沉管法隧道施工

1、第五节 沉管法隧道施工一般沉管隧道的施工工序一、管段制作对管段施工的基本要求是自身不漏水，即使承受最大水压时也不渗漏；管段本身材质均匀、质量对称、结构牢固，以免浮运时倾倒。 管段有钢壳型和钢筋混凝土型两种。1）钢壳管段钢壳管段的制作工序主要包括：建造钢壳制作厂，一般利用船厂的设备。制作钢壳。托运至驳装栈桥，并且固定。浇筑内部混凝土。安装顶板止水板并注入砂浆。2）钢筋混凝土沉管段混凝土箱型管段结构通常在干船坞内制作。预制混凝土管段必须历经干坞注水、管段起浮、浮运和沉放等过程最终沉埋于江底基槽中所以管段结构应满足严格的防水要求、可靠地承受各工况中的各种荷载、并能平稳起浮和不倾斜等多项要求。钢筋混凝

2、土沉管管段施工注意要点：使混凝土具有高质量的防水性和防渗性。严格控制混凝土的重度、注意混凝土重度若超过1%以上，管段将浮不起来。严格控制模板的变形，防止因模板变形较大，造成混凝土质量不均匀，管段在浮运中发生倾斜。慎重处理施工缝和变形缝，确保各项质量符合要求。管段主体结构完成后，须在管段的两端离端面0.51m处设置端封墙。端封墙用于使沉管管段成为封闭结构，使可在坞中浮起，以便对管段进行防渗检漏，及将其浮运到预订地点。此外，还需对管段安装压载设置。管段下沉一般由向压载设置加压实现，压载设施一般采用水箱。管段在出坞前最后需做渗漏检查和调整干舷值。管段制作的难点主要在于：管段制作精度高主要体现在对管段

3、总质量、总体积、干舷高度、沉放对接精度的要求上。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，并尽量避免和控制表面裂缝。特别是目前沉管管段防水设计的趋势是以结构本体放水为主，在管段外侧不再采用外部防水设施。管段制作的流程一般是将一根管段分为若干节，分节浇筑。二、管段浮运、沉放与水下对接管段浮运是将干坞中制作的沉管管段通过水路拖运至沉放地点的工序。管段起浮前应先在干坞中进行管段检漏。为保证浮运过程中管段稳定，要求管段有一定的干舷。干舷是指管段浮运时，管段顶部露出水面的部分。管段沉放是沉管隧道施工中用于使管段下沉就位的工序。按工艺特点可分为吊沉法和拉沉法。水下对接是沉管管道下沉就位后，将其与

4、先期陈设的管段和水下接合的工序。连接方法有水下混凝土连接法和水力压接法。1）干舷高度确定干舷高度是指在浮运过程中，管段露出水面部分的高度。G-管段重心；F-管段浮心，即管段排水体积的重心；B-管段外包宽度（m）；H-管段外包高度（m）；Hb-干舷高度；1-压舱水箱内的压舱水4)管段浮运技术沉管隧道施工中，在干坞内完成混凝土管段的预制作业后，需先对其安装用于浮运、沉放及水下对接施工的全部附属设备及设施，然后向干坞内灌水，使混凝土管段在坞内起浮。坞内外水位达到平衡状态后，即可进行抗渗漏检验和开始浮运管段。浮运沉管隧道管段，应注意以下条件：在现场特定条件下隧道管段的特性。在航运水道中可以利用的空间。

5、拖船的种类和能力。定位系统和将有关信息提交给作业指挥者的方式。可能遇到的其他情况。浮运的两种主要方式：（1）拖轮浮运（2）岸上绞车拖运和拖轮顶推浮运拖轮浮运四船托运管段三船托运管段LOGOLOGOLOGO5）管段沉放技术（1）管段沉放方法管段沉放的目标是需满足隧道设计对不同位置的管段提出的定位精度要求，采用何种沉放方式需根据管段尺寸、水流随度、水位深浅以及以往施工经验。管段沉放方法吊沉法分吊法扛吊法骑吊法拉沉法a.a.分吊法分吊法 起重船吊沉法起重船吊沉法 浮箱吊沉法浮箱吊沉法起重船吊沉法起重船吊沉法：又称为浮吊法。：又称为浮吊法。沉放前起重船通过管段顶板预埋的个吊点沉放前起重船通过管段顶板预

6、埋的个吊点提吊，同时逐渐给管段内压载，使管段慢慢沉放到规提吊，同时逐渐给管段内压载，使管段慢慢沉放到规定的位置。定的位置。优缺点：优缺点：该法可免去主要的沉放设备，但占用水面较宽，该法可免去主要的沉放设备，但占用水面较宽，对航道干扰大，指挥不方便。对航道干扰大，指挥不方便。LOGOc.c.浮箱浮箱吊沉法：吊沉法： 将管段顶板上方只浮箱通过吊索和管段起吊将管段顶板上方只浮箱通过吊索和管段起吊点连接。吊索起吊力作用在浮箱的中心，分前后两组，点连接。吊索起吊力作用在浮箱的中心，分前后两组，用钢桁架连结，起吊提升机和浮箱定位提升机安放在用钢桁架连结，起吊提升机和浮箱定位提升机安放在浮箱顶部，管段本身用

