沉管隧道结构的设计与施工

1、第第9章章 沉管结构沉管结构地下结构工程地下结构工程第第9 9章章 沉管隧道结构沉管隧道结构沉管隧道施工过程沉管隧道施工过程接缝管段处理与防水措施接缝管段处理与防水措施沉管结构设计沉管结构设计概述概述Underground Structure Engineering Chapter139.1 9.1 概述概述什么是沉管法？什么是沉管法？n修建水底隧道的方法之一。修建水底隧道的方法之一。n由若干个预制的管段（节）组成，管段依由若干个预制的管段（节）组成，管段依次浮运到施工水面现场，一个接一个地沉次浮运到施工水面现场，一个接一个地沉放在预先挖好的地槽（基槽）内放在预先挖好的地槽（基槽）内, ,连接

2、后成连接后成为水底隧道。其施工方法为为水底隧道。其施工方法为“沉管法沉管法”。Underground Structure Engineering Chapter 13沉管法隧道的发展状况沉管法隧道的发展状况v沉管隧道开始于沉管隧道开始于191O191O年，年，美国跨越底特律河美国跨越底特律河的世的世界第一座双线铁路沉管隧道；界第一座双线铁路沉管隧道；v荷兰荷兰19411941年开始年开始鹿特丹鹿特丹MaasMaas隧道隧道施工，标志欧洲施工，标志欧洲开始使用沉管隧道；开始使用沉管隧道；v世界上已建和在建的沉管隧道有世界上已建和在建的沉管隧道有100100多座；多座；v台湾高雄过港隧道；台湾高雄

3、过港隧道；香港西区、东区海底隧道；香港西区、东区海底隧道；香港海底隧道；广州珠江地铁沉管隧道；宁波甬香港海底隧道；广州珠江地铁沉管隧道；宁波甬江公路沉管隧道；宁波常洪隧道；上海外环沉管江公路沉管隧道；宁波常洪隧道；上海外环沉管隧道；隧道；天津海河沉管隧道（在建）；港珠澳沉管天津海河沉管隧道（在建）；港珠澳沉管隧道（在建）。隧道（在建）。Underground Structure Engineering Chapter 13沉管法沉管法隧道隧道的优点的优点与桥梁相比：与桥梁相比：v从从航运角度航运角度看，沉管隧道优势明显，桥梁由于净看，沉管隧道优势明显，桥梁由于净空高度问题对航运的影响较大；空高

4、度问题对航运的影响较大；v其次其次从船舶航行和大桥安全角度从船舶航行和大桥安全角度看，在某一段距看，在某一段距离内建多座桥梁不利于安全，如南京新旧大桥相离内建多座桥梁不利于安全，如南京新旧大桥相距约距约5 km5 km，若在其中再建造一座大桥，船舶碰撞，若在其中再建造一座大桥，船舶碰撞桥墩的几率将会大大增加；桥墩的几率将会大大增加；v从从气象条件气象条件看，大风及雾对船舶过桥影响较大，看，大风及雾对船舶过桥影响较大，而水下隧道则不受气象条件的影响，可全天候运而水下隧道则不受气象条件的影响，可全天候运行。行。 Underground Structure Engineering Chapter 1

5、3与盾构法相比：与盾构法相比：v沉管法对沉管法对地层条件地层条件要求不高，基本上不受地质条要求不高，基本上不受地质条件的限制，对地基要求的允许承载力也低；件的限制，对地基要求的允许承载力也低；v沉管沉管埋深埋深很浅，一般管段的顶部离河床很浅，一般管段的顶部离河床1 m1 m即可，即可，而盾构法一般要求在而盾构法一般要求在10 m10 m左右；左右；v沉管沉管断面空间利用率断面空间利用率高，可采用高，可采用4 48 8车道；车道；v沉埋法沉埋法工序工序可平行作业，缩短工期，如基槽开挖、可平行作业，缩短工期，如基槽开挖、管段预制、浮运沉放等可平行作业；管段预制、浮运沉放等可平行作业；v沉埋法采用先

