沉管隧道施工技术的发展与应用（PPT118）

第四章、沉沉管隧道施施工技术的的发展与应应用4.1沉管隧道的的发展4.1.1国内外越海海隧道工程程建设和研研究现状世界上由于于海峡存在在，陆地被被分割，在在不同条件件下形成两两个区域，，并造成交交通障碍及及文化差异异。连接海峡两两岸主要有有三种方式式：轮渡、、修建桥梁梁和修建隧隧道。轮渡渡受气象条条件的影响响较大，并并且不能直直接连通，，造成人员员物资转运运十分麻烦烦。修建桥梁往往往受跨度度、水深的的影响，且且建成运营营后也同样样受气象条条件的影响响。●●10/27/20221●而修建海峡峡隧道既可可以穿越较较大跨度直直接连通海海峡两岸，，又可以在在运营后很很少受气象象条件影响响，能保持持连续通行行。世界上已建建成了许多多海峡隧道道，许多正正在研究中中。●日本关门海海峡在本世世纪40年代即用隧隧道连接，，以后又建建了桥梁，，是世界上上最早的海海峡隧道。。经过艰苦苦努力，日日本于1988年建成了青青函隧道，，使本州——北海道之间间实现了铁铁路运输。。●英法海峡隧隧道从拿破破仑时代（（1800年）以来就就曾两次开开挖，但都都停了下来来。1993年隧道全部部贯通，投投入运营。。10/27/20222工期长达24年，共耗资资6890亿日元。隧隧道海底段段长23.30公里。最大大水深140米，最小覆覆盖层厚100米，采用超超前导坑和和平行导坑坑法施工，，以便提前前探明地质质情况并作作通风、排排水和出渣渣之用。10/27/20223●1996年，丹麦大大海峡隧道道竣工，它它把丹麦和和欧洲本土土连接起来来，实现把把瑞典和德德国连成一一体的计划划，从而使使欧洲范围围内几乎都都能陆路相相通。●直布罗陀海海峡通道从从七十年代代开始调查查，西班牙牙及摩洛哥哥交换了协协议，分别别设立勘察察机构，依依靠自身力力量和日本本、英、法法等协作进进行勘察设设计。●最初有桥梁梁及隧道两两个方案，，原定1990年内确立其其中一个，，由于种种种原因而未未能如愿。。海峡水深深300m，从摩洛哥哥的丹吉尔尔向北的海海上距离约约28km，桥梁方案案在技术上上十分困难难，还有政政治因素。。10/27/20224●现在方案初初步确定为为桥梁和隧隧道的组合合方案，即即在航道下下用隧道，，其余部分分架浮桥通通过。这个个海峡通道道和仅是两两个国家间间的英法海海峡通道相相比，它将将连接欧亚亚及非州两两片大陆，，而具有划划时代的意意义。●在亚洲，计计划的有日日韩对马海海峡隧道、、台湾海峡峡隧道、马马六甲海峡峡隧道、宗宗谷海峡、、间宫海峡峡通道。日日韩隧道经经过约十年年的勘察及及方案设计计，至今日日本侧佐贺贺县的呼子子长400m左右的试验验斜井已经经开挖，对对地质地形形状况有了了很好的了了解，但和和韩国侧的的资料在精精度上有差差别，出现现一个界面面。10/27/20225●该通道被构构想作为亚亚洲高速公公路的一部部分，现有有多个方案案正在比选选之中，这这还和韩国国政治形势势有关，但但总要逐步步集中到某某一方案。。●台湾海峡隧隧道目前由由清华大学学进行可行行性研究。。鉴于两岸岸的政治形形势和技术术条件，初初步估计最最早要到2030年才可能修修建。●关于马六甲甲海峡，从从该地区发发展需要来来看，是引引人注目的的通道。10/27/20226●巽他海峡隧隧道正在日日本及法国国的帮助下下进行调查查。海峡原原为火山岩岩屑堆积体体，海底深深部状况不不明，水深深100m左右，中间间有岛屿，，施工比较较方便（将将由地质状状况来决定定合适的施施工方法））。●关于宗谷海海峡，间宫宫海峡通道道，因眼下下考虑的仅仅是输送西西伯利亚、、萨哈林的的石油与天天然气资源源的需要，，故至今未未进行勘察察。●至于白令海海峡，曾有有筑坝发电电之说，撇撇开其长度度，由于水水深不太大大，如果选选用合适的的方案，作作为运输通通道也是可可能的，它它的实现将将把亚欧大大陆和美洲洲连接起来来。10/27/20227●随着经济的的发展和技技术的进步步，特别是是许多越水水隧道成功功的建成运运行的事实实使得人们们的观念发发生了变化化，人们已已意识到““遇水架桥桥”不再是是唯一的选选择，在许许多情况下下以水下沟沟通两岸比比建桥更为为优越。到到目前为止止，我国大大陆已建成成的水（海海）底隧道道已超过10座。●在上海的黄黄浦江先后后修建了打打浦路、延延安东路和和延安东路路复线三座座城市道路路隧道；1999年初，又建建成了两条条上海地铁铁二号线黄黄浦江区间间隧道。10/27/20228●计划中的轨轨道交通明明珠线还将将建成4条黄浦江隧隧道。已建建成的黄浦浦江隧道均均采用盾构构施工。黄黄浦江吴淞淞口隧道采采用沉管法法。90年代以来，，我国大陆陆除建成了了众所周知知的多条黄黄浦江隧道道外，还建建成了广州州珠江沉管管隧道和宁宁波甬江沉沉管隧道。。●值得注意的的是，这两两座水底隧隧道都是由由国内的技技术力量设设计和施工工的，其运运营情况和和防水效果果都十分良良好。京沪沪高速铁路路穿越长江江的南京上上元门隧道道已由铁道道部第四勘勘察设计院院完成初步步设计。该该隧道采用用沉管隧道道方案，沉沉埋段长1930m，全长5765m。10/27/20229此外，我国国香港已建建成5座越海隧道道，它们全全部采用沉沉管隧道的的型式。我我国台湾也也修建了高高雄港跨港港隧道和新新店溪河隧隧道。广州州救捞局参参与了香港港西区的两两条隧道的的沉放工作作。