7、根锚索定位，定位提升机安浮箱顶部，管段本身用根锚索定位，定位提升机安设在定位塔顶部。设在定位塔顶部。浮箱吊沉法的优缺点：浮箱吊沉法的优缺点： 减少水上作业，使管段对航道的影响减小；设减少水上作业，使管段对航道的影响减小；设备简单，水上作业简化，尤其适用于大型沉管。备简单，水上作业简化，尤其适用于大型沉管。LOGOd.d.扛扛吊吊法法 在左右方驳之间加设在左右方驳之间加设”扛棒扛棒“， ”扛棒扛棒“下吊设下吊设沉管，然后沉放，这种方法也成为方驳扛沉法。沉管，然后沉放，这种方法也成为方驳扛沉法。优缺点：优缺点： 吊扛法使用于小型管段的沉放，不仅沉放时较为吊扛法使用于小型管段的沉放，不仅沉放时较为平

8、稳，而且浮运时还可以利用驳船组挟持管段航行，使浸平稳，而且浮运时还可以利用驳船组挟持管段航行，使浸水面积对浮轴的惯性矩成倍增大，从而使浮运时抗倾覆稳水面积对浮轴的惯性矩成倍增大，从而使浮运时抗倾覆稳定性及安全度提高。定性及安全度提高。e.e.骑吊法骑吊法 骑吊法系用水上作业平台骑吊法系用水上作业平台”骑骑“于管段上方，于管段上方，将其慢慢的吊放沉没，所用水上作业平台，也叫自升将其慢慢的吊放沉没，所用水上作业平台，也叫自升式作业平台，实际上是矩形钢浮箱。就位时，向浮箱式作业平台，实际上是矩形钢浮箱。就位时，向浮箱内灌水加荷压载，使条钢腿插入海底，需要入土较内灌水加荷压载，使条钢腿插入海底，需要入

9、土较深时，可以压沉一次后，排水浮起钢平台，然后再注深时，可以压沉一次后，排水浮起钢平台，然后再注水加荷压沉。如此反复数次达到设计要求。水加荷压沉。如此反复数次达到设计要求。骑吊法适应条件：骑吊法适应条件： 适合于水深或流速较大的河流或海湾沉适合于水深或流速较大的河流或海湾沉放管段施工时不受洪水、潮水、波浪影响，不需要锚放管段施工时不受洪水、潮水、波浪影响，不需要锚碇，对航道干扰小。碇，对航道干扰小。 风浪较大时有利，但设备费用大。风浪较大时有利，但设备费用大。. .拉沉法拉沉法 利用预先设置在沟槽底面上的水下桩墩作利用预先设置在沟槽底面上的水下桩墩作为地垄，依靠架在管段上面钢桁架顶上的提升机，

10、和为地垄，依靠架在管段上面钢桁架顶上的提升机，和扣在地垄上的钢索，将管段缓缓拉下水，沉放到桩墩扣在地垄上的钢索，将管段缓缓拉下水，沉放到桩墩上。上。 须在水底设置桩墩，费用较大。须在水底设置桩墩，费用较大。（2）管段沉放方法的选用原则安全原则效率原则环境影响最小原则经济原则6）管段的水下连接与沉管隧道的防水技术（1）管段水下连接的类型沉管隧道相邻管段之间的连接结构，简称为管段接头。刚性刚性接头接头 在相邻两节管段端面之间，沿隧道外壁浇注在相邻两节管段端面之间，沿隧道外壁浇注一圈钢筋混凝土将之连接起来，形成一个永久性接头。一圈钢筋混凝土将之连接起来，形成一个永久性接头。 刚性接头应能抵抗弯矩、剪

11、力和轴力，不低刚性接头应能抵抗弯矩、剪力和轴力，不低于管段自身的强度。于管段自身的强度。 刚性接头水密性不可靠，在使用过程中常因不刚性接头水密性不可靠，在使用过程中常因不均匀沉降而开裂渗漏。均匀沉降而开裂渗漏。 “先柔后刚先柔后刚”接头：水力压接时所用的胶垫，留接头：水力压接时所用的胶垫，留在外圈作为接头的永久性止水防线，刚性接头在胶垫在外圈作为接头的永久性止水防线，刚性接头在胶垫的防护之下，不在渗漏。其刚性部分一般在沉降基本的防护之下，不在渗漏。其刚性部分一般在沉降基本结束之后，再浇注钢筋混凝土。结束之后，再浇注钢筋混凝土。柔性柔性接头接头利用水力，压接时利用水力，压接时所用的胶垫，吸收所用