6、进沉埋法采用先进GinaGina止水止水带，再加上整体预制可带，再加上整体预制可大大提高质量并加外防水，其防水性能在大大优大大提高质量并加外防水，其防水性能在大大优于管片作衬砌的盾构隧道，可做到于管片作衬砌的盾构隧道，可做到滴水不漏滴水不漏。 Underground Structure Engineering Chapter 13沉管法就位示意图浮船浮船压顶石或覆土压顶石或覆土基础基础管段管段就位就位临时干坞临时干坞v一般情况下需自己在工程现场附近建造一个与工一般情况下需自己在工程现场附近建造一个与工程规模相适应的程规模相适应的临时干船坞临时干船坞。 管段的制作管段的制作 v沉管隧道有圆形和矩

7、形两类，其设计、施工及所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。用材料有所不同。v（1 1）圆形沉管隧道：这类沉管内边均为圆形、外）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，多半用钢壳作为边则为圆形、八角形或花篮形，多半用钢壳作为防水层；防水层；v （2 2）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳纳2 28 8个车道，矩形断面的空间利用率较高，个车道，矩形断面的空间利用率较高， 圆形沉管、矩形沉管圆形沉管、矩形沉管 广州市第二条过江沉管隧道仑头广州市第二条过江沉管隧道仑头生物岛生物岛隧道，首段隧道，首段5555米长

8、的沉管箱体成型米长的沉管箱体成型 广州生物岛广州生物岛大学城沉管隧道管段预制大学城沉管隧道管段预制干坞注水与管段检漏调整干坞注水与管段检漏调整宁波甬江沉管隧道管段预制宁波甬江沉管隧道管段预制管段内部检漏管段内部检漏西区海底隧道，一西区海底隧道，一 九九 九九 三三 年年 九九 月月 展展 开，开， 在在 一一 九九 九九 七七 年年 四四 月月 完完 成成 铸铸 造造 隧隧 道道 沉沉 管管 的的 石石 澳澳 干干 船船 坞坞上海外环隧道工程投资17.48亿元人民币。它东起浦东三岔港，西至浦西吴淞公园附近，距吴淞口约2公里，全长2880米。外环隧道江中段由7节管段组成，每节自重4.5万吨，相当

9、于一个标准足球场面积. chenguanjiaxing111.rmvbchenguangc004.rmvb上海外环沉管隧道隧道断面图上海外环沉管隧道隧道断面图上海外环沉管隧道上海外环沉管隧道管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中n港珠澳大桥设计使用寿命是120年，建成后可抗八级地震?。n世界最长：跨海逾35公里n根据近期批复的大桥工程可行性报告，港珠澳大桥全长约50公里，主体工程“海中桥隧”长35.578公里，超越现时世界上最长的跨海大桥杭州湾跨海大桥，建成后成为世界最长的跨海大桥。n6公里海底隧道，港珠澳大桥主体工程耗资约327亿元人民币，整体工程估

10、计逾700亿元。9.2 9.2 沉管结构设计沉管结构设计9.2.1 9.2.1 沉管的断面形状和尺寸沉管的断面形状和尺寸v隧道隧道截面尺寸截面尺寸取决于取决于使用要求使用要求、使用要求使用要求和辅助设施和辅助设施；同时还取决于；同时还取决于施工条件和施施工条件和施工要求工要求，即管段的浮运和沉放要求。，即管段的浮运和沉放要求。v管段的管段的长度长度则需要考虑则需要考虑经济条件经济条件、航道条航道条件、管段纵、横断面形状、施工及技术条件、管段纵、横断面形状、施工及技术条件件等。等。Underground Structure Engineering Chapter 139.2.2 9.2.2 沉管

11、的浮力设计沉管的浮力设计1.1.干弦的计算干弦的计算v管段浮运时，露出水面的高度，称为管段浮运时，露出水面的高度，称为干舷。干舷。v作用：作用：产生反倾力矩保持管段稳定。产生反倾力矩保持管段稳定。v尺寸：尺寸：矩形断面干舷矩形断面干舷101015 cm15 cm（不宜太小（不宜太小或太大）圆形或太大）圆形404050 cm50 cm。v个别情况用浮筒助浮。个别情况用浮筒助浮。Underground Structure Engineering Chapter 13v考虑到混凝土容重、模壳尺寸的误差以及考虑到混凝土容重、模壳尺寸的误差以及水流比重的变化，计算干舷时，按水流比重的变化，计算干舷时，按