4.1.2国内外沉管管隧道发展展现状自1894年美国在波波斯顿修建建世界第一一座沉管隧隧道以来，，到现在世世界上已经经修建了一一百多座沉沉管隧道。。我国大陆陆、香港和和台湾高雄雄已修建了了8座沉管隧道道。沉管隧道结结构型式的的发展:沉管隧道主主要有两种种基本类型型：一种是是钢壳管段段隧道；一一种是混凝凝土管段隧隧道。10/27/202210●第一座钢钢壳管段段沉管隧隧道是在在二十世世纪初在在北美建建成的。。钢壳管管段沉管管隧道是是钢壳与与混凝土土的组合合结构。。钢壳可可作为防防水层并并在结构构上有明明显作用用。混凝凝土主要要承受压压力和作作为镇载载物，并并且也有有助于结结构上的的需要。。●由于钢壳壳具有弹弹性特点点，因此此，完工工的钢壳壳管段沉沉管隧道道成为一一个具有有柔性的的整体结结构。全全世界修修建的钢钢壳管段段沉管隧隧道大多多在北美美，日本本也修建建了几座座，欧洲洲采用得得不多。。10/27/202211●沉管混凝凝土隧道道最早出出现在欧欧洲。半半个世纪纪以前，，在荷兰兰的鹿特特丹建成成了第一一座欧洲洲的沉管管隧道。。此后，，这种施施工方法法得到了了极大的的简化和和优化。。现今全全世界约约建成了了四十多多座混凝凝土管段段沉管隧隧道。混混凝土管管段沉管管隧道大大多数在在欧洲，，其中约约有一半半在荷兰兰。亚洲洲的日本本、中国国也修建建了几座座混凝土土管段沉沉管隧道道。●混凝土管管段沉管管隧道的的主要特特点是隧隧道的管管段由钢钢筋混凝凝土制成成，钢筋筋混凝土土用于结结构构造造和作为为镇载物物。尽管管大多数数新近建建造的混混凝土管管段沉管管隧道设设有防水水薄膜，，但老的的混凝土土管段的的沉管隧隧道一般般都使用用了钢板板或沥青青防水薄薄膜。10/27/202212●大多数完完工的混混凝土管管段由多多个节段段组成，，管节长长约20～25m，用柔性性接缝将将其连在在一起。。因为每每一管节节是一个个整体结结构，更更易控制制混凝土土的灌注注和限制制管节内内的结构构力。只只有极少少数的混混凝土管管段沉管管隧道有有刚性的的隧道接接缝。●除了管段段制造中中使用各各种不同同技术外外，钢壳壳管段沉沉管隧道道和混凝凝土管段段沉管隧隧道的水水上施工工技术也也不同，，这些与与不同管管段不同同材料的的本来性性能有关关，也与与承包人人的技术术有关，，这种技技术是在在不同的的环境下下各自开开发出来来的。每每一种实实施方法法都对工工程进度度、引道道斜坡的的施工、、浇注场场地等有有不同影影响。10/27/202213●例如，对私人人投资的工程程来讲，时间间很重要，可可能导致有更更高的直接投投资。至于成成本，不能简简单说成是混混凝土管段沉沉管隧道比钢钢壳管段沉管管隧道要昂贵贵些。●例如，由于环环境要求，建建造一个专门门制造混凝土土隧道管段的的灌注场地的的费用增高，，这就很可能能改而选择钢钢壳管段沉管管隧道方案。。钢壳管段沉沉管隧道的沉沉埋深度可能能会比混凝土土管段沉管隧隧道的沉埋深深度深一些，，这样就增长长了现场引道道斜坡的长度度。10/27/202214美国和欧洲的的方法不同，，有其科学和和政治发展的的根源。但是是，总的来讲讲，历史已证证明最终结果果——即在质量、防防水性能、寿寿命、可靠性性及维修等方方面的最终结结果并不存在在不同之处。。10/27/202215中国港珠澳大大桥工程中最最艰难部分在在海底隧道工工程,其造价占了整整个工程预算算的近一半,初步估计约211亿元人民币。。2009年4月14日,接受记者采访访的专家表示示,按照“沉管法法”的方式,港珠澳大桥的的隧道将先在在隧址以外的的船台上或临临时干坞内制制作隧道管段段(管段每节长度度一般在60-100m,目前最长的达达268m),并于两端用临临时封端墙封封闭起来。预预制完成后用用拖轮拖运到到隧址指定位位置。这时已已于隧位处预预先挖好了一一个水底基槽槽。待管段定定位就绪后,向管段内灌水水压载,使之下沉。10/27/202216然后把沉放的的管段在水下下连接起来。。经覆土(石)回填后,便筑成隧道。。10/27/20221710/27/202218据估算，港珠珠澳大桥总投投资为726亿元。融资方方案已于日前前确定，口岸岸及连接线部部分由粤港澳澳三地政府投投资兴建，总总投资约350亿元；主桥部部分总投资约约376亿元，其中，，中央政府和和粤港澳三地地政府共同出出资157.3亿元，银行贷贷款融资约220亿元。10/27/20221910/27/20222010/27/20222110/27/202222港珠澳大桥2009.12.15开工10/27/20222310/27/20222410/27/2022254.2沉管隧道的设设计与施工4.2.1截面形式选择择沉管隧道的截截面形式主要要有圆形和矩矩形两种类型型，其设计、、施工以及所所采用的材料料均不相同。。圆形（多用于于船台型）沉沉管隧道施工工时多数利用用造船厂的船船台制作钢壳壳，制成后沿沿着船台滑道道滑行下水，，然后将沉管管隧道系泊于于码头边上，，在水中浮态态中浇筑钢筋筋混凝土。这类沉管其断断面形式内边边概为圆形，，外边则为圆圆形、八角形形或花篮形，，按设计车道道的多少，断断面形式又可可设计为单筒筒圆形断面和和双筒圆形断断面，单筒圆圆断面段一般般为两条车道道，双筒圆断断面一般设四四条车道。10/27/202226如1972年香港建成的的穿越维多利利亚港的第一一座沉管城市市道路海底隧隧道，即为圆圆形钢壳沉管管隧道结构，，其断面形式式如图4.1所示。