12、的胶垫，吸收变温伸缩与基础不变温伸缩与基础不均匀沉降造成的角均匀沉降造成的角度变化，以消除或度变化，以消除或减小管段所受温变减小管段所受温变与变形应力。与变形应力。（2）管段接头的构成及工序管段之间的刚性接头一般由在两侧钢板之间填充混凝土形成。构成柔性接头的构件有以下几种：GINA橡胶止水带二次防水橡胶水平和垂直抗剪键接头连接钢缆或W形钢板GINA橡胶止水带闭锁装置端部钢壳（3）最终接头的构造和工序最终接头的构造类型最终接头的构造可按其所在位置分为两类：水中最终接头和岸上最终接头。水中初密封和最终接头的形成水中初密封的结构一般由钢结构构件和橡胶止水带组成。橡胶止水带通常在向干坞灌水前安装，管段

13、沉放对接后，把相邻管段端头封板间的水抽掉，即可由水压作用形成初密封。三、沉管隧道的基础处理1）沉管隧道基础处理的特点沉管隧道的地基、基础的沉降问题与一般地面建筑的情况截然不同。区别为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1.11.2，使作用在沟槽底面的荷载不会因设置沉管而增加，相反却有些减小。可见 在沉管隧道的沉管段中构筑的人工基础，一般不会因荷载过大而发生沉降问题。基础处理的目的：基础处理的目的： 不是为了对付地基土的沉降，而是为在管段沉放不是为了对付地基土的沉降，而是为在管段沉放前，基槽开挖不平整，使槽底表面与沉管底面之间存在很前，基槽开挖不平整，使槽底表面与沉

14、管底面之间存在很多不规则的空隙，这样会使地基受力不均，引起地基不均多不规则的空隙，这样会使地基受力不均，引起地基不均匀沉降，并使沉管结构受到较大的局部应力而开裂。因此匀沉降，并使沉管结构受到较大的局部应力而开裂。因此在沉管隧道施工中必须进行基础处理，使管段底面与地基在沉管隧道施工中必须进行基础处理，使管段底面与地基之间的空隙充填密实，均匀接触。之间的空隙充填密实，均匀接触。2 2）沉）沉管基础处理方法：管基础处理方法： 刮铺法（先铺法）刮铺法（先铺法） 喷砂法和压注法喷砂法和压注法（后填法）（后填法） 桩基法桩基法 灌砂法灌砂法 灌囊法灌囊法刮刮铺法铺法 刮刮铺法是在管段沉放前采用专用的刮铺船

15、上的铺法是在管段沉放前采用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料，作为管段基础。刮板在基槽底刮平铺垫材料，作为管段基础。 基曹底应超挖基曹底应超挖mmmm，在槽底两侧打，在槽底两侧打数排短桩并安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。数排短桩并安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。 投放铺垫材料采用抓斗或通过刮铺机的喂料投放铺垫材料采用抓斗或通过刮铺机的喂料管进行。管进行。 刮板船用沉到水底的锚块稳定，刮板支撑在刮板船用沉到水底的锚块稳定，刮板支撑在刮板船的导轨上。平整度砂刮板船的导轨上。平整度砂 mmmm，刮石，刮石 mmmm。缺点：需要专门的刮铺设备；作业时间长，干扰航道；缺点：需要专门的刮

16、铺设备；作业时间长，干扰航道；刮铺完后需经常清除回淤土或塌坡的泥土；在管段底刮铺完后需经常清除回淤土或塌坡的泥土；在管段底宽较大是施工困难。宽较大是施工困难。喷砂喷砂法法 是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底的喷管向管段底部喷注，填满空隙。底的喷管向管段底部喷注，填满空隙。砂垫层厚度一般为砂垫层厚度一般为1m1m左右。平均砂粒径为左右。平均砂粒径为0.5 mm0.5 mm，混，混合料中含砂量一般为合料中含砂量一般为10%10%，有时可达到，有时可达到20%20%。压压砂法砂法 在管段内沿轴向铺设直径在管段内沿轴向铺设直径200mm200mm输料钢管，输料钢管，接到岸边或水上砂源，通过泵砂装置及吸料管将砂接到岸边或水上砂源，通过泵砂装置及吸料管将砂水混合料泵送到已接好的压砂孔，压入管底孔隙。水混合料泵送到已接好的压砂孔，压入管底孔隙。桩桩基法基法 适用条件：适用条件： 地基地基特别软弱，容许承载力很特别软弱，容许承载力很小。小。 桩基法的优点：桩基法的优点： 采用采用桩基础支撑沉管，承载力和桩基础支撑沉管，承载力和沉降都