12、最大混最大混凝土容重、最大混凝土体积、最小水流比凝土容重、最大混凝土体积、最小水流比重重计算。计算。Underground Structure Engineering Chapter 13干舷2. 2. 抗浮安全系数计算抗浮安全系数计算v管段沉设阶段，抗浮安全系数管段沉设阶段，抗浮安全系数1.051.051.11.1。v抛土回填时，考虑到水流比重增加导致浮抛土回填时，考虑到水流比重增加导致浮力增加，抗浮安全系数需确保大于力增加，抗浮安全系数需确保大于1.051.05。v施工阶段的抗浮计算，不考虑临时施工设施工阶段的抗浮计算，不考虑临时施工设备的重量。备的重量。v使用阶段，抗浮安全系数使用阶段，

13、抗浮安全系数1.21.21.51.5。v各个阶段的抗浮安全系数按照各个阶段的抗浮安全系数按照最小的混凝最小的混凝土容重和体积，最大的河水比重土容重和体积，最大的河水比重计算。计算。Underground Structure Engineering Chapter 139.2.3 9.2.3 沉管结构荷载沉管结构荷载v结构自重结构自重v水压力（主要）水压力（主要）v高、低潮位；若干年一遇的特大洪水水位等高、低潮位；若干年一遇的特大洪水水位等v土压力土压力（主要）（主要）v浮力浮力v施工荷载：施工荷载：定位塔、封端墙、出入筒、压载水柜、定位塔、封端墙、出入筒、压载水柜、索具浮箱等重量；吊索拉力、支

14、座反力等索具浮箱等重量；吊索拉力、支座反力等v波浪力波浪力 （一般不大）：波长等于管段全长，波（一般不大）：波长等于管段全长，波高高1 m1 m，顶部浸水长度为管段，顶部浸水长度为管段6060Underground Structure Engineering Chapter 13v水流压力水流压力v负摩擦力负摩擦力v车辆活载车辆活载 （忽略）（忽略）v沉船荷载沉船荷载 5050130 kN/m130 kN/m2 2v投锚与拖锚荷载投锚与拖锚荷载 覆土厚度超过覆土厚度超过2 m2 m时，可不考虑投锚垂直荷时，可不考虑投锚垂直荷载载 拖锚水平荷载根据锚链的极限强度确定拖锚水平荷载根据锚链的极限强度

15、确定Underground Structure Engineering Chapter 13v隧道内爆炸荷载隧道内爆炸荷载v地基反力地基反力v混凝土收缩影响混凝土收缩影响v温度应力：温度应力：沉管外壁内外温差引起沉管外壁内外温差引起v不均匀沉降影响：不均匀沉降影响：软弱地层、不均匀地层软弱地层、不均匀地层等等v地震荷载地震荷载Underground Structure Engineering Chapter 13沉降摩擦力沉降摩擦力地基反力的分布规律地基反力的分布规律 v（1 1）直线分布；）直线分布；v（2 2）反力强度和各点沉降量成正比，即文）反力强度和各点沉降量成正比，即文克尔假定，又可

16、以分为单一系数和多种地克尔假定，又可以分为单一系数和多种地基系数的两种；基系数的两种；v（3 3）假定地基为半无限弹性体，按弹性理）假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。论计算反力。9.2.4 9.2.4 管段结构设计管段结构设计1.1.横向内力分析横向内力分析v假定截面尺寸分析内力修正尺寸复算内力；假定截面尺寸分析内力修正尺寸复算内力；v常采用变截面或拱形结构，用以改善结构的受力；常采用变截面或拱形结构，用以改善结构的受力；v弹性地基上的葙形框架，应选取若干个代表截面弹性地基上的葙形框架，应选取若干个代表截面计算；计算；v超静定结构：超静定结构： 弯矩分配法，矩阵位移法（杆系弯矩分配法

17、，矩阵位移法（杆系有限元）、连续体有限元。有限元）、连续体有限元。Underground Structure Engineering Chapter 132. 2. 纵向内力分析纵向内力分析v施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时施工荷载（定位塔、端封算浮运、沉设时施工荷载（定位塔、端封墙等）所引起的内力。墙等）所引起的内力。v使用阶段的纵向受力分析，一般使用阶段的纵向受力分析，一般按弹性地按弹性地基梁理论进行计算基梁理论进行计算。v沉管隧道纵断面设计需要考虑温度荷载和沉管隧道纵断面设计需要考虑温度荷载和地基不均匀沉降以及其他各种荷载，根据地基不