图4.1香港海底跨港港隧道横断面面图10/27/202227矩形（（多用用于干干坞型型）沉沉管隧隧道施施工时时在临临时在在干坞坞中制制作钢钢筋混混凝土土管段段，制制成后后往坞坞内灌灌水使使之浮浮起并并拖运运至隧隧址沉沉设。。此法法自荷荷兰的的鹿特特丹mass河隧道道(1942建成)首创矩矩形沉沉管以以来，，在各各国得得到广广泛的的应用用，我我国的的沉管管隧道道大多多数也也采用用矩形形截面面。矩形沉沉管断断面管管段，，在同同一管管段断断面内内可以以同时时容纳纳4～8个车道道，一一般多多在临临时干干坞以以钢筋筋混凝凝土浇浇筑而而成。。如上上海的的外环环线越越江隧隧道，，即为为三箱箱八车车道，，其断断面形形式如如图4.2所示。。10/27/202228图4.2(a)城市外外围快快速干干道的的建设设(沉管式式隧道道)10/27/202229图2.2（b）上上海外外环线线沉管管隧道道入口口10/27/202230图4.2（c）上上海海外环环线越越江隧隧道示示意图图采用矩矩形沉沉管隧隧道优优点是是不占占用造造船厂厂设备备，不不妨碍碍造船船工业业的生生产；；在隧隧道横横断面面中，，没有有过多多空余余空间间，空空间利利用率率较高高；所所需浚浚挖的的土方方量亦亦较少少；不不用钢钢壳防防水，，大量量地节节约钢钢材。。10/27/202231●其缺点点是管管段宽宽度较较大，，基础础处理理时不不如船船台型型管段段简便便；制制作管管段时时须览览址建建造临临时干干坞；；混凝凝土浇浇筑时时须采采用防防水混混凝土土，对对混凝凝土浇浇筑质质量要要求较较严。。●总的来来说，，在干干坞中中制作作的矩矩形钢钢筋混混凝土土管段段比在在船台台上制制作的的钢壳壳圆形形、八八角形形或花花蓝形形管段段经济济。所所以目目前世世界各各国均均采用用矩形形钢筋筋混凝凝土管管段代代替圆圆形钢钢筋混混凝土土管段段。本本节也也重点点介绍绍矩形形沉管管管段段的施施工技技术。。10/27/202232钢筋混混凝土土钢壳壳钢筋筋混混凝凝土土通风风竖竖井井通风风竖竖井井竖实地地层层软弱弱地地层层明挖挖段段暗挖挖法法沉埋埋段段明挖挖段段暗挖挖段段路堑堑10/27/2022334.2.2沉管管隧隧道道施施工工程程序序沉管管隧隧道道施施工工一一般般包包括括：：预预制制厂厂（（临临时时干干坞坞））准准备备、、管管节节制制作作、、管管节节浮浮运运、、沉沉管管段段基基槽槽开开挖挖、、临临时时支支座座及及地地垅垅设设置置、、管管节节沉沉放放等等，，具具体体的的施施工工程程序序如如图图4.3所示示。。10/27/202234预制厂（临时干坞）施工管节制作管节浮运沉管段基槽开挖临时支座及垅设置管节沉放水下对接基础处理回填内部装修及机电设备安装竣工两岸洞口建筑施工岸上段施工洞口建筑及道路工程图4.3一般沉沉管隧隧道的的施工工程序序10/27/2022354.2.3沉管隧隧道的的管节节制作作1临时干干坞矩形钢钢筋混混凝土土预制制管段段大多多数是是在临临时干干坞中中制作作的，，因此此在水水底沉沉管隧隧道开开工之之始，，就应应在隧隧址附附近建建造一一个预预制管管段专专用的的临时时干坞坞。这这种干干坞应应选在在地址址条件件较好好，场场地土土具有有一定定的承承载力力，当当预制制管段段浇筑筑后不不会产产生过过大的的不均均匀沉沉降，，并在在干坞坞附近近的航航道具具备浮浮运条条件和和浮存存系泊泊若干干节预预制好好管段段的水水域。。10/27/202236临时干干坞一一般比比较简简单，，不象象造船船工业业的船船坞，，周边边需要要有永永久性性的钢钢筋混混凝土土坞墙墙，很很厚的的钢筋筋混凝凝土底底板，，临时时干坞坞它的的周边边大多多数是是采用用简单单的、、设有有护坡坡的天天然土土坡，，底板板做得得很薄薄，只只有在在个别别情况况下才才采用用钢板板桩围围堰。。因此此临时时干坞坞实系系一临临时性性的工工作土土坑。。临时干干坞示示意图图10/27/20223710/27/202238沉管隧隧道正正在干干坞中中施工工10/27/202239沉管预预置10/27/202240我国上上海外外环线线沉管管隧道道的干干坞方方案确确定，，经过过对干干坞的的坞址址确定定、规规模大大小、、结构构形式式以及及其位位置与与隧道道轴线线的关关系等等进行行了反反复论论证和和斟酌酌，最最终确确定分分为两两个干干坞、、一次次性制制作所所有七节沉沉管管段的的干坞坞方案案。2.临时干干坞的的主要要设备备一般都都用普普通土土建工工程中中常见见的通通用设设备。。如混混凝土土搅拌拌站设设备、、水平平运输输车辆辆、起起重设设备、、空压压机、、电焊焊机和和钢筋筋成型型设备备等。。10/27/202241上海外环沉管隧道临时干坞平面图10/27/2022424.3沉管隧隧道的的管段段制作作4.3.1管段制作的的材料要求求（1）粗骨料必必须采用自自然连续级级配，粒级级5～25mm，泥块含量量＜0.5%(水洗)，针片状含含量＜1%和含泥量＜＜1%。这不仅可可提高混凝凝土可泵性性，还可减减少砂、水水泥用量，，达到减少少混凝土自自身收缩的的目的。（2）细骨料采采用级配合合理的中粗粗砂，细度度模数Mx为2.5～2.8，含泥量＜＜1.5%，泥块含量量＜0.5%。这可减少少用水量从从而降低混混凝土的干干缩。控制制粗细骨料料的含泥量量，可减少少混凝土的的收缩，增增加混凝土土的抗拉强强度。