回填开始始前的情况况进行计算算，务必确确保在1.05以上，否则则很易导致“复浮浮”、使施工遭遭受麻烦。。临时安设在在管段上的的施工设备备（如索具具，定位塔塔，出入筒筒，端封墙墙等）的重重量，均应应不计。在覆土完毕毕后的使用阶段，应采用1.2～1.5的抗浮安全全系数。计算使用阶阶段的抗浮浮安全系数数时，可考考虑两侧填填土的部分分负摩擦力力作用。进行浮力设设计时，应按最小的的混凝土容容重和体积积，最大的的河水比重重来计算各个个阶段的抗抗浮安全系系数。（三）沉管管结构的外外轮廓尺寸寸根据沉管隧隧道使用阶阶段的通风风要求及行行车限界等等确定隧孔孔的内净宽宽度，以及及车行道净净空高度。。沉管结构的的全高以及及其它外廓廓尺寸的确确定必须满足沉管的的抗浮设计计要求，必须经过过浮力计算算和结构分分析的多次次试算与复复算，才能能予以确定定。11.2.4沉管结构计计算与配筋筋（一）横向向结构计算算横截面多是是多孔（单单孔的极少少）箱形框框架.管段横断面面内力一般般按弹性支支承箱形框框架结构计计算。由于荷载组组合的种类类较多，而而箱形框架架的结构分分析必须经经过“假定定构件尺寸寸—分析内力―修正尺寸―复算内力””的几次循循环，而且且即使在同同一节管段段（一般为为100m长）中，因因隧道纵坡坡和河底标标高变化的的关系，各各处断面所所受水、土土压力不同同（尤其是是接近岸边边时，荷载载常急剧地地变化）。不能仅按一一个横断面面的结构分分析结果来来进行整节节管段的横横向配筋。。图11-8沉管的结构截面（二）纵向向结构计算算施工阶段的沉管纵向向受力分析析，主要是是计算浮运运、沉设时时施工荷载载（定位塔塔、端封墙墙等）所引引起的内力力。使用阶段的纵向受力力分析，一一般按弹性性地基梁理理论进行计计算。沉管隧道纵纵断面设计计需要考虑温度荷荷载和地基基不均匀沉沉降以及其他各各种荷载，，根据隧道道性能要求求进行合理理组合。（三）结构构验算及配配筋沉管结构的的截面和配配筋设计，，应遵照交交通部《公路桥涵设设计规范》进行。沉管结构的的混凝土28天强度等级级，宜采用用C30～C45。采用较高的的强度等级级，主要是是为了抗剪剪的需要。。设计时可根根据施工进进度计划的的安排，尽尽量充分利利用后期强强度。在干干坞规模较较小，需分分批浇筑时时，尤可按按更长的龄龄期计算。。沉管结构在在外防水层层保护下的的最大容许许裂缝宽度度为0.15～0.2mm，不宜采用用III级或III级以上的钢钢筋。钢筋的容许许应力一般般限于135～160MPa，设计时采采用的容许许应力可按按不同的荷荷载组合条条件，分别别加以相应应的提高率率：A结构自重＋＋保护层、、路面、压压载重量＋＋覆土荷载载十土压力力＋高潮水水压力0%B结构自重＋＋保护层、、路面、压压载重量＋＋覆土荷载载＋土压力力＋低潮水水压力0%C结构自重＋＋保护层、、路面、压压载重量十十覆土荷载载＋土压力力＋台风时时或特大洪洪水位水压压力30%DA＋变温影响响15％EA十特殊荷载载（如沉船船、地震等等）混凝土土的主拉应应力30％其他应力50％沉管结构的的纵向钢筋筋，一般不不应少于0.25％。11.2.5预应力的应应用当隧孔跨度度较大（例例如车道数数较多，达达三车道以以上），而而且水、土土压力又较较大（例如如达到300～400kN/m2）时，沉管管结构的顶顶、底板受受到的剪力力相当可观观，必须放放大支托。。