18、均匀沉降以及其他各种荷载，根据隧道性能要求进行合理组合。隧道性能要求进行合理组合。Underground Structure Engineering Chapter 133. 3. 结构验算及配筋结构验算及配筋v沉管结构的截面和配筋设计，应遵照交通部沉管结构的截面和配筋设计，应遵照交通部公路桥涵公路桥涵设计规范设计规范进行。进行。v沉管结构的混凝土沉管结构的混凝土2828天强度等级，天强度等级，宜采用宜采用C30C30C45C45。v采用较高的强度等级，主要是为了抗剪的需要。采用较高的强度等级，主要是为了抗剪的需要。v设计时可根据施工进度计划的安排，尽量充分利用后期设计时可根据施工进度计划的安

19、排，尽量充分利用后期强度。在干坞规模较小，需分批浇筑时，尤可按更长的强度。在干坞规模较小，需分批浇筑时，尤可按更长的龄期计算。龄期计算。v沉管结构在外防水层保护下的沉管结构在外防水层保护下的最大容许裂缝宽度为最大容许裂缝宽度为0.150.150.2mm0.2mm，不宜不宜采用采用IIIIII级或级或IIIIII级以上的钢筋。级以上的钢筋。Underground Structure Engineering Chapter 134.4.预应力的应用预应力的应用v当隧道跨度较大，达三车道以上或者水压力、当隧道跨度较大，达三车道以上或者水压力、土压力又较大时，沉管结构的顶板、底板受土压力又较大时，沉管

20、结构的顶板、底板受到的剪力相对大。到的剪力相对大。v采用预应力混凝上结构可得到较经济的解决。采用预应力混凝上结构可得到较经济的解决。有两种做法。一种是全预应力，一种是部分有两种做法。一种是全预应力，一种是部分预应力预应力。v比较多的是采用比较多的是采用部分预应力部分预应力的。但一般仍配的。但一般仍配置一定数量的普通非预应力钢筋，以作临时置一定数量的普通非预应力钢筋，以作临时杭衡之用，数量可少些。杭衡之用，数量可少些。Underground Structure Engineering Chapter 13(a)Almendares (b)Lafontaine1-预应力索；2临时拉索；3防水层 9

21、.2.5 9.2.5 管段接头设计管段接头设计v管段沉设完毕之后，须与前面已沉设好的管段管段沉设完毕之后，须与前面已沉设好的管段（简称既设管段）或竖井接合起来。这项联接工（简称既设管段）或竖井接合起来。这项联接工作在水下进行，故亦称作在水下进行，故亦称水下联接。水下联接。v管段接头应具有以下管段接头应具有以下功能和要求功能和要求： 水密性；水密性； 接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力；接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力； 接头的各构件功能明确，造价适度；接头的各构件功能明确，造价适度； 接头的施工性好，施工质量能够保证，并尽量做接头的施工性好，施工质量能够保证，并尽量做到能检修。到能检

22、修。 常用的接头常用的接头有有GINAGINA止水带、止水带、OMEGAOMEGA止水带以及水平止水带以及水平剪切键、竖直剪切键、波形连接件、钢壳及相应剪切键、竖直剪切键、波形连接件、钢壳及相应的连接件。的连接件。Underground Structure Engineering Chapter 13接头的构造：接头的构造：v连续构造形式连续构造形式 扩大管段端部断面的形式；扩大管段端部断面的形式； 在管段外周设置橡胶密封垫的止水装置；在管段外周设置橡胶密封垫的止水装置； 和本体形成同一断面的结构形式；和本体形成同一断面的结构形式； 等断面的形式。等断面的形式。Underground Stru

23、cture Engineering Chapter 13v可挠性接头形式可挠性接头形式 柔性接头是能使管段接头处产生伸缩、柔性接头是能使管段接头处产生伸缩、转动的结构。但不容许无限制的位移，要转动的结构。但不容许无限制的位移，要根据止水性及交通功能等，规定出容许的根据止水性及交通功能等，规定出容许的位移值，使接头的位移在容许范围之内。位移值，使接头的位移在容许范围之内。Underground Structure Engineering Chapter 13“先柔后刚先柔后刚” 柔性接头柔性接头GINAv主要是利用水力压接时所用的主要是利用水力压接时所用的胶垫胶垫，吸收，吸收变温伸缩与地基不均匀