10/27/202243（3）水泥选用用水化热较较低的52.5级普通硅酸酸盐水泥，，混凝土强强度等级不不应小于C30，水泥用量量应控制在在300kg/m3，混凝土的的重度一般般为23.8KN/m3。（4）粉煤灰磨磨细度为二二级，可改改善混凝土土的和易性性和可泵性性，降低水水化热。（（5）必须严格格控制混凝凝土的配合合比和施工工质量。一一般要求水水灰比应小小于0.5，坍落度控控制在10～14cm，混凝土中中应掺入缓缓凝减水剂剂，同时还还要满足泵泵送混凝土土的要求。。材料计量量应符合现现行《钢筋混凝土土施工及验验收规范》标准，即控控制水泥误误差小于1％，砂小于于2％，碎石小小于2％，外加剂剂小于1％。10/27/2022444.3.2管段制作的的防水要求求（1）抗渗等级级不应小于于S8，结构防水水主要依靠靠混凝土本本身的密实实性达到防防水要求，，即应以自自防水为主主，外防水水为辅；（2）施工缝、、预埋件、、施工使用用贯穿结构构的管道等等特殊部位位，应加强强防水措施施的处理。。一般不宜宜设置贯穿穿结构内外外的永久性性金属构件件或管道。。（3）施工缝处处的止水带带应是闭合合的，由于于沉管隧道道的壁厚较较大，一般般要在施工工缝处设置置两道止水水带，其中中一道止水水带以金属属止水带为为宜。10/27/20224510/27/20224610/27/202247钢板止水带带10/27/202248（4）混凝土浇浇筑时必须须考虑水泥泥水化热的的影响，严严格控制混混凝土的入入仓温度在在28℃以内，控制制混凝土内内外温差在在25℃以内，以免免由于混凝凝土的内外外温差而引引起混凝土土表面裂缝缝和混凝土土收缩裂缝缝。施工时时，可采取取水化热低低的水泥，，掺入减水水剂、缓凝凝剂或粉煤煤灰等掺合合料，或在在混凝土中中掺入冰块块、冰水，，预埋循环环冷水管道道等。4.2.3管段的预制制管段的混凝凝土预制施施工工艺大大体上与地地面浇筑的的混凝土结结构相同，，但由于管管段要采取取浮运沉设设的施工方方法，而且且最终要埋埋设在河底底水中，因因此对混凝凝土匀质性性与防水性性要求特别别高，这是是一般土建建工程中所所没有的。。10/27/202249矩形管段段在浮运运时的干干舷（满载水线线以上未未被水浸浸湿的舷舷侧板，，称为干干舷）只有l0～15cm，仅占管管段全高高1.2～2％左右，，如果混混凝土重重度变化化幅度稍稍大，超超过1％以上，，管段就就会浮不不起来。。此外，，管段浇浇筑时各各部分尺尺寸偏差差过大，，造成管管段构件件前后、、左右的的大小不不一或混混凝土重重度不均均匀，管管段就会会倾侧。。所以，在在管段制制作时要要严格控控制混合合物的匀匀质性和和模板的的变形与与走动，，要求混混凝土的的重度控控制在23.8KN/m3；要求顶顶、底板板、侧墙墙厚度精精度误差差小于1cm。具体要要求如下下：10/27/202250（1）模板的的选用模模板板要有足足够的刚刚度，能能整体移移动，能能保证混混凝土的的表面质质量。如如内模可可采用专专门设计计的钢模模台车，，外模可可采用木木模或钢钢框竹胶胶板模板板。钢模模台车可可整体移移动，避避免了模模板的装装拆工作作，生产产效率高高。钢台台模车管管节预制制模板系系统如图图4.5所示。图4.5管节预制制模板系系统10/27/202251（2）施工缝缝的留设设施施工缝缝是渗漏漏的主要要途径，，所以，，在构造造上和工工艺上要要采取严严格的防防水措施施，在组组织施工工时，也也要尽量量减少不不必要的的留设。。管段在在干坞预预制时，，一般都都先浇筑筑底板，，隔若干干日后再再浇筑外外壁、内内壁和顶顶板，因因此在管管段的横横断面上上一般都都要留设设施工缝缝，这个个施工缝缝，亦称称作为纵纵向施工工缝。纵纵向施工工缝，一一般留设设在管壁壁上，在在管壁的的上下端端各留一一道，下下端的一一道应高高出底板板面30～50cm。如图4.6所示。图4.6管段的施施工缝与与变形缝缝的位置置1－纵向施施工缝；；2－止水带带；3-变形缝10/27/202252（3）变形缝缝的留设设管管段制作作过程中中，由于于混凝土土浇筑的的体积庞庞大，由由水泥水水化热、、气温和和地基温温度变化化等所引引起的混混凝土的的温度变变形，在在管段施施工阶段段和使用用阶段会会引起一一定的纵纵向变形形，这个个变形有有时会导导致通透透性的横横向裂缝缝。为了防止止发生这这种通透透性的横横向裂缝缝,目前在施施工的过过程中均均采用设设置温度度伸缩缝缝的方法法控制裂裂缝。伸伸缩缝的的间距波波动很大大，从6m到40m。但是，在在许多情情况下，，要求结结构不留留伸缩缝缝，许多多工程(特别是地地下工程程)的渗漏经经常来自自伸缩缝缝，对伸伸缩缝处处渗漏的的治理难难度又高高于对裂裂缝渗漏漏的治理理，所以以在施工工条件及及施工技技术均较较困难的的条件下下，常采采用临时时性变形形缝(即后浇带)这一有效控制制裂缝的方法法。10/27/202253施工时，可将将管段分为若若干个节段，，每个节段为为15～20m，可使施工期期间激烈温差差及收缩应力力得到显著的的释放。后浇浇带封闭的时时间与缝两边边混凝土浇筑筑时间的间隔隔越长越好，，间隔时间过过短将失去作作用，一般不不少于40d。见图4.7。后浇带的填充充材料可采用用膨胀混凝土土，也可采用用比缝两边混混凝土高一个个强度等级的的普通混凝土土，后浇带的的宽度为700～1500mm，钢筋可不断断，也可断开开，后者施工工麻烦，但释释放应力程度度略高。10/27/202254后浇缝浇筑混混凝土之前，，应将接缝处处的混凝土表表面凿毛，清清洗干净，并并保持湿润。。