只能相应地地增加沉管管结构的全全高度（常常需为此而而增加土1～1.5m）。必然导导致：（1）增加沉管管的排水量量。但为保保证规定的的抗浮安全全系数，又又要相应地地增加压载载混凝土的的数量；（2）增加水底底沟槽的开开挖深度。。亦即增加加浅挖土方方量；（3）增加引道道深度。不不但使引道道的支挡结结构受到更更大的土压压力，从而而增加这部部分结构的的工程量，，有时更会会遇到其他他水文地质质上的困难难；（4）增加隧道道全长、总总工程量和和总造价。。采用预应力力混凝上结结构可得到到较经济的的解决。有有两种做法法。一种是是全预应力力，一种是是部分预应应力。可在隧孔跨跨中，于顶顶、底板之之间设置临临时性的对对拉预应力力筋。在干坞中进进行预应力力生索的张张拉时，同同时张拉这这些临时性性的对拉预预应力筋，，使起等代代沉设和回回填完毕后后的水、土土压力的作作用。待沉设施工工开始后，，随着水、、土压力的的增加，逐逐步卸去这这些临时拉拉筋中的应应力。比较多的是是采用部分分预应力的的。但一般般仍配置一一定数量的的普通非预预应力钢筋筋，以作临临时杭衡之之用，数量量可少些。。11.3沉管的防水水设计11.3.1沉管的防水水措施早期的沉管管隧道都是是采用钢壳壳，既是施施工阶段的的外模，又又是管段沉沉设以后使使用阶段的的防水层。。最初的矩矩形钢筋筋混凝土土管段，，还是用四边包包裹的钢钢壳。不但底底板下边边及二侧侧墙外边边用钢板板防水，，连顶板板上面亦亦用钢板板防水。。五十年代代以后，，开始改用三边边包裹的的钢壳，顶板上上的钢板板改以柔柔性防水水层代替替，不但但节省了了钢材，，降低了了造价，，而且也也便利了了施工。。从1956年以后，，又发展展成为单边钢板板防水加加三边柔柔性防水水的做法法，只在底底板之下下仍保留留钢板作作防水层层（取其其在施工工阶段不不易披损损坏）。。到六十年年代初，，全部采用用柔性防防水，完全不不用钢板板。柔性防水水层最初初使用的的沥青油毡毡；五十年代代开始采采用了玻璃纤维维布油毡毡；六十年代代后期，，异丁橡胶胶卷材开始应用用于管段段防水上上。近年来又又发展了了涂料防水水代替施工工较麻烦烦的卷材材防水。。沉管自身身防水亦是一项项极为重重要的防防水措施施。自身身防水在在一定条条件下也也可以取取代外防防水。11.3.2钢壳与防防水钢板板钢壳防水水虽已不不再常用用，但到到七十年年代仍有有一些工工例继续续采用它它，然而而其主要要的目的的，已不不仅是防防水而已已，另一一更重要要的目的的是缩小干坞坞规模。如单纯纯作为防防水措施施，钢壳壳的缺点点不少，，主要是是：（1）耗钢量大大钢壳的构构成，除除了外皮皮是一层层6～10mm厚的钢板板外，还还要不少少由型钢钢组成的的加劲和和支撑件件，因此此耗钢量量相当可可观。（2）焊接质量量不保证证焊接质量量问题，，是钢壳壳防水中中的一个个棘手问问题，虽虽然在施施工中尽尽一切可可能使用用自动焊焊接设备备，但是是手焊仍仍是大量量的。对对焊缝作作全面检检验后，，仍不免免有焊接接缺陷的的发生与与存在．．常导致致没完没没了的堵堵漏工作作。（3）防锈问题题仍未切切实解决决目前多用用喷涂环环氧焦油油的办法法来防锈锈。喷涂涂前先用用喷灯烧烧除钢壳壳表面污污垢，而而后喷涂涂防锈涂涂料，过过后再用用喷灯加加热促其其固化。。由于涂涂料薄膜膜厚度很很小，薄薄胶之外外又不设设防护层层，所以以施工时时仍不免免在个别别地方被被碰损。。