沉埋管段隧道修建技术（PPT43）

沉埋管段隧道道修建技术8.1概述8.2干坞工程8.3沉埋管段设计计8.4管节制作8.5基槽开挖8.6管节浮运、沉沉放与对接8.7沉管段基础处处理与基槽回回填8.8岸上工程8.1概述8.1.1沉管隧道发展展史1根据国际隧道道协会沉管与与悬浮式隧道道到1994年的统计资料料，世界各国国已建、在建建或拟建的沉沉管隧道共有有93条，就管段制制作而言，混混凝土隧道59条，钢壳隧道道34条；从使用功功能上来看，，公路隧道61条，铁路隧道道26条（包括地铁铁隧道），公公路、铁路两两用隧道4条，人行隧道道2条；就管段横横截面形状来来说，矩形截截面隧道73条，圆形（含含花篮形、八八角形、马蹄蹄形、椭圆形形）截面隧道道20条；从规模上上看，早期的的沉管多为双双车道或四车车道，从60年代中期，陆陆续建成一些些六车道隧道道，到目前世世界已建的6／8车道共有19条。219世纪纪末末，，美美国国首首先先用用沉沉管管法法建建成成波波士士顿顿的的下下水水道道工工程程，，之之后后，，于于1910年用用此此法法建建成成底底特特律律河河水水底底铁铁路路隧隧道道，，这这是是世世界界上上第第一一条条沉沉管管建建造造的的铁铁路路隧隧道道。。日日本本是是东东亚亚第第一一个个建建成成沉沉管管隧隧道道的的国国家家。。自自1944年第第一一条条沉沉管管道道路路隧隧道道－－庵庵治治河河隧隧道道通通车车以以来来，，已已建建成成铁铁路路和和公公路路隧隧道道18条。。目目前前世世界界上上最最长长的的沉沉管管隧隧道道是是美美国国旧旧金金山山海海湾湾地地区区快快速速交交通通隧隧道道，，全全长长5825米，，由由58节管管段段组组成成。。管管段段最最宽宽的的隧隧道道是是比比利利时时亚亚珀珀尔尔隧隧道道，，宽宽达达53.1m，全全长长336m。单单节节管管段段最最长长的的隧隧道道是是荷荷兰兰海海姆姆斯斯普普尔尔隧隧道道，，最最长长一一节节管管段段长长268m，宽宽21.5m重50000KN。3在我我国国，，香香港港和和台台湾湾借借助助国国内内外外先先进进技技术术共共建建成成四四条条沉沉管管隧隧道道，，中中国国大大陆陆第第一一条条沉沉管管道道路路隧隧道道－－广广州州珠珠江江隧隧道道于于1993年底底通通车车，，已已建建成成宁宁波波甬甬江江隧隧道道。。我我国国目目前前的的沉沉管管隧隧道道设设计计及及施施工工技技术术还还处处在在积积累累经经验验阶阶段段，，但但我我国国经经济济的的迅迅猛猛发发展展为为其其进进一一步步发发展展创创造造了了良良好好的的条条件件。。如如上上海海外外环环线线吴吴淞淞口口越越江江隧隧道道确确定定采采用用沉沉管管法法隧隧道道。。由由于于多多车车道道沉沉管管隧隧道道明明显显节节约约投投资资，，因因此此沉沉管管隧隧道道在在我我国国具具有有广广阔阔的的前前景景。。8.1.2沉管管隧隧道道的的分分类类、、断断面面形形式式与与选选择择1.沉管管隧隧道道的的分分类类目前前来来说说，，沉沉管管隧隧道道的的分分类类主主要要有有以以下下几几个个方方面面：：（1）依据据功功能能分分为为公公路路、、地地铁铁、、铁铁路路和和市市政政。。