后浇缝浇筑筑的施工温度度应低于缝两两侧混凝土施施工时的温度度，且宜选择择气温较低的的季节施工。。后浇缝混凝凝土浇筑后，，其养护时间间不应少于28d。如上海外环线线隧道管段施施工，将每节节管段分为6节，每节13.50m～17.85m长，管节之间间设1.5m长的后浇带将将相邻制作完完成的管节连连接。施工时时，从中间往往两端展开，，如图4.7所示。10/27/202255图4.7后浇带留设及及管段制作总总体流程示意意图（4）混凝土浇筑筑后的养护管管段段混凝土浇筑筑完毕后，要要及时进行养养护，以创造造一定的温湿湿条件和防止止混凝土表面面散热过快。。在冬期施工工的条件下，，混凝土抹压压密实后应及及时覆盖塑料料薄膜，再覆覆盖保温材料料(岩棉被、草帘帘等)。10/27/2022564.3.4管段封门管段浇筑完毕毕，模板拆除除之后，为了了使管段能在在水中浮运，，需要在管段段的两端离端端面大约50～100cm处，设置临时时封门。封门门一般有钢端端封门和钢筋筋混凝土封门门两种形式。。钢端封门制制作时首先焊焊接钢结构立立柱，然后在在立柱上焊接接封板，焊接接排水管、通通气管、安装装观察入孔的的水密门，最最后进行灌水水试验。如图图4.8所示。图4.8钢端封门的结结构示意图10/27/202257上海沉管制作作现场管段封封门示意10/27/202258钢筋混凝土封封门是采用钢钢筋混凝土浇浇筑而成，优优点是变形小小，容易保证证不漏，缺点点是拆除比较较麻烦。4.4沉管隧道的管管段沉放预制管段的沉沉设工作是整整个沉管式水水底隧道施工工中重要的一一个环节。它它受到各种条条件的制约，，如气象、河河流自然条件件、航道自然然条件等。所所以在沉管隧隧道施工中，，并没有一套套统一通用的的管段沉设方方法，一般要要根据气象、、河流、航道道等综合条件件考虑确定。。目前世界界上通常使用用的管段沉放放方法如下：：10/27/20225910/27/2022604.4.1分吊法分吊法就是是在管段沉沉设作业时时分别用2～4艘起重船或或浮箱，吊吊着预先在在管段顶板板上埋设吊吊点（吊点点一般在管管段预制时时埋设），，逐渐将管管段沉没到到规定位置置上。荷兰兰Boltek隧道采用双双起重船进进行管段沉沉放，其平平面布置图图和起重船船、管节的的定位锚固固系统如图图4.9所示。起吊吊沉管节的的悬吊系统统如图4.10所示。10/27/202261图4.9采用分吊法法吊沉管节节的平面布布置10/27/202262图4.10采用分吊法法吊沉管节节的悬吊系系统早期的双车车道船台型型管段，一一般都是用用起重船按按分吊法来来进行沉设设的。后来来荷兰的柯柯恩（Coen，1966）隧道和培培纳斯克斯斯（1967）又采用大大型浮筒代代替了浮吊吊，并在工工艺上作了了一些改革革（见图4.11）。10/27/202263图4.11浮筒吊沉法法（a）侧面图；；（b）横剖图其后，比利利时的斯凯凯尔特(E3—Scheldt，1969年建成)隧道又改以以浮箱代替替了浮筒，，形成了一一种新的沉沉没方法。。浮箱吊沉法法的主要特特点是设备备简单，尤尤适于宽度度特大的大大型管段。。通常于管管段顶板上上方用2、4只方形浮箱箱直接将管管段吊起来来。浮箱之之间可用钢钢桁架联系系起来，并并用四根锚锚索定位。。10/27/202264起吊卷扬机机和浮箱的的定位卷扬扬机均安设设在浮箱顶顶上。管段段本身则另另用六根锚锚索定位(边锚四，前前后锚各一一)，其定位卷卷扬机则安安设在定位塔顶部部。使用浮箱箱吊沉法，，有的工程程又将浮箱箱组的定位位锚索全部部略去，只只用管段本本身上的六六根定位锚锚索来控制制座标方位位，使水上上作业大为为简化。图图4.12表示浮箱吊吊沉法的全全过程。图4.12浮箱吊沉法法示意10/27/2022654.4.2扛吊法此法亦称方方驳扛吊法法。即用““扛棒”和和“方驳””等相互连连接来完成成管段的吊吊沉作业。。扛吊法按按使用方驳驳的多少，，又分“四四驳扛吊法法”和“双双驳扛吊法法”。““四驳扛吊吊法”吊沉沉时用二副副“扛棒””来完成吊吊沉作业，，每副“扛扛棒”的二二个“肩””就是二艘艘方驳。左左右二艘方方驳之间的的“扛棒””采用型钢钢梁或钢板板梁做成。。前后二组方方驳之间，，用钢桁架架相连接形形成一个整整体的驳船船组。驳船船组用六根根锚索定位位，管段本本身另用六六根锚索定定位(均是四边锚锚及二前后后锚)。所有的定定位卷扬机机均安设在在驳船上。。吊索的吊吊力作用在在“扛棒””钢梁上，，通过“扛扛棒”传到到方驳上。。起吊卷扬扬机则可安安设在方驳驳上，亦可可直接安设设在“扛棒棒”上。10/27/202266“双驳扛吊吊法”吊沉沉时只用二二艘方驳，，左右两边边用扛棒相相连系，前前后两边用用绷索相连连接，将管管段的定位位锚索改用用对角方向向张拉的斜斜索系定于于整体稳定定性较好的的双驳船上上。双驳扛扛吊法的优优点是整体体稳定性较较好，缺点点是设备费费用较大（（大型驳船船费用较贵贵）。双驳驳扛吊法示示意图如图图4.13所示。图4.13双驳扛吊法法示意图1-方驳；2-扛棒；3-绷索；4-吊索；5－斜索；6-方驳定位索索；7-指挥室10/27/2022674.3.3骑吊法骑吊法即是是水上作业业平台“骑骑”在管段段上方，完完成管段吊吊放沉没，，如图4.14所示。图4.14骑吊法管段段沉放示意意图1-定位杆；2-拉合千斤顶顶水上作业台台亦称自升升式作业台台，是海洋洋钻探或开开采石油的的专用设备备。