亦有用阴阴极保护护法防锈锈的，但但费用较较高，工工例不多多。（4）钢板与混混凝土之之间粘结结不良在钢壳底底部，常常有夹气气囊的现现象，而而在钢壳壳的两侧侧（特别别在端部部）尤多多大面积积脱离的的现象。。加上焊缝缝质量和和防锈措措施的尚尚未切实实解决，，进人钢钢壳的水水就会窜窜到另外外的地方方，并渗渗漏到隧隧道里面面，堵漏漏工作非非常困难难。防水钢板板的单位面面积用钢钢量，比比钢壳的的单位面面积用钢钢量低得得多，仅仅为其1/4左右。主主要是钢钢板厚度度可以薄薄很多，，而且又又略去大大量的加加劲及支支撑，基基本上不不再使用用型钢。。改用钢板板防水（（即仅在在管段底底板下用用钢板防防水层））的工例例日渐增增多。11.3.3卷材防水水与涂料料防水卷材防水水层是用用胶料把把多层沥沥青类卷卷材或合合成橡胶胶类卷材材胶合成成的粘贴贴式防水水层。沥沥青类卷卷材品种种很多，，沉管隧隧道外防防水用的的卷材，，以选用用织物卷卷材为宜宜，取其其强度大大，韧性性好。尤尤其是玻玻璃纤维维布油毡毡更适于于水下或或地下工工程，我我国许多多隧道均均用这种种卷材作作防水层层。这种种玻璃纤纤维布油油毡系以以玻璃纤纤维织布布为胎，，浸涂沥沥青制成成，性能能全面，，价仅稍稍高于普普通沥青青油毡。。合成橡胶胶类卷材材应用到到沉管隧隧道防水水上，最最初是1969年建成的的丹麦帘帘姆菲奥奥特斯(Limfjords）水底道道路隧道道。该隧隧道用的的是异丁丁橡胶卷卷材，厚厚度仅2mm。卷材的层层数，应应视水头头大小而而定。水水底隧道道的水下下深度一一般为20多米，所所用卷材材层数有有达5～6层之多。。但如精精心施工工，三层层亦已足足够，采采用三层层的实例例不在少少数。卷卷材防水水的主要要缺点是是施工工工艺较繁繁，而且且在施工工操作过过程中稍稍有不慎慎就会造造成“起起壳”而而返工，，返工时时非常费费事。随随着化学学工业的的发展，，涂料防防水渐被被引用到到管段防防水上来来，它最最突出的的优点是是操作工工艺比卷卷材防水水简单得得多，而而且在平平整度较较差的混混凝土面面上，可可以直接接施工。。目前涂料在管管段防水水上尚未未普遍推推广，主要是是延伸率率还不够够（不及及卷材））。在沉沉管隧道道中，结结构设计计的容许许裂缝开开展宽度度为0.15～0.2，而防水水设计的的容许裂裂缝开展展宽度为为0.5。防水卷卷材易于于满足此此要求，，而防水水涂料尚尚不能完完全满足足这项要要求。因因此提高高延伸率率，是当当前防水水涂料试试验研究究的一项项主要课课题。防防水涂料料的另一一要求是是能在潮潮湿的混混凝土面面上能直直接涂布布，目前前也没有有完全解解决好。。11.4变形缝与与管段接接头设计计11.4.1变形缝的的布置与与构造钢筋混凝凝土的沉沉管结构构，如无无适当的的措施，，很容易易因隧道道的纵向向变形而而开裂。。假定混混凝土浇浇筑温度度为5～15ºC，沉管外外侧温度度为10ººC，内侧温温度为0～25ººC，而整个个沉管隧隧道又是是整体无无缝的，，那么在变温影影响下所产生的的纵向应应力可达达40kg/m2，沉管结结构势必必发生严严重的开开裂。又如，管管段在干干坞中预预制时，，一般都都是先浇浇筑底板板，隔上上若干时时日后再再浇筑竖竖墙和顶顶板。两次浇筑筑的混凝凝土，龄期、、弹性摸摸量、剩剩余收缩缩率均不不相同，，后浇的的混凝土土不能自自由收缩缩，而要要受到偏偏心受拉拉内力的的作用，，常易发发生如图图11-12所示的裂裂缝。