11.5-沉管法隧道施工演示教学

土木工程施工第十一章地下工程11.5沉管法隧道施工一、概述沉管法亦称沉埋法或沉放法，该法施工时，先在隧址以外的预制场(船厂与干坞)制作沉放管段，管段两端用临时封墙密封，待混凝土达到设计强度后拖运到隧址位置（此时设计位置上已预先进行了基槽开挖，设置了临时支座），然后沉放管段。待沉放完毕后，进行管段水下连接，处理管段接头及基础，然后覆土回填，再进行内部装修及设备安装，以完成隧道。利用沉管法修建隧道始于1910年美国的底特律河隧道，迄今为止，世界上已修建了100多条沉管隧道。我国修建沉管隧道起步相对较晚，现已建成的有：上海金山供水隧道、宁波涌江隧道、香港地铁隧道、香港东钢跨港隧道以及中国台湾的高雄港隧道等，其中，广州珠江隧道是中国大陆的第一条沉管隧道，其于1993年建成通车。二、沉管法隧道施工用沉管法修建隧道主要包括：基槽开挖与航道疏浚、管段制作、管段防水、管段的浮运沉放、管段水下连接、地基处理等施工工序。1．沉管基槽开挖与航道疏浚在沉管隧道施工中，在隧址处的水底沉埋管段范围，需在水底开挖沉管基槽，沉管基槽开挖的基本要求如下：1)槽底纵坡应与管段设计纵坡相同。2)沉管基槽的断面尺寸，根据管段断面尺寸和地质条件确定(见图11.17所示)：挖浚基槽最常用的挖泥船有：①吸扬式挖泥船，②抓扬式挖泥船；⑧链斗式挖泥船；④铲扬式挖泥船。吸扬式挖泥船靠铰刀和泥耙把基槽的土体搅拌成泥浆，然后再由泥浆泵排泥管卸泥于水下或输送到陆地上。另外三种方法则靠铲斗、抓斗、链头把泥块挖起，装入驳船运走。对于泥质基槽，一般分粗挖和精挖两个阶段用挖泥船进行挖泥；对于岩石基槽可采用水下爆破法挖槽。3．管段的浮运与沉放在干坞内预制管段完成后，可向干坞内灌水，使预制管道逐渐浮起，并利用绞车将管段牵引出坞。管段出坞后，一般采用拖船或者岸上绞车向隧址拖运。当拖运距离较长，水面较宽时，一般采用拖轮拖运管段。拖轮的大小和数量可根据管段的尺寸、拖拉航速及拖运条件（航道形状、水深、流速等），通过力学计算分析选定。当水面较窄时，可采用岸上设置绞车拖运或者拖轮顶推浮运管段。对于海上及某些近海的江上，管段的整个拖运过程可能都与潮汐有关，通常根据潮汐的周期性变化确定最佳拖运时间，特别时拖运的困难阶段，保证在潮汐上有利时刻通过。4．管段沉放管段的沉放在整个沉管隧道施工过程是比较重要的一个工序，也是最危险最困难的工序，沉放过程的成功与否直接影响到整个沉管隧道的质量。成功的沉放作业需要有各种环境条件的信息，还需要作业的技能和经验，为设备准备足够的后援设施。（1）沉放作业沉放作业全过程可按三个阶段进行：1）做好沉放前的各种准备工作，如管段基槽的清理、沉放现在封锁区的布置、管段定位设施的设置等；拖运管段至沉放现场。2）用缆绳定位管段，使管段的中心线与隧道轴线基本重合。3）施加镇重物（如灌注压载水），使管段下沉。管段下沉作业，一般按初步下沉、靠拢下沉和着地下沉三个步骤进行，如图11.18所示。（3）管段沉放方法到目前为止，常用的管段沉放方法有两类。一类吊沉法，另一类为拉沉法。吊沉法又分为：以起重船或浮箱为主要机具的分吊法（如图11.19与图11.21）；以利用方驳船及架设其上的“杠棒”（所谓“杠棒”，一般是型钢梁或钢梁板）为主的杠吊法（如图11.22）和以水上作业平台为主的骑吊法（如图11.20）。拉沉法利用预先设置在沟槽中的地垄，通过架设在管段上面的钢桁架顶上的卷扬机牵拉扣在地垄上的钢索，将具有具有一定浮力的管段缓缓地拉下水（如图11.23）。5．管段水下连接管段水下连接方法有水下混凝土法与水力压接法两种。水下混凝土法是在管段接头处用水下混凝土加以固结使接头与外部水隔绝，现已极少采用。水下压接法是利用作用在管段上的巨大水压力使安装在管段端部周边上的橡胶垫圈发生压缩变形，而形成一个水密性良好而又可靠的管段接头。几乎所有的沉管隧道都采用这种简单而又可靠的管段连接方法。水力压接法的主要工序为对位、拉合、压接、拆除隔墙。当管段沉放到临时支承上后，首先进行初步定位，而后用临时支承上的垂直和水平千斤顶进行精确定位。对位之后，在已设管段和新铺设管段之间还留有间隙。拉合工序就是用一个较小的机械力量，将刚沉放的管段拉向前节已设管段，使橡胶垫圈的尖肋部被挤压而产初步变形，使两节管段初步密贴。拉和作业除了可采用拉和千斤顶以外，也可采用定位卷扬机进行。拉和作业完成之后，抽掉在管段临时隔墙内的水，作用在新设管段自由端的巨大静水压力就将管段压向已设管段，橡胶垫圈再一次被压缩，接头完全封住。压接完毕后即可拆除隔墙。6．地基处理沉管隧道的地基所承受的荷载通常较低，一般情况下地基承载力都能满足，但为了避免有害的沉降产生，保证隧道的安全正常使用，需要对地基进行处理。沉管隧道的地基处理，早期采用多采用先铺法（又称刮铺法），即在管段沉放之前用刮砂法或刮石法将基槽整平，将来管段直接沉于其上。此法比较费时，