沉管隧道技术

1、沉管隧道技术,第四组：欧阳俊峰、孔翎旭、苏冠宇、朱振杰、,鄢然、赵腾飞,汇报提纲,1,沉管技术及其发展,2,3,4,桥隧方案比选,沉管隧道的关键技术,实例与展望,沉管技术及其发展,?,沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工,顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），,管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖,运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽,内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节,管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。,?,

2、水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。,50,年代起，由于水下连,接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。用这,种方法建成的隧道称为沉管隧道。,沉管技术及其发展,?,沉管技术具体施工,沉管技术及其发展,?,沉管技术具体施工,沉管技术及其发展,?,世界沉管隧道的历史,?,世界沉管技术的研究始于,1810,年首次在伦敦进行的沉管隧道试验,但试验未,能解决防水问题。直到,1896,年美国首次利用沉管法建成穿越波士顿港的输水,隧洞和,1910,年在美国建成底特律水底铁路隧道才宣告沉管法的成功诞生。荷,兰于,1942,年首次建成位于鹿特丹的,Mass,隧道,即世界上首次

3、采用矩形钢筋混,凝土管段建成的沉管隧道。,1959,年加拿大成功采用水力压接法建成,Deas,隧道。,沉管隧道关键技术的突破,使得沉管法很快被世界各国普遍采用。,?,美国的,FortMcHenry,隧道、荷兰的,Drecht,隧道和中国上海外环隧道为目前世,界上车道数最多的沉管隧道,均为,8,车道。美国,BayAreaRapidTransit,隧道全,长,5 825m,由,58,节管段组成,是世界上最长的沉管隧道之一。目前世界上建造,沉管隧道最多的国家为美国、荷兰和日本。据统计,现在全世界已有约,150,座,沉管隧道。,沉管技术及其发展,?,沉管隧道技术的发展,?,沉管技术自问世以来,就不断被

4、工程界改进和完善。从英国人最初的试验,到,美国人修建实际的沉管隧道,直到荷兰人引进后又进行了新的创新,使沉管隧,道技术得到了不断的发展。荷兰于,20,世纪,60,年代发明了,Gina,止水带,日本在,此基础上又进行了新的研发。基础处理技术方面,丹麦于,40,年代发明喷砂法,瑞典于,60,年代首先采用灌囊法,荷兰在,70,年代发明了压砂法,日本在,70,年代推,出压注混凝土法和压浆法。日本在抗震方面也开展了大量研究,并编写了沉,管隧道抗震设计规范。这些技术上的重大革新,对沉管隧道的发展和应用具,有重要意义。,?,水中悬浮隧道,(SFT),在意大利又称阿基米德桥,是在沉管技术基础上发展起,来的一种

5、跨越水域的新概念。其基本结构包括悬浮在水面以下一定深度的管,状结构、锚固在水下基础的锚索装置、桥体管节之间的连接装置和隧道与两,岸相连的构筑物等四个部分。水中悬浮隧道已经被欧洲、美国和日本等国科,技界和政府所关注,但迄今世界上还没有建成一座水中悬浮隧道,这方面仍处,于理论和试验研究阶段。,沉管隧道与桥梁的比较,(1),有大吨位船舶通过江河港湾时,桥梁需要一定的垂直净空和引桥长度,;,而隧道运营期间不侵占航道净空,不影响水路航运和港口船舶的进出,能有效避,免航运和桥梁之间的矛盾。,(2),在繁华区域建造越江工程,桥梁方案因引桥的建设会涉及大量拆迁和土,地占用,进而增加工程造价和工程建造难度。,(

6、3),城市越江工程型式的选择应兼顾考虑保障城市安全。水下隧道交通不,受恶劣天气影响,无论刮风下雨,均能确保隧道交通安全,使车辆畅通无阻地全,天候运行。,(4),水下隧道可以一洞多用,能安全稳定地安排各种市政管道穿越水域。,不同施工方法隧道与隧道的比较,沉管法与盾构法是两种重要的隧道施工方法,而沉管法,在大型越江工程中呈现许多明显特点。,(1),大断面多车道的大型隧道,沉管法明显优于盾构法。沉管隧道断面形式,可多样,截面尺寸自由度大,;,而盾构隧道断面受盾构机半径影响,尺寸有限,且断,面多为圆形,空间利用率低。,(2),防水性能好使得沉管隧道在越江工程中优势突出,;,而沉管节段长,接缝,数量少,