24、沉降所致角变，以变温伸缩与地基不均匀沉降所致角变，以消除或减小管段所受变温或沉降应力。消除或减小管段所受变温或沉降应力。 水力压接接头胶垫GINA（吉那）尖肋形橡胶垫OMEGAOMEGA止水带研制止水带研制 能承受大于能承受大于4747米深水压力；米深水压力； 满足满足120120年产品使用寿命要求；年产品使用寿命要求； 通过产品水密封功能试验；通过产品水密封功能试验； 质量稳定可靠，可批量生产。质量稳定可靠，可批量生产。n研发目标研发目标n产品组成产品组成 橡胶（丁苯、氯丁）；橡胶（丁苯、氯丁）； 尼龙帘布；尼龙帘布； 硬质橡胶条等。硬质橡胶条等。3条密封筋2层帘布OMEGAOMEGA止水带

25、研制止水带研制n产品可满足水深大于产品可满足水深大于45m45m、最大张开量达、最大张开量达85mm85mm的要求的要求 自主研发了水压和张开量均可调的试验台架（取得了专利），通过了最大水自主研发了水压和张开量均可调的试验台架（取得了专利），通过了最大水压达压达1.2MPa1.2MPa和最大张开量达和最大张开量达85mm85mm的水密封实验；试验水压和张开量为设的水密封实验；试验水压和张开量为设计最大值的计最大值的2.52.5倍。倍。 通过了大比尺（通过了大比尺（1/31/3），最大水压超过），最大水压超过1.2MPa1.2MPa的水密封实验。的水密封实验。水密封试验水密封试验9.2.6 9.

26、2.6 基础设计基础设计1.1.地质条件与沉管基础地质条件与沉管基础v在一般地面建筑中，如果建筑物基底下的地质条件差，在一般地面建筑中，如果建筑物基底下的地质条件差，就得做适当的基础。就得做适当的基础。v在水底沉管隧道中，在水底沉管隧道中，情况就完全不同情况就完全不同。 首先，不会产生由于土壤固结或剪切破坏所引起的首先，不会产生由于土壤固结或剪切破坏所引起的沉降；沉降； 很少需要构筑人工基础以解决沉降问题；很少需要构筑人工基础以解决沉降问题； 沉管隧道施工时是在水下开挖沟槽的，沉管隧道施工时是在水下开挖沟槽的，没有产生流没有产生流砂现象的可能；砂现象的可能； 对各种地质条件的适应性很强；对各种

27、地质条件的适应性很强；Underground Structure Engineering Chapter 13v 基槽开挖一般采用吸泥船进行，如链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船 、自航耙吸式挖泥船 、抓斗挖泥船 、铲扬式挖泥船等等。浚挖设备：浚挖设备： 大挖深铰吸挖泥船大挖深铰吸挖泥船 2. 2. 基础处理基础处理v其目的是因为在开槽作业中，不论是使用哪一种类其目的是因为在开槽作业中，不论是使用哪一种类型的挖泥船，挖成后的型的挖泥船，挖成后的槽底表面总有相当程度的不槽底表面总有相当程度的不平整平整。v使使槽底表面与沉管底面之间存在着很多不规则的空槽底表面与沉管底面之间存在着很多不规则的空隙隙。v会导

28、致会导致地基土受力不匀地基土受力不匀而局部破坏，从而引起不均而局部破坏，从而引起不均匀沉降，使沉管结构受到较高的局部应力，而致开匀沉降，使沉管结构受到较高的局部应力，而致开裂。裂。v在沉管隧道中在沉管隧道中必须进行基础处理必须进行基础处理垫平垫平，以消灭，以消灭这些有害的空隙。这些有害的空隙。Underground Structure Engineering Chapter 13v沉管隧道的各种基础处理方法，大体上可沉管隧道的各种基础处理方法，大体上可分为分为先铺法和后填法先铺法和后填法二大类。二大类。v先铺法先铺法是在管段沉设之前，先在槽底上铺好砂、是在管段沉设之前，先在槽底上铺好砂、石垫层