它的工工作平台实实际上是个个钢浮箱(常是方环形形)。10/27/202268就位位时时，，向向浮浮箱箱里里灌灌水水加加载载，，使使四四条条钢钢腿腿插插入入海海底底或或河河底底，，需需要要入入土土较较深深时时，，可可反反复复灌灌水水、、排排水水加加荷荷压压沉沉，，直直到到钢钢腿腿插插入入深深度度达达到到设设计计要要求求为为止止。。当需需要要移移位位时时，，可可排排出出箱箱内内贮贮水水，，使使之之上上浮浮，，将将四四条条钢钢腿腿拔拔出出。。在在外外海海沉沉设设管管段段时时，，只只能能用用此此法法，，其其它它方方法法均均不不能能胜胜任任。。在在内内河河或或港港湾湾内内沉沉设设管管段段时时，，如如流流速速过过大大，，也也可可采采用用此此法法施施工工。。它它的的优优点点是是不不需需抛抛设设锚锚索索，，作作业业时时对对航航道道干干扰扰小小。。缺缺点点是是设设备备费费用用较较大大，，因因此此一一般般不不用用此此法法施施工工。。10/27/2022694.5沉管管隧隧道道沉沉设设作作业业4.5.1沉设设前前的的准准备备在沉沉没没开开始始前前的的一一、、二二天天，，应应作作好好管管节节沉沉放放点点的的基基槽槽检检查查和和基基槽槽的的清清淤淤工工作作，，同同时时还还要要检检查查临临时时支支座座的的的的安安放放位位置置、、标标高高，，岸岸上上管管段段对对接接位位置置等等。。所所有有工工作作尽尽量量在在岸岸上上作作好好，，以以保保证证管管段段能能顺顺利利地地沉沉放放到到设设计计位位置置，，避避免免沉沉没没中中途途发发生生搁搁浅浅，，临临时时延延长长沉沉没没作作业业时时间间，，打打乱乱港港务务计计划划。。最后后向向港港务务、、港港监监等等部部门门申申请请沉沉放放时时间间。。沉沉放放时时间间确确定定后后应应及及早早通通知知有有关关方方面面。。沉沉放放前前须须做做好好水水上上交交通通管管制制，，并并须须抓抓紧紧时时间间设设置置好好封封锁锁线线标标志志，，包包括括浮浮标标、、灯灯号号、、球球号号等等。。同同时时须须埋埋设设管管段段定定位位及及作作业业船船组组定定位位用用的的地地锚锚。。地地锚锚上上都都须须设设置置浮浮标标。。10/27/202270为防防止止误误入入封封锁锁线线的的船船只只于于紧紧急急抛抛锚锚后后仍仍刹刹不不住住，，有有的的工工程程施施工工中中还还沿沿着着封封锁锁线线在在河河底底上上敷敷设设勾勾锚锚链链，，以以策策安安全全。。4.5.2管段段就就位位在高高潮潮平平潮潮之之前前，，将将管管段段用用浮浮箱箱或或作作业业船船组组拖拖运运到到指指定定位位置置上上，，并并带带好好地地锚锚，，校校正正好好前前后后左左右右位位置置。。一一般般管管段段要要拖拖运运到到中中线线与与隧隧道道轴轴线线基基本本重重合合（（误误差差不不应应大大于于10cm）,离规规定定沉沉设设位位置置10～20cm之处处就就位位。。同同时时管管段段的的纵纵向向坡坡度度亦亦应应调调整整到到设设计计坡坡度度。。定定位位完完毕毕后后，，可可开开始始灌灌注注压压载载水水，，至至消消除除管管段段的的全全部部浮浮力力为为止止。。10/27/2022714.5.3管段段下下沉沉管段段下下沉沉的的全全过过程程，，一一般般需需要要2～4小时时，，因因此此应应在在潮潮位位退退到到低低潮潮平平潮潮之之前前l～2小时时开开始始下下沉沉。。开开始始下下沉沉时时的的水水流流速速度度，，应应小小于于0.15m／sec，如如流流速速超超过过0.5m／sec，应应采采取取一一些些辅辅助助措措施施。。下沉沉作作业业一一般般分分三三个个步步骤骤进进行行，，即即初初次次下下沉沉，，靠靠拢拢下下沉沉和和着着地地下下沉沉。。1.初次次下下沉沉先灌灌注注压压载载水水至至规规定定下下沉沉力力值值的的50％，，随随即即进进行行对对位位校校正正。。校校正正完完毕毕后后，，再再继继续续灌灌水水至至规规定定下下沉沉力力值值的的100％。然然后开开始按按40～50cm／min速度将将管段段下沉沉，直直至下下沉到到离设设计高高程4～5m为止。。10/27/202272●下沉时要随随时校正管管段位置。。当管节顶顶面下沉至至距水面4m时，管节受受力状态最最为复杂，，各种作用用力变化很很大，必须须引起重视视，并要有有足够的安安全保证措措施，以防防万一。2.靠拢下沉将管段向前前节已安设设管段方向向平移，平平移至距已已安设管段段端口2m左右处。随随后再将管管段沉到管管底离设计计高程0.5～1m左右，并校校正好管段段位置。3.着地下沉先将管段继继续前移至至距前节已已安设管段段约0.5m处。经校正正管段位置置后，即开开始着地下下沉。下沉沉时要利用用对接定位位装置不断断减少管节节的横向摆摆幅，并自自然对中，，以提高安安装精度。。10/27/202273一般要求管管节的左右右误差小于于±20mm，高程误差差小于±20mm。在沉放过过程中，要要注意管节节底面下的的河(海)水的重度将将随着管底底与基槽间间隙的减少少而逐渐加加大，尤其其是在泥砂砂含量较高高的江、河河中更为明明显，需及及时调整下下沉力或采采取其他措措施，保证证管节能继继续下沉就就位。