沉管隧道设计讲义（PPT24）

沉管管隧隧道道设设计计（（DesignofImmersedTubeTunnel）内容容(Content)何为为沉沉管管施施工工法法？？沉管管隧隧道道类类型型发展展历历史史沉管管隧隧道道优优点点沉管管隧隧道道适适应应条条件件典型型沉沉管管隧隧道道布布置置设计计内内容容施工工步步序序结构构设设计计防水水设设计计何为为沉沉管管施施工工法法？？把预预制制好好的的钢钢管管或或混混凝凝土土管管段段，，一一段段段段浮浮运运并并沉沉放放在在水水中中事事先先开开挖挖好好的的沟沟槽槽中中，，在在水水中中拼拼装装连连成成一一体体，，形形成成沉沉管管隧隧道道沉管管隧隧道道类类型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）钢筋混凝土发展展历历史史第一一条条沉沉管管隧隧道道：：美国国波波士士顿顿的的雪雪莉莉排排水水管管隧隧洞洞于于1894年建成成，，直直径径2.6米，，长长96米，，由由6节钢壳壳圆圆管管加砖砖砌砌的的管管段段连连接接而而成成(第一一代代沉沉管管隧隧道道)第一一条条沉沉管管铁铁路路隧隧道道：：美国国底底特特律律河河的的铁铁路路隧隧道道于于1910年建建成成，，水水下下段段由由10节长长80米的的钢壳壳圆圆管管管段段组组成成(第一一代代沉沉管管隧隧道道)第一一条条沉沉管管道道路路隧隧道道&第一一条条钢钢筋筋混混凝凝土土沉沉管管隧隧道道：：美国国加加利利福福尼尼亚亚州州的的奥奥克克兰兰与与阿阿拉拉梅梅达达之之间间的的波波西西隧隧道道，，于于1928年建建成成,水下下段段长长744米，，使使用用12节62米长长的的钢筋筋混混凝凝土土圆圆形形管管段段，其其外外径径为为11.3米(第一一代代沉沉管管隧隧道道)第一一条条矩矩形形断断面面沉沉管管隧隧道道：：荷兰兰的的马马斯斯河河道道路路隧隧道道于于1941年建建成成，，管管段段用用钢钢筋筋混混凝凝土土制制成成矩矩形形结结构构，，内内设设4车道道并并附附设设自自行行车车和和人人行行的的专专用用通通道道，，管管段段断断面面为为24.8××8.4米,外面面用用钢钢板板防防水水(第二二代代沉沉管管隧隧道道)50年代代以以后后，，由由于于水水下下连连接接技技术术的的突突破破────采采用用水水力力压压接接法法，，并并应应用用橡胶胶垫垫圈圈作作止止水水接接头头，沉沉管管法法被被广广泛泛采采用用，，并并随随之之较较快快地地发发展展。。之之后后在在世世界界上上很很多多国国家家与与地地区区如如丹丹麦麦、、荷荷兰兰、、日日本本、、中中国国香香港港、、中中国国台台湾湾等等建建成成了了很很多多沉沉管管隧隧道道(第三三代代沉沉管管隧隧道道)中国国于于1993年建建成成第第一一条条沉沉管管隧隧道道广广州州珠珠江江沉沉埋埋隧隧道道，，之之后后相相继继建建成成了了宁宁波波甬甬江江隧隧道道、、常常洪洪隧隧道道、、上上海海外外环环隧隧道道等等沉管管隧隧道道优优点点采用用沉沉管管法法施施工工的的水水下下隧隧道道，，比比用用盾盾构构法法施施工工具具有有较较多多优优点点,主要要有有：：(1)容易易保保证证隧隧道道施施工工质质量量。。因管管段段为为预预制制，，混混凝凝土土施施工工质质量量高高，，易易于于做做好好防防水水措措施施；；管管段段较较长长,接缝缝很很少少,漏水水概概率率大大为为减减少少(2)工程程造造价价较较低低。。因水水下下挖挖土土单单价价比比河河底底下下挖挖土土低低；；管管段段的的整整体体制制作作,浮运运费费用用比比制制造造、、运运送送大大量量的的管管片片低低得得多多;又因因接接缝缝少少而而使使隧隧道道每每米米单单价价降降低低；；再再因因隧隧道道顶顶部部覆覆盖盖层层厚厚度度可可以以很很小小，，隧隧道道长长度度可可缩缩短短很很多多，，工工程程总总价价大大为为降降低低(3)在隧隧道道现现场场的的施施工工期期短短。。因预预制制管管段段等等大大量量工工作作均均不不在在现现场场进进行行(4)操作作条条件件好好、、施施工工安安全全。。因除除极极少少量量水水下下作作业业外外，，基基本本上上无无地地下下作作业业，，更更不不用用气气压压作作业业(5)断面面形形状状、、大大小小可可自自由由选选择择，，断断面面空空间间可可充充分分利利用用。。