29、，然后将段沉设在这垫层上。适用于底石垫层，然后将段沉设在这垫层上。适用于底宽较小的沉管工程。宽较小的沉管工程。v后填法是在管段沉设完毕之后，再进行垫平作后填法是在管段沉设完毕之后，再进行垫平作业。后填法大多（除灌砂法之外）适用于底宽业。后填法大多（除灌砂法之外）适用于底宽较大的沉管工程。较大的沉管工程。v各种不同的基础处理方法之间的差别，仅是各种不同的基础处理方法之间的差别，仅是“垫垫平平”途径的不同而己。途径的不同而己。Underground Structure Engineering Chapter 131)1)先铺法先铺法v先铺法实际上是利用先铺法实际上是利用刮铺机刮铺机将铺垫材料将铺垫

30、材料（砂或石）设置成平整的垫层。（砂或石）设置成平整的垫层。 1方环形浮箱；2砂石喂料管；3刮板；4砂石垫层（0.6-0.9m）； 5-锚块；6沟槽底面；7钢轨；8移形钢梁美国普遍使用样板刮平的砾石基础。美国普遍使用样板刮平的砾石基础。v地槽挖好后，接着便在地槽底上铺一层粗砂或地槽挖好后，接着便在地槽底上铺一层粗砂或砾石。砾石和砂的粒度级配必须与水力条件相砾石。砾石和砂的粒度级配必须与水力条件相适应。适应。v厚度约厚度约0.7m0.7m。砾石基础的刮平度要求为。砾石基础的刮平度要求为3cm3cm，这取决于当地条件、砂或砾石的级配以及使用这取决于当地条件、砂或砾石的级配以及使用的设备的设备 v后

31、铺法已经成为沉管隧道基底处理的发展趋势，后铺法已经成为沉管隧道基底处理的发展趋势，我国我国已建的珠江隧道采用砂流法，甬江隧道采已建的珠江隧道采用砂流法，甬江隧道采用注浆法。用注浆法。 2 2）后填法）后填法v在后填法中，安设水底在后填法中，安设水底临时支座，临时支座，临时支座大多数为道渣堆上设置钢临时支座大多数为道渣堆上设置钢筋混凝土支承板，也可以采用短桩筋混凝土支承板，也可以采用短桩简易墩。简易墩。v 灌砂法灌砂法v 喷砂法喷砂法v 灌囊法灌囊法v 压浆法压浆法v 压砂法压砂法（1 1）、灌砂法（）、灌砂法（2 2）、喷砂法）、喷砂法1预制支承板；2喷砂台架；3喷砂管；4喷入砂垫层喷砂法喷砂

32、法v钢门架相连的钢门架相连的3 3根毗邻的管子根毗邻的管子，这，这3 3根管子被引入到隧道根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的空间。管段底部与地槽之间的空间。v最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸到隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸回去，从而形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以回去，从而形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以一种良好的限定和良好的控制的型样沉淀下来。一种良好的限定和良好的控制的型样沉淀下来。v门架位于隧道管段上面，并可使管子绕垂直轴转动，这门架位于隧道管段

33、上面，并可使管子绕垂直轴转动，这样就可以达到隧道管段下面的整个空间以便移动管子。样就可以达到隧道管段下面的整个空间以便移动管子。砂的平均粒径约为砂的平均粒径约为0.5mm0.5mm。砂水混合物的浓度和排出速。砂水混合物的浓度和排出速度与喷出形成的砂饼的直径有直接关系度与喷出形成的砂饼的直径有直接关系。 （3 3）、灌囊法）、灌囊法v灌囊法系于砂、石垫灌囊法系于砂、石垫层面上用砂浆囊袋将层面上用砂浆囊袋将剩余空隙切实垫密。剩余空隙切实垫密。v 空囊下沉，水面灌空囊下沉，水面灌注混合砂浆。注混合砂浆。v防止顶管，需严密观防止顶管，需严密观测。测。（4 4）压浆法）压浆法 压砂法压砂法隧道内部用通常