10/27/202274沉管组件箱箱涵（沉箱箱在干坞中中）10/27/202275沉管出运10/27/20227610/27/20227710/27/20227810/27/202279沉管沉放10/27/202280水下作业下下锚碇10/27/202281上海外环线线隧道出口口10/27/202282上海外环线线隧道出口口10/27/202283管段浮运10/27/20228410/27/20228510/27/20228610/27/2022874.6沉管管隧隧道道的的水水下下压压接接4.6.1管段段接接头头管段段接接头头是是沉沉管管隧隧道道的的重重要要环环节节，，其其首首先先要要满满足足水水密密性性要要求求，，即即在在施施工工阶阶段段和和日日后后运运营营阶阶段段不不渗渗漏漏；；第第二二是是具具有有抵抵抗抗各各种种外外力力的的能能力力，，这这些些外外力力包包括括地地震震力力、、浮浮力力、、温温度度变变形形和和地地基基变变形形等等；；第第三三是是方方便便施施工工和和保保证证施施工工质质量量。。10/27/2022881.管段段接接头头的的种种类类管段段在在水水下下完完成成对对接接时时，，无无论论连连接接时时采采用用水水下下混混凝凝土土法法或或水水力力压压接接法法，，均均需需在在水水下下混混凝凝土土或或胶胶垫垫的的止止水水掩掩护护下下，，在在其其内内侧侧构构筑筑永永久久性性的的管管段段接接头头，，以以使使前前后后两两节节管管段段连连成成一一体体。。永永久久性性管管段段接接头头的的构构造造，，按按其其连连接接方方法法主主要要有有刚刚性性接接头头和和柔柔性性接接头头两两种种：：10/27/202289两种种接接头头方方式式中中，，刚刚性性接接头头和和柔柔性性接接头头各各有有利利弊弊，，刚刚性性接接头头的的优优点点抵抵抗抗外外力力的的作作用用较较好好，，但但防防水水密密封封性性较较差差；；柔柔性性接接头头由由于于防防水水密密封封性性较较好好，，但但抵抵抗抗外外力力的的作作用用较较弱弱。。近近几几年年来来，，沉沉管管隧隧道道施施工工中中，，为为了了吸吸取取两两者者接接头头的的利利弊弊，，又又研研制制了了““先先柔柔后后刚刚（（刚刚性性接接头头））””式式接接头头。。2.刚性性接接头头刚性性接接头头指指管管段段于于水水下下完完成成连连接接后后，，在在相相邻邻两两节节管管段段的的接接头头部部位位，，在在两两层层钢钢板板之之间间沿沿管管段段两两侧侧外外墙墙、、底底板板和和顶顶班班之之间间浇浇筑筑一一圈圈钢钢筋筋混混凝凝土土，，形形成成一一个个永永久久性性接接头头。。刚刚性性接接头头要要具具有有抵抵抗抗轴轴力力、、剪剪切切力力和和弯弯矩矩等等外外力力的的强强度度，，因因此此一一般般要要求求其其强强度度要要不不小小于于管管段段本本身身结结构构的的强强度度。。10/27/202290在水水力力压压接接法法出出现现之之前前，，所所有有的的沉沉管管隧隧道道都都采采用用刚刚性性接接头头。。但但其其最最大大的的弱弱点点是是水水密密性性不不可可靠靠，，使使用用不不久久往往往往就就会会因因沉沉降降不不均均、、温温度度变变形形等等因因素素出出现现渗渗漏漏和和滴滴水水现现象象。。自从从水水力力压压接接法法出出现现之之后后，，目目前前许许多多沉沉管管隧隧道道仍仍采采用用刚刚性性接接头头，，但但现现在在的的刚刚性性接接头头与与以以前前的的接接头头有有较较大大的的不不同同，，它它的的外外圈圈采采用用CINA橡胶止水带，，内侧采用连连接钢板和后后封钢筋混凝凝土。这种接头方式式称为“先柔柔后刚”式。。内侧的后封封钢筋混凝土土一般要等沉沉降基本结束束之后再进行行浇筑。如图图4.15所示。10/27/202291图4.15刚性接头（先先柔后刚）“先柔后刚””式接头，按按构造形式又又分为两种：：一种为“无无接圈式”。。即水力压接接所用的胶垫垫直接安装在在管段端面上上，接头后封封钢筋混凝土土厚度，比沉沉管外壁稍小小。另一种为为“接圈式””，即接头后后封钢筋混凝凝土厚度与沉沉管外壁相同同。10/27/202292水力压接时所所用的胶垫不不直接安设在在管段端面上上，而另用钢钢筋混凝土或或钢结构沿管管段周边外边边沿做成悬壁壁，用来安设设胶垫。“无接圈式””刚性接头的的优点是施工工方便，是目目前在沉管隧隧道施工中采采用最多的一一种接头方式式。“无接圈式””和“接圈圈式”接头的的构造形式如如图4.16所示。图4.16““先柔后刚”式式接头示意图图10/27/2022933.柔性接头柔性接头一般般是采用水力力压接法来形形成初始密封封，即用GINA橡胶止水带作作为第一道防防水。然后在在已经形成水水密性的沉管管段内，在各各接头上安装装OMEGA橡胶止水带。。对于有抗震要要求的柔性接接头，根据其其采用的纵向向弹簧构件的的不同，主要要有两种形式式：一种是在在管节之间采采用W型钢板和型钢板作为纵纵向弹簧构件件的柔性接头头；另一种是是在管节之间间采用预应力力钢索及连接接装置作为纵纵向弹簧构件件的柔性接头头。如图4.17所示。10/27/202294（a）采用预应力力钢索及连接接装置的柔性性接头（b）采用或W型钢板的柔性性接头图4.17柔性接头的主主要形式10/27/2022954.6.2水下压接水下压接主要要是完成管段段接头止水带带的压接。止止水带的压接接是管段沉放放过程中的一一个重要部分分。整个压接接过程可分为为两个阶段，，即初步压接接和最终止水水压接。初步压接时主主要进行GINA止水带的尖头头压缩，达到到接头初步止止水的效果；；最终止水压压接是依靠管管段自由端的的水压力将GINA止水带进一步步压缩，达到到最终止水的的目的。OMEGA止水带是管段段接头的第二二道防水线。。