不均匀沉沉降、地地震影响响等都可能能导致管管段开裂裂。这种种纵向变变形所引引起的裂裂缝都是是通透的的，对防防水很不不利。因因此，在在设计中中必须采采取适当当措施加加以防止止。最有效的的措施是是设置垂直直于隧道道轴线方方向的变变形缝，把每节节管段分分剖成若若干节段段。根据据各国的的实践经经验，节节段的长长度不宜宜过大，，一般为为15～20m左右（图图11-13)。变形缝的的构造要满足三三个主要要要求：：（1）能适适应一定定幅度的的线变形形与角变变形；（2）施工工阶段能能传递湾湾矩，使使用阶段段能传递递剪力；；（3）变形前前后均能能防水。。为满足第第一个要要求，变变形缝左左右二侧侧管段节节段的端面之间间，要留留一小段段间隙，不使直直接接触触。间隙隙中用防防水材料料充填。。间隙的的宽度，，应按变变温幅度度与角变变量来决决定，一一般不少少于2cm。在管段浮浮运时，，为了保保持管段段的整体体性，变形缝一一定要能能传递由由波浪引引起的纵纵向弯矩矩。如管段结结构的纵纵向钢筋筋在变形形缝处全全部切断断，则需需安设临时时的预应应力索（（或预应应力筋）），待沉设完完毕后，，再行撤撤去。如如不设临临时预应应力设施施，则可可将变形形缝处的的外侧纵纵向钢筋筋切断，，而临时保留留内侧纵纵向钢筋筋，待沉设设完毕后后，再予予切断（（图11-14）。为传递横横向剪力力，宜采用台台阶缝，即图11-15所示。为保证变变形前后后均能防防水，一一般均于于变形缝缝处设置置一道止水缝带，见图图11-15。图11－14变形缝的的临时传传力措施施图图图11－15变形缝的的抗剪措措施1－管壁；；2－变形缝缝；3－钢片橡橡胶止水水带；4－止水钢钢板11.4.2止水缝带带变形缝的的各组成成部分中中，最为为主要的的是既能能适应变变形，又又能有效效地堵住住渗漏的的止水缝带带，又简简称作止止水带。止水带的的种类与与型式很很多。铜片等金金属止水水带现已已很少采采用。塑料（聚聚氯乙烯烯）止水水带弹性性较差，只能适适应幅度度较小的的变形，，预制管管段中用用得不多多。在管段中中用得较较普遍的的是橡胶止水水带和钢钢边橡胶胶止水带带。橡胶胶止水带带系用天天然橡胶胶（生胶胶）或含含胶率70％的天然然像胶，，或合成成像胶（（如氯丁丁橡胶等等）制成成。橡胶胶止水带带的型式式，有平平板形的的，有带带管孔的的。带管管孔的具具有较高高的柔度度，能承承受较大大的剪切切差动变变形钢边边棣胶止止水带系系于橡胶胶止水带带的两端端夹一扁扁钢片（（图11-16)，以提高高止水效效果并节节约橡胶胶，现在在国外已已普遍推推广。图

11-16钢边橡胶止水带

1—钢边（0.7mm厚钢板）11.4.3管段接头头管段沉设设完毕之之后，须须与前面面已沉设设好的管管段（简简称既设设管段））或竖井井接合起起来。这这项联接接工作在在水下进进行，故故亦称水下联接接。管段接头头应具有有以下功功能和要要求：第一是水密性的要求，，即要求求在施工工和运营营各阶段段均不漏漏水；第二是接接头应具具有抵抗各种种荷载作作用和变变形的能能力；第三是接接头的各构件功功能明确确，造价价适度；第四是接接头的施工性好好，施工质质量能够够保证，，并尽量量做到能能检修。。