34、的压浆设备，经预埋在管段底板上带单向阀的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。 3. 3. 软弱土层中的沉管基础软弱土层中的沉管基础v如果沉管下的如果沉管下的地基土特别软弱地基土特别软弱，容许承载，容许承载力非常小，则仅作力非常小，则仅作“垫平垫平”处理是不够的。处理是不够的。以砂置换软弱土层；以砂置换软弱土层；打砂桩并加荷预压；打砂桩并加荷预压；减轻沉管重量；减轻沉管重量；采用桩基。采用桩基。Underground Structure Engineering Chapter 13v沉管隧道采用桩基后，也会遇到一些通常沉管隧道采用桩基后，也会遇到一些通常地面建筑所碰不到的向题。地面建筑所碰不到的向题

35、。基桩桩顶标高在实际施工中基桩桩顶标高在实际施工中不可能达到完全不可能达到完全齐平齐平。在管段沉置完毕后，难以保证在管段沉置完毕后，难以保证所有桩顶与管所有桩顶与管底接触底接触。为使基桩受力均匀，在沉管基础设计中必须为使基桩受力均匀，在沉管基础设计中必须采取一些措施。解决的办法采取一些措施。解决的办法大体上有三种大体上有三种：Underground Structure Engineering Chapter 13v水下混凝土传力法水下混凝土传力法 基桩打好后，先浇一、二层水下混凝土将桩基桩打好后，先浇一、二层水下混凝土将桩顶裹住。而后再在水下铺上一层砂石垫层，顶裹住。而后再在水下铺上一层砂石垫

36、层，使沉管荷载经砂石垫层和水下混凝土层传通使沉管荷载经砂石垫层和水下混凝土层传通到桩基上去。到桩基上去。v 砂浆囊袋传力法砂浆囊袋传力法 v在管段底部与桩顶之间，用大型化纤囊袋灌注在管段底部与桩顶之间，用大型化纤囊袋灌注水泥砂浆加以垫实，使所有基桩均能同时受力。水泥砂浆加以垫实，使所有基桩均能同时受力。v一般均一般均在水泥砂浆中掺入斑脱土泥浆。在水泥砂浆中掺入斑脱土泥浆。Underground Structure Engineering Chapter 13Underground Structure Engineering Chapter 13v活动桩顶法活动桩顶法 在所有的基桩顶端设在所有的

37、基桩顶端设一小段预制混凝土活动一小段预制混凝土活动桩顶桩顶。在管段沉设完毕后，向活动桩顶与桩。在管段沉设完毕后，向活动桩顶与桩身之间的空腔中灌注水泥砂浆，身之间的空腔中灌注水泥砂浆，将活动桩顶将活动桩顶顶升到与管底密贴接触为止。顶升到与管底密贴接触为止。Underground Structure Engineering Chapter 131钢管桩；2桩靴；3水泥浆；4活动桩顶；5预制混凝土桩；6导向管；7尼龙布囊；8灌水；9压浆管9.2.7 9.2.7 竖井和引道设计竖井和引道设计1. 1. 竖井竖井v在公路沉管隧道中，在竖井中通常要设置以下在公路沉管隧道中，在竖井中通常要设置以下设备设备：

38、通风、电力、监视控制及排水设备。而：通风、电力、监视控制及排水设备。而在铁路沉管隧道中，这些设备的规模要小很多。在铁路沉管隧道中，这些设备的规模要小很多。v基础基础形式是多种多样的，要根据地质条件、隧形式是多种多样的，要根据地质条件、隧道规模、埋深以及竖井的功能要求等条件选定。道规模、埋深以及竖井的功能要求等条件选定。2.2.引道引道v构造通常是明渠式的。构造通常是明渠式的。v引道设计应特别注意是引道设计应特别注意是U U形挡墙的上浮性。形挡墙的上浮性。Underground Structure Engineering Chapter 13v沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋沉管隧道在纵断面

39、上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分。段、沉埋段以及岸边竖井等部分。 沉管隧道的纵断面结构沉管隧道的纵断面结构沉管隧道纵断面一般结构示意图沉管隧道纵断面一般结构示意图 香港海底沉管隧道纵剖面图香港海底沉管隧道纵剖面图 广州珠江沉管隧道纵剖面图广州珠江沉管隧道纵剖面图 9.3 9.3 接缝管段处理与防水措施接缝管段处理与防水措施1.1.变形缝的布置与构造变形缝的布置与构造v钢筋混凝土的沉管结构，如无适当的措施，钢筋混凝土的沉管结构，如无适当的措施，很容易因隧道的纵向变形而开裂。很容易因隧道的纵向变形而开裂。v管段在干坞中预制时，管段在干坞中预制时，两次浇筑的混凝土两次浇筑的混凝土，易