由于管段接接头是柔性接接头，所以要要求OMEGA止水带在一定定水压和变形形条件下，以以及任何可能能的工况条件件下(如沉降、位移移、地震和温温度变化等)保证接头的水水密性。如图图4.18所示。10/27/202296水下压接具体体施工操作步步骤如下：管节沉放精确确就位后，拆拆除GINA橡胶止水带保保护罩，派潜潜水员检查GINA橡胶止水带及及清除附着物物，然后用拉拉合式千斤顶顶对GINA橡胶止水带进进行预压。对对接拉合的速速度应不大于于7cm／min，当两端面相相距210mm时，对管节进进行精细调整整，满足安装装精度后，再再继续拉合到到初步止水工工况。图4.18GINA和OMEGA橡胶止水带示示意图10/27/202297初步止水工况况经检查没问问题后，排除除前后两节沉沉管封墙之间间被胶垫所包包围的水，进进行水力压接接(施工人员在管管节内打开排排水阀及进气气阀，开动排排水水泵，抽抽掉两管节间间隔舱中的水水，形成负压压)，水力压接速速度应不小于于2cm／min。水力压接完完成后，即进进行OMEGA止水带的安装装。为了保证安全全，OMEGA止水带安装必必须在管段沉沉放后和两管管段接头的相相邻封门拆除除前进行。先先进行初步安安装，即止水水带就位，并并将压板基本本固定；然后后待管底基础础处理完成，，管段沉降基基本稳定后，，拧紧压板螺螺栓，完成安安装。第二道道OMEGA橡胶止水带安安装完毕后，，可拆除接口口隔舱两侧的的端封墙，沉沉放、对接作作业即告完成成。10/27/2022984.7基础处理基础处理是沉沉管隧道的重重要工序。基基础处理主要要目的是将基基础垫平，而而不是象地面面基础处理主主要是增加基基础的承载力力。因为沉管管隧道主要的的问题不是怕怕地基承载力力不够，而是是怕沉管段浮浮起。沉管隧道沉管管段一般不需需构筑人工基基础，但施工工时仍须进行行基础处理。。其目的主要要是解决基槽槽开挖作业所所造成的槽底底不平整问题题，而不是为为了解决地基基土的固结沉沉降。10/27/202299因为不论使用用任何种类的的挖泥船，浚浚挖后的基槽槽底表面，总总留有15～50cm的不平整度(铲斗挖泥船可可达100cm)，这使基槽底底表面与管节节底面之间存存在凹凸不平平的空隙，导导致管节结构构受力不匀而而局部破坏。。所以沉管隧隧道的基础处处理就是将基基础垫平，以以使管片结构构受力均匀。。基础处理方法法大体上分为为两类，即先先铺法和后填填法。先铺法法是在管段沉沉没之前先铺铺好砂、石垫垫层；后铺法法是先将管段段沉没在槽底底事先预制好好的临时支座座上，随后再再补填垫实。。两类方法按按施工工艺的的不同又可划划分为：10/27/2022100先铺法法——刮砂法法、刮刮石法法；后铺法法——灌砂法法、喷喷砂法法、灌灌囊法法、压压浆法法、压压混凝凝土法法和压压砂法法。4.7.1先铺法法先铺法法实际际上只只有刮刮铺法法一种种，按按铺垫垫时所所采用用的材材料不不同，，又分分为刮刮砂法法和刮刮石法法两种种。两两者的的操作作工艺艺基本本相同同。早早期的的沉管管隧道道多用用刮铺铺法作作基础础处理理。刮铺法法按使使用机机械或或人工工分为为机械械刮平平和人人工刮刮平。。采用用简易易刮平平机刮刮平，，施工工步骤骤如下下：10/27/20221011.在基槽槽开挖挖时往往下超超挖60～80cm。2.在基槽槽底两两侧打打设二二排短短桩，，安放放控制制高程程及坡坡度用用的导导轨。。3.通过刮刮铺机机的输输料管管，投投放铺铺垫材材料(粗砂或或最大大粒径径不超超过100mm的碎石石和砾砾石)，投放放铺垫垫材料料的宽宽度为为管节节底宽宽加1.5～2m，长度度则与与一节节管节节长度度相同同。4.按导轨轨调整整铺垫垫料的的厚度度、高高程以以及坡坡度，，用简简单的的钢犁犁或特特制的的刮铺铺机刮刮平，，如图图4.19所示。。10/27/2022102图4.19刮铺机机1-方环形形浮箱箱；2-砂石喂喂料管管；3-刮板；；4-砂石垫垫层；；5-锚块；；6-沟槽底底面；；7-钢轨；；8-移行钢钢梁刮铺法法的表表面平平整度度，使使用刮刮砂法法时只只能达达到±5cm；使用用刮石石法时时只能能达到到±20。为使使垫层层表面面进一一步平平整，，可在在管段段沉没没后加加一““压密密”工工序，，即在在管段段内灌灌足压压力水水，进进行加加压砂砂石料料，使使之发发生超超荷而而使垫垫层进进一步步压实实平整整。当当采用用刮石石法时时，可可在管管段沉沉设完完毕后后，通通过管管段内内预先先预埋埋的压压浆孔孔向垫垫层内内压注注水泥泥膨润润土（（粘土土）混混合砂砂浆。。10/27/2022103当采用用水下下人工工刮平平工法法，施施工步步骤如如下：：1.设置水水下导导轨支支座。。2.铺设行行走导导轨，，要求求导轨轨面标标高误误差不不超过过±20mm。3.给砂(或石)装置沿沿导轨轨行进进，由由工程程船舶舶上的的给料料斗不不断供供砂(或石)由潜水水员在在水下下人工工刮平平。先铺法法的主主要缺缺点是是：(1)须制造造专用用刮铺铺船舶舶，费费用昂昂贵。。如用用简单单的钢钢犁进进行刮刮平作作业，，则精精度较较难控控制，，作业业时间间亦较较长。。(2)须按设设计高高程、、坡度度、厚厚度要要求，，在水水底架架设导导轨。。导轨轨的安安装精精度较较高，，否则则易造造成基基础处处理失失败。。10/27/20221044.7.2后铺法法后铺法法基本本工序序为：：在开开挖基基槽时时先超超挖100cm；然后后在槽槽底安安设临临时支支座；；管段段沉设设搁在在临时时支座座后，，往管管底空空隙回回填垫