常用接头头有GINA止水带、、OMEGA止水带以以及水平平剪切键键、竖直直剪切键键、波形形连接件件、端钢钢壳及相相应的连连接件，其中GINA带和OMEGA带起防水水作用，水平剪剪切键可可承受水水平剪力力，竖直直剪切键键可承受受竖直剪剪力及抵抵抗不均均匀沉降降，波形形连接件件增加接接头的抗抗弯抗剪剪能力，，端钢壳壳主要是是起安装装端封门门和接头头其他部部件、调调整隧道道纵坡的的作用(图11-17(a))。水下联接接的方法法有两种种一种是水下混凝凝土联接接法，一种是水力压接接法。目前采采用水力力压接法法的较多多。水力压接接法就是利用作用用在管段段上的巨巨大水压压力使安装在在管段前前端面（（即靠近近已设管管段或竖竖井的端端面）周周边上的的一圈胶胶垫发生生压缩变变形，形形成一个个水密性性相当良良好可靠靠的管段段间接头头。在管段下下沉就位位完毕后后，先将将新设管管段拉向向既设管管段并紧紧密靠上上，这时时胶垫产产生了第第一次压压缩变形形，并具具有初步步止水作作用。随随即将既既设管段段后端的的端封墙墙与新设设管段前前端的端端封墙之之间的水水（这时时这部分分水已与与河水隔隔离）排排走。排排水之前前，作用用在新设设管段前前、后二二端封墙墙上的水水压力是是相互平平衡的。。排水之之后，作作用在前前端封墙墙上的水水压力变变成一个个大气压压力的空空气压力力。于是是作用在在后端封封墙上的的成千上上万吨的的巨大水水压力就就将管段段推向前前方，使使胶垫产产生第二二次压缩缩变形（（图11-17(b)）。经二二次压缩缩变形后后的胶垫垫，使管管段接头头具有非非常可靠靠的水密密性。水水力压接接法具有有工艺简简单、施施工方便便、质量量可靠、、工料费费省等优优点，目目前已在在各国水水底隧道道工程中中普遍采采用。1.5沉管基基础础设计计11.5.1地质条件件与沉管管基础在一般地地面建筑筑中，如如果建筑筑物基底底下的地地质条件件差，就就得做适适当的基基础，否否则就会会发生有有害的沉沉降，甚甚至有发发生坍塌塌的危险险。如有有流砂层层，施工工时还会会碰到麻麻烦或困困难，非非采取特特殊措施施（如疏疏干等））不可。。在水底沉沉管隧道道中，情况就完完全不同同。首先，，不会产产生由于于土壤固固结或剪剪切破坏坏所引起起的沉降降。因作用在沟沟槽底面面的荷载载，在设设置沉管管后非但但未增加加，倒反反减小了了。在开槽槽前，作作用在槽槽底面（图11-18）上的压力力是:很少需要构构筑人工基基础以解决决沉降问题题。沉管隧道施施工时是在在水下开挖挖沟槽的，，没有产生流流砂现象的的可能，不象地面面建筑或其其它方法施施工的水底底隧道（如如明挖隧道道，盾构隧隧道等），，遇到流砂砂时就必须须采用费用用较高的疏疏干措施。。对各种地质质条件的适适应性很强强，几乎没有有什么复杂杂的地质条条件能把沉沉管施工难难倒。一般水底沉沉管隧道施施工时不必必象其它水水底隧道施施工法那样样，须在施施工前进行行大量的水水上钻探工工作。11.5.2基础处理仍须进行基基础处理。。其目的是因因为在开槽槽作业中，，不论是使使用哪一种种类型的挖挖泥船，挖挖成后的槽底表面总总有相当程程度的不平平整。使槽底表面与与沉管底面面之间存在在着很多不不规则的空空隙。会导致地基土受力力不匀而局部破坏坏，从而引引起不均匀匀沉降，使使沉管结构构受到较高高的局部应应力，而致致开裂。在沉管隧道道中必须进行基基础处理——垫平，以消灭这这些有害的的空隙。沉管隧道的的各种基础础处理方法法，大体上上可分为先铺法和后后填法二大类。先铺法是在管段