40、发生裂缝。易发生裂缝。v不均匀沉降、地震影响不均匀沉降、地震影响等都可能导致管段等都可能导致管段开裂。开裂。Underground Structure Engineering Chapter 13v最有效的措施是最有效的措施是设置垂直于隧道轴线方向的变设置垂直于隧道轴线方向的变形缝形缝，把每节管段分剖成若干节段。根据各国，把每节管段分剖成若干节段。根据各国的实践经验，节段的长度不宜过大，一般的实践经验，节段的长度不宜过大，一般为为151520m20m左右。左右。v变形缝的构造变形缝的构造要满足三个主要要求要满足三个主要要求: : 能适应一定幅度的线变形与角变形；能适应一定幅度的线变形与角变形；

41、 施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力；施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力； 变形前后均能防水。变形前后均能防水。Underground Structure Engineering Chapter 13变形缝变形缝 v每节管段分割成若干每节管段分割成若干节段，一般为节段，一般为151520m20m左右左右 。 台阶形变形缝台阶形变形缝1沉管外侧；2沉管内侧；3卷材防水层；4钢边橡胶止水带；5沥青防水；6沥青填料；7钢筋混凝土保护层橡胶止水带橡胶止水带Underground Structure Engineering Chapter 13v变形缝的各组成部分中，最为主要的是既能适应变形缝的

42、各组成部分中，最为主要的是既能适应变形，又能有效地堵住渗漏的止水缝带，又简称变形，又能有效地堵住渗漏的止水缝带，又简称作作止水带止水带。v止水带的种类与型式很多。止水带的种类与型式很多。 铜片铜片等金属止水带现已很少采用。等金属止水带现已很少采用。 塑料塑料（聚氯乙烯）止水带弹性较差，只能适应幅（聚氯乙烯）止水带弹性较差，只能适应幅度较小的变形，预制管段中用得不多。度较小的变形，预制管段中用得不多。 在管段中用得较普遍的是在管段中用得较普遍的是橡胶止水带和钢边橡胶橡胶止水带和钢边橡胶止水带。止水带。 橡胶止水带的型式，有平板形的，有带橡胶止水带的型式，有平板形的，有带管孔的。带管孔的具有较高的

43、柔度，能承受较大管孔的。带管孔的具有较高的柔度，能承受较大的剪切差动变形。的剪切差动变形。2. 2. 止水缝带止水缝带形式：形式： v 均由本体与锚着部两部分组成均由本体与锚着部两部分组成; ;v 变形缝的张开度、本体部的宽度。这两个因素变形缝的张开度、本体部的宽度。这两个因素共同决定着止水带所受拉力。共同决定着止水带所受拉力。 v 钢边橡胶止水带，系于橡胶止水带两侧锚着钢边橡胶止水带，系于橡胶止水带两侧锚着部中加镶一段薄钢板，其厚度仅部中加镶一段薄钢板，其厚度仅0.7mm0.7mm左右，左右，初于荷兰的凡尔逊（初于荷兰的凡尔逊（Velsen,1957Velsen,1957）。）。 3.3.钢

44、壳与防水钢板钢壳与防水钢板v钢壳防水虽已不再常用，但到七十年代仍钢壳防水虽已不再常用，但到七十年代仍有一些工例继续采用它，目的是有一些工例继续采用它，目的是缩小干坞缩小干坞规模规模。v钢壳的缺点：钢壳的缺点： 耗钢量大耗钢量大 焊接质量不保证焊接质量不保证 防锈问题仍未切实解决防锈问题仍未切实解决 钢板与混凝土之间粘结不良钢板与混凝土之间粘结不良 Underground Structure Engineering Chapter 134.4.卷材防水与涂料防水卷材防水与涂料防水v卷材防水层卷材防水层是用胶料把多层沥青类卷材或是用胶料把多层沥青类卷材或合成橡胶类卷材胶合成的粘贴式防水层。合成橡胶类卷材胶合成的粘贴式防水层。v沉管隧道外防水用的卷材，以选用织物卷沉管隧