大型型的的矩矩形形断断面面的的管管段段可可容容纳纳4～8车道道，，而而盾盾构构法法施施工工的的圆圆形形断断面面利利用用率率不不高高，，且且只只能能设设双双车车道道(6)容易与与周边边道路路和立立交相相连接接。因沉管管隧道道埋深深浅，，要求求更短短的进进（出出）口口段长长度沉管隧隧道适适应条条件适合于于沉管管法施施工的的主要要条件件：水道河河床稳稳定--便于顺顺利开开挖沟沟槽，，减少少土方方量水流不不能过过急--便于管管段浮浮运、、定位位和沉沉放典型沉沉管隧隧道布布置设计内内容工程总总体及及线路路设计计隧道结结构设设计施工步步序设设计防水设设计通风设设计给排水水、消消防设设计照明设设计供电设设计交通设设施设设计内装设设计监控系系统设设计抗灾、、防灾灾设计计施工步步序沉管隧隧道施施工大大致包包括以以下八八个步步骤：：第一步步：干干坞开开挖（（用于于制作作预制制管段段）第二步步：预预制管管段制制作第三步步：干干坞进进水，，打开开坞门门施工步步序第四步步：沉沉放基基槽开开挖及及清淤淤第五步步：将将预制制管段段浮运运至基基槽指指定位位置第六步步：管管段沉沉放及及接头头安装装施工步步序第七步步：基基础处处理第八步步：基基槽回回填覆覆盖结构设设计沉管隧隧道结结构设设计包包括：：(1)管段结结构设设计(2)管段浮浮力设设计(3)附属结结构设设计(4)管段基基础设设计结构设设计(1)管段结结构设设计A)包括设设计结结构横横断面面、端端钢壳壳、管管段接接头等等B)荷载：：结构构自重重、设设备荷荷载、、土压压力、、水压压力、、基础础抗力力、混混凝土土收缩缩、地地基沉沉降、、车辆辆荷载载、温温度荷荷载、、施工工荷载载、爆爆炸荷荷载、、沉船船荷载载、地地震力力等。。C)计算模模型：：结构设设计D)荷载组组合管段横横向静静力计计算工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+地震荷载结构设设计管段纵纵向静静力计计算工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+沉船荷载结构设设计(2)管段浮浮力设设计浮运阶阶段管管段干干舷高高度设设计为保持持稳定定，管管段在在浮（（拖））运阶阶段必必须露露顶，，设计计干舷舷高度度一般般为10~15cm计算干干舷高高度时时，需需考虑虑制作作误差差、结结构含含钢量量、水水密度度等的的影响响沉放后后管段段抗浮浮设计计工况一一：未未回填填覆盖盖时管管段的的抗浮浮安全全系数数工况二二：考考虑回回填覆覆盖时时管段段的抗抗浮安安全系系数结构设设计(3)附属结结构设设计包括设设计端端封门门、压压舱水水箱、、剪切切键、、鼻托托、临临时支支撑、、管顶顶设施施等。。端封门门：密密封管管段的的临时时性结结构，，由钢钢梁、、混凝凝土板板和预预埋枕枕梁构构成，，整扇扇封门门按梁梁板体体系设设计（（简支支梁+等跨连连续板板），，考虑虑水压压力及及因四四点支支撑和和管段段对接接时应应力集集中的的影响响压舱水水箱：：在管管段起起浮、、拖运运、沉沉放阶阶段调调整管管段平平衡和和提供供必要要的负负浮力力。水水箱容容量（（或个个数））须满满足沉沉放就就位后后管段段抗浮浮安全全系数数大于于规定定值（（如1.04)结构设设计剪切键键与鼻鼻托：：包括括垂直直剪切切键与与水平平剪切切键。。根据据管段段不均均匀沉沉降时时产生生的垂垂直剪剪切力力设计计垂直直剪切切键，，根据据由地地震所所引起起的水水平剪剪切力力设计计水平平剪切切键。。水平平剪切切键在在拆除除压舱舱水箱箱之后后安装装，上上垂直直剪切切键（（鼻托托）在在管段段预制制时制制作，，下垂垂直剪剪切键键须待待管段段沉放放对接接之后后方可可施工工临时支支撑：：管段段沉放放时，，一段段支撑撑在鼻鼻托上上，另另一段段用千千斤顶顶支撑撑于临临时支支撑（（钢管管桩、、垫块块等））。临临时支支撑须须提供供满足足设计计要求求的承承载力力和负负浮力力管顶设设施：：包括括吊点点、人人孔、、定位位塔、、拉合合装置置等。。结构设设计(4)管段基基础处处理目的：：使管管段沟沟槽底底面平平整由于浮浮力的的存在在，沉沉管隧隧道对对基础础承载载力要要求不不高，，但由由于开开挖后后的基基槽非非常不不平整整，如如不处处理，，会产产生导导致结结构破破坏的的不均均匀沉沉降处理方方法：：灌砂