7、相对减少了渗漏水的机会。,(3),沉管隧道主要施工工序可平行进行,速度快,施工建设工期短。,1,、管段预制,大型沉管管段的制作成为沉管法隧道中技术含量很高,质量要求很严的项目,是沉管隧道建设中的关键技术之一。,(1),管段制作精度高。主要体现在对管段总重量、总体积、干坞高度、沉,放对接精度的要求上。,(2),管段防水要求高。主要体现在管段结构不允许出现贯穿裂缝,尽量避,免和控制表层裂缝。,(3),由于沉管管段混凝土体积大、导温系数低、早期的绝热温升和表面散,热等各种因素的影响,会在混凝土内部产生温度应力,;,同时由于混凝土的抗拉,强度低,而产生稳定裂缝。因此对沉管隧道混凝土的研究,则主要集中在

8、温度,场及由之产生的应力场的研究上。,通过检验积累和科学计算结果表明,管段侧墙内存在较大的拉应力,需要,采取合理的措施,以防止裂缝的发展。,2,、基槽浚挖,沉管隧道在浚挖基槽前,应根据河床泥沙以及水流速度,等情况确定基槽的形状、浚挖方法及基槽边坡稳定性。常,用的挖泥船有靶吸、链吸、链斗、抓斗、铲斗和射流等形,式,选用时应结合当地情况尽量使用技术成熟、生产率高、,费用低的浚挖方式。隧道施工时还应密切关注基槽淤泥的,沉积问题,应采取必要的防范和清淤措施。,3,、地基处理,沉管隧道的基础处理主要是解决开挖引起的槽底不平整、地基土软硬不均,和基槽回淤与流砂管涌等问题。管段基础处理方法大致可分为先铺法和

9、后铺法。,先铺法又可分为刮铺法,(,刮砂法和刮石法,),和桩基法两种,;,后铺法则有喷砂法、,压砂法、灌砂法、灌囊法和注浆法,(,灌浆法,),之分。,沉管隧道在基槽开挖、管段沉放、基础处理和最后回填覆土后,抗浮系数,仅,1.1,1.2,作用在沟槽底面的荷载不会因设置沉管而增加,相反却有减小。,沉管隧道基槽开挖时,无论采取何种挖泥设备,开挖后沟槽底面总留有,15,50cm,的不平整度。沟槽底面与管段表面之间存在众多不规则的空隙,导致地基,土受力不均匀,引起不均匀沉降,同时地基受力不均也会使管段结构受到较高,的局部应力,以至开裂。而且,地震或列车通过时的振动会使砂性基础产生液,化的不良后果。因此必

10、须进行适当的基础处理,以消除这些有害空隙。,4,、防水与接头问题,管段接头有柔性接头和刚性接头之分,根据位置不同,又分为中间接头、岸,边接头和合龙接头几种。接头设计应坚持具有可靠的水密性、适当的强度与变,形性能以及施工可操作性等几条原则。,管段防水应坚持以混凝土自防水为根本、以接头防水为重点的多道防水、,综合治理的设计原则。,（,1,）、对钢壳管段,由于钢壳管段被钢壳完全封闭,其防水问题主要是,管段之间的接缝防水。防水方法主要是接缝对准后使用钢销扣紧,在接缝两侧,安装模板后,用导管法灌注密实的混凝土,将接缝完全包围住。,（,2,）、对钢筋混凝土管段,管段长度一般在,70,120m,管段之间接头

