沉管隧道施工课件

第13章沉管结构13.1概述13.2沉管结构设计13.3接缝管段处理与防水措施13.4沉管隧道施工过程13.5工程实例13.1概述水底隧道的施工方法：围堤明挖法、矿山法、气压沉箱法、盾构法以及沉管法。世界上第一条沉管铁路隧道建于1910年，穿越美国Michigan州和加拿大Ontario省之间的Detroit河；沉管法是十九世纪五十年代起普遍应用,如今共有100多座沉管隧道。二十世纪50年代解决了两项关键技术——水力压接法和基础处理，沉管法已经成为水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷兰。我国现有6条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5条在宁波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。过程沉管法亦曾称作预制管段沉放法；先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。预先在设计位置处，挖好水底沟槽。待管段定位就绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道，此之谓“沉管隧道”。沉管隧道有圆形和矩形两类，其设计、施工及所用材料有所不同。（1）圆形沉管隧道：这类沉管内边均为圆形、外边则为圆形、八角形或花篮形，多半用钢壳作为防水层；

（2）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳2－8个车道，矩形断面的空间利用率较高，

圆形沉管、矩形沉管13.2沉管结构设计沉管式水底隧道的设计：包括几何设计、通风设计、照明设计、结构设计、内装设计、给排水设计、供电设计、运营安全等设计。13.2.1沉管结构所受的荷载结构自重、水压力、土压力、浮力、施工荷载、波浪和水流压力、沉降摩擦力、车辆活荷载、沉船荷载，地基反力、温度应力、不均匀沉降所产生的附加应力、地震等作用。作用在沉管上的水压力是主要荷载。沉降摩擦力地基反力的分布规律（1）直线分布；（2）反力强度和各点沉降量成正比，即文克尔假定，又可以分为单一系数和多种地基系数的两种；（3）假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。13.2.2浮力设计1）干舷管段在浮运时时，为了保持持稳定，必须须使管顶面露露出水面，其露出高度称称为干舷。具有一定干舷舷的管段，与与风浪后产生生反向力矩，，保持平衡。。干舷的高度应应适中，过小小则稳定性差差，过大时沉沉设困难。浮力设计时，按照最大混凝土容容重、最大混混凝土体积和和最小河水的的比重来计算干舷。。2）抗浮安全系系数在管段沉设施施工阶段，应应采用1.05～1.1的抗浮安全系系数。管段沉设完毕毕后，务必大大于1.05，防止“复浮”。设计时需要按按照最小混凝土容容重、最小混混凝土体积和和最大河水的的比重来计算算抗浮安全系系数。3）沉管结构的的外廓尺寸沉管结构的外外廓尺寸，必须通过浮力力设计才能确确定;沉管结构的外外廓高度，往往往超过车道道净空高度与与顶底板厚度度之和。13.2.3结构分析与配配筋1）.断面结构分析析其结构内力分分析须经过“假定截面尺寸寸——分析内力——修正尺度——复算内力”的的几次循环。避免采用剪力力钢筋,常采用变截面面或折拱形结结构。不能只以一个个断面的结构构分析来代表表整节管段，，以及河中段段全长的横断断面配筋计算算，所以目前前一般采用电算分析。沉管折拱形结结构2）纵向结构分分析施工阶段的沉管纵向受受力分析，主主要是计算浮浮运、沉设时时，施工荷载载、波浪力所所引起的内力力。使用阶段的沉管纵向向受力分析析，一般按照弹性地地基梁理论论进行计算。。3）配筋筋沉管结构的的混凝土强强度等级，，宜采用C30-C40。由于沉管结结构对贯通通裂缝非常常敏感，非非贯通裂缝缝宜控制在在0.15-0.2mm以下，因此此采用钢筋筋等级不宜宜过高，不宜采用III级和III级以上的钢钢筋。4）预应力的的应用一般情况下下，沉管隧隧道采用普普通混凝土土结构而不不用预应力力混凝土结结构。因沉沉管的结构厚度并并非强度决决定，而是由抗抗浮安全系系数决定。。当隧道跨度度较大，达达三车道以以上，或者者水、土压压力又较大大时，采用用预应力。。(a)Almendares(b)Lafontaine1-预应力索；；2－临时拉索索；3－防水层本讲要点沉管运输中中干舷设计计的意义。。沉管结构设设计的方法法和原则。。