11、处,是一漏水间隙。施工缝也是一漏水点,混凝土本身也会产生裂缝,这些裂缝能,造成管段的渗漏,使钢筋锈蚀,甚至危及管段本身,所以管段的防水至关重要。,管段的接头防水是沉管隧道防水的关键部位,沉管管段接头的设计不仅要满足,接头部位在各工况下的防水要求,还要满足管段沉放对接施工中接头的水力压,接功能以及管段间接头的柔性功能,例如,GINA,橡胶止水带。,5,、浮运、沉放与水下压接,预制管段浮运到现场并沉放安装的整个施工过程分为五个工况,:,管段起浮、,出坞与浮运、管段沉放与水力压接、基础构筑及覆土。其中,隧道管段的出坞,与浮运、沉放定位与水下对接是沉管隧道施工中关键的阶段,是沉放隧道施工,过程中的一项

12、重要技术。,沉放是沉管施工过程中最危险的阶段,原因是沉放在水下施工,难度较大,同时为避免对船舶航行的影响等,要求作业时间短。管段沉放施工需要综合考,虑管段尺寸、水流速度和方向、深浅以及以往的施工经验等,同时,潮汐对管段,施工也有很大的影响。,港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道施工实例,?,1,、工程概况,岛隧工程包括长,625m,的东、西人工岛和,5 664m,长的海中沉管,隧道。沉管隧道隧址沿线的最大水下深度超过,45m,。考虑到远期,30,万,t,规划航道疏浚的要求,沉管顶部最大埋深超过,20m,。,预制沉管节共分,33,节管节,最终接头设置于,E 29,和,E 30,之间,长,度为,2.5m,采

13、用水下止水板方式施工。,2,、沉管隧道管节工厂化生产,横断面采用,2,孔,1,管廊形式,宽,37.95m,、高,11.40m;,标准管节由,8,个长,22.5m,的节段组成。,2,、沉管隧道管节工厂化生产,1),生产厂房用于将预制钢筋网片的拼装和管节浇筑、养护。,(2),管节滑行区用于将已制作完成的节段推进滑行。节段下方设置滑行梁,上部采用多点千斤顶系统和减摩垫层,控制差异沉降量,减少摩擦阻力,确,保节段滑行时结构不产生有害裂缝。,(3),管节临时寄放区用于临时寄放已经完成养护并完成一次舾装的管节。,该区域可建于干坞出海口,减少干坞开挖工作量。,2,、沉管隧道管节工厂化生产,3,、基槽开挖,基

14、槽开挖包括粗挖、精挖及清淤。,1),粗挖是开挖自然泥面至离设计底标高约,2m,间的泥层,选用,1,万,m 3,以上耙吸船承担粗挖施工。,2),精挖是开挖粗挖完成后至设计底标高间的泥层,选用具有定深和平,挖功能的大型抓斗挖泥船，可减少底部扰动和浮泥产生。,3),清淤是清除粗挖结束后至精挖前基槽淤积的泥沙,以及精挖后基槽,底和基床面回淤的浮泥层。选用专用清淤船进行清淤,确保沉放时水,容重的变化控制在要求范围之内。,4,、碎石刮铺基础,沉管隧道的基础处理方法,以消灭不规则空隙为目的,可分为先铺法,(,在管段沉设,之前,先铺好砂、石垫层,),和后填法,(,先将管段沉设在预置在沟槽底上的临时支座,上,随后再补填垫实,),。为减少外海沉放作业时间,隧道基础的处理方法拟采用碎,石刮铺法的基础垫层。采用碎石刮铺船。,该设备固定于打入海底的,4,根管桩,凭借船上的桁车移动和填料刮铺筒进行,碎石刮铺施工。,填料刮铺筒出料口前后设有超声波探测装置,可详细了解到碎石刮铺状态及,偏差,并实时反映到中控室。刮铺筒的填料口可以根据船体标高灵活调整，,其深度也可根据不同需要灵活调整。,5,、管节体外定位系统,当隧道管节放置到基础上后,体外定位系统将投入使用。当移动隧道管节时,接,头端和尾端两侧体外定位系统底座将提供支撑,并确保管节不会因为水流和波浪,产生侧向位移。在轻微提升管节时