13.3接缝管段处处理与防水水措施13.3.1变形缝的布布置与构造造沉管结构一般都是二二次浇筑，，常易发发生收缩裂裂缝。不不均匀沉降降等影响也也易致管段段开裂。变形缝每节管段分分割成若干干节段，一一般为15～20m左右。变形缝须满满足1.能适应一定定幅度的线线变形与角角变形。2.在浮运、沉沉设时能传传递纵向弯弯矩。外排纵向钢钢筋全部切切断。而内内排纵向钢钢筋则暂时时不予切断断，待沉设设完毕后再再将跨越变变形缝之内内排纵向钢钢筋，全部部切断。3.在任何情况况下能传递递剪力变形前后均均能防水，，台阶形变形形缝回幻片131－沉管外侧侧；2－沉管内侧侧；3－卷材防水水层；4－钢边橡胶胶止水带；；5－沥青防水水；6－沥青填料料；7－钢筋混凝凝土保护层层13.3.2止水缝带普遍的是橡橡胶止水带带和钢边橡橡胶止水带带。1)橡胶止水带带橡胶止水带带可用天然橡胶（含胶率））70％）制成。。亦可用合成橡胶（如氯丁橡橡胶等）制制成。橡胶止水带带的寿命潮湿、无日日照及温度度较低等等环境理想想。地下工程中中的橡胶止止水带的耐耐用寿命应应在六十年年以上。经老化加速速实验亦可可断定其安安全年限超超过100年。形式：均由本体与与锚着部两两部分组成成;变形缝的张张开度、本本体部的宽宽度。这两两个因素共共同决定着着止水带所所受拉力。。2)钢边橡胶止止水带钢边橡胶止止水带，系系于橡胶止止水带两侧侧锚着部中中加镶一段段薄钢板，，其厚度仅仅0.7mm左右，初于于荷兰的凡凡尔逊（Velsen,1957）。13.3.3管段外壁的的防水措施施沉管外防水水和沉管自自防水两类类;外防水包括括了钢壳，钢板板防水，卷卷材防水，，涂料防水水等不同方法法；自防水主要要是采用防防水混凝土土。13.3.4钢壳与钢板板防水在沉管的三三面（底和和二侧）甚甚至四面（（包括顶面面）用钢板包覆的防水;耗钢量大、、焊缝防水水可靠性不不高、钢材材防锈问题题仍未切实实解决;13.3.5卷材防水用胶料粘结结多层沥青青类卷材或或合成橡胶胶类卷材而而成的粘贴式（亦亦称外贴式式）防水层。。均用浇油摊摊铺法粘贴贴;卷材粘贴完完毕后，须须在外边加加设保护层层。到幻片613.3.6涂料防水施工工艺较较繁，施工工操作工程程中会造成成“起壳”，，无法补救；；抗拉伸能力力较差。13.4管段沉设与与水下连接接1)分吊法2～4艘起重船或或浮箱浮筒吊沉法法浮箱吊沉法法2）扛吊法最主要的大大型工具就就是四艘小小型方驳；；3）骑吊法SEP4）拉沉法1－拉合千斤斤顶；2－拉沉卷扬扬机；3－拉沉索；；4－压载水本讲要点理解变形缝缝的设置原原则了解防水措措施；了解沉设方方法。13.4.2水下连接早期采用灌灌筑水下混混凝土施工工法；二十世纪五五十年代末末，加拿大大的台司隧隧道采用水力压接法法。用水力压接接法进行水水下连接的的主要工序序是：对位——拉合——压接——拆除端封墙墙13.5管段接头管段接头的的构造，主主要有刚性性接头和柔柔性接头两两种。13.5.1刚性接头刚性接头系系于水下连连接（不论论采用何法法）完毕后后，于相邻邻两节管段段端面之间间，沿隧道道外壁（二二侧与顶、、底板）以以一圈钢筋筋混凝土连连接起来，，形成一个个永久性接头头。刚度较大，，但沉降不不匀易开裂裂渗漏。“先柔后刚”13.5.2柔性接头主要是利用用水力压接接时所用的的胶垫，吸收变温温伸缩与地地基不均匀匀沉降所致致角变，以以消除或减减小管段所所受变温或或沉降应力力。13.6沉管基础在水底沉管管隧道中，，因作用在在沟槽底面面的荷载，，不因设置置沉管而有有所增加，，相反，却却有所减小小。13.6.2基础处理——垫平沉管隧道的的基础处理理方法，大大体上分为为先铺法和后后填法两大类；先铺法有刮砂法，刮刮石法等；后填法有灌囊法，压压浆法，压压砂法等。1)先铺法先铺法实际际上是利用用刮铺机将铺垫材料料（砂或石石）设置成成平整的垫垫层。1－方环形浮浮箱；2－砂石喂料料管；3－刮板；4－砂石垫层层（0.6-0.9m）；5-锚块；6－沟槽底面面；7－钢轨；8－移形钢梁梁2）后填法在后填法中中，安设水水底临时支座，，临时支座大大多数为道道渣堆上设设置钢筋混混凝土支承承板，也可可以采用短短桩简易墩墩。灌砂法喷砂法灌囊法压浆法压砂法（1）、灌砂法法（2）、喷砂法法1－预制支承承板；2－喷砂台架架；3－喷砂管；；4－喷入砂垫垫层（3）灌囊法灌囊法系于于砂、石垫垫层面上用用砂浆囊袋袋将剩余空空隙切实垫垫密。空囊下沉，，水面灌注注混合砂浆浆。防止顶管，，需严密观观测。（4）压浆法压压砂砂法隧道内部用用通常的压压浆设备，，经预埋在在管段底板板上带单向向阀的压浆浆孔，向管管底空隙压压注混合砂砂浆。13.6.3软弱土层上的沉沉管基础一般的解决办法法有：（1）