（2）依据据结结构构分分为为钢钢筋筋混混凝凝土土、、钢钢与与混混凝凝土土符符合合结结构构（3）依据据断断面面形形式式分分为为矩矩形形沉沉管管隧隧道道与与圆圆形形沉沉管管隧隧道道目前前，，通通常常按按照照沉沉管管隧隧道道的的断断面面与与结结构构形形式式将将其其分分为为两两种种类类型型:钢筋筋混混凝凝土土矩矩形形沉沉管管隧隧道道和和钢钢壳壳圆圆形形沉沉管管隧隧道道。。2.沉管管隧隧道道的的断断面面形形式式（1）矩矩形形断断面面钢筋筋混混凝凝土土矩矩形形管管节节一一般般在在临临时时干干坞坞中中或或半半驳驳船船上上制制作作，，管管节节预预制制好好将将之之托托运运至至隧隧道道沉沉放放。。一一般般来来说说，，一一个个矩矩形形断断面面可可以以同同时时容容纳纳4-8个车车道道，，选选用用矩矩形形管管节节比比圆圆形形管管节节经经济济，，且且适适合合于于多多车车道道隧隧道道，，故故成成为为最最常常用用的的断断面面形形式式。。（2）圆圆形形断断面面圆形形管管节节横横断断面面的的内内轮轮廓廓为为圆圆形形，，外外轮轮廓廓有有圆圆形形、、八八角角形形和和花花篮篮形形。。通通常常，，圆圆形形沉沉管管隧隧道道是是钢钢壳壳和和混混凝凝土土的的组组合合结结构构，，钢钢壳壳既既是是防防水水层层，，又又是是结结构构，，但但混混凝凝土土结结构构承承担担主主要要的的荷荷载载压压力力。。圆圆形形管管节节内内一一般般只只能能设设两两个个车车道道，，在在建建造造4车道道时时就就需需制制作作两两节节管管并并列列的的管管节节。。8.2干坞坞工工程程干坞坞是是预预制制管管节节的的场场地地，，通通常常坞坞内内设设有有混混凝凝土土搅搅拌拌站站，，集集料料、、水水泥泥、、钢钢材材等等各各种种原原材材料料的的堆堆放放场场地地与与仓仓库库，，各各种种机机械械加加工工车车间间以以及及完完善善的的交交通通、、供供电电、、防防火火、、与与防防洪洪等等设设备备与与机机械械。。干干坞坞主主要要包包括括固固定定干干坞坞和和移移动动干干坞坞两两大大类类。。干干坞坞通通常常选选择择在在陆陆地地上上合合适适的的位位置置进进行行建建造造，，此此为为固固定定干干坞坞，，又又称称为为岸岸上上干干坞坞。。固固定定干干坞坞根根据据与与遂遂址址的的关关系系又又分分为为轴轴线线干干坞坞和和异异地地干干坞坞。。8.2.1干坞坞的的类类型型和和设设计计移动动干干坞坞固定定干干坞坞轴线线干干坞坞异地地干干坞坞干坞坞（一一））干干坞坞位位置置的的选选择择原原则则（1）干干坞坞至至隧隧址址的的航航道道的的应应具具备备足足够够的的水水深深和和宽宽度度，，确确保保管管节节的的良良好好的的起起浮浮与与托托运运条条件件。。（2）干干坞坞附附近近应应具具备备浮浮、、存存、、系系泊泊若若干干节节预预制制管管节节的的水水域域。。（3）干干坞坞所所在在场场地地的的地地质质条条件件要要好好（4）交交通通运运输输及及材材料料来来源源要要方方便便（5）能能尽尽量量缩缩短短工工期期和和降降低低造造价价（6）干干坞坞周周边边应应有有足足够够的的场场地地（一一））干干坞坞的的设设计计原原则则（1）干干坞坞的的设设计计与与施施工工，，必必须须确确保保基基坑坑和和内内管管节节制制作作的的安安全全，，并并保保证证临临近近结结构构的的施施工工安安全全（2）干干坞坞设设计计应应与与管管节节制制作作要要求求、、施施工工工工艺艺流流程程密密切切配配合合，，保保证证管管节节制制作作质质量量（3）干坞坞设计计以安安全可可靠、、确保保质量量、技技术先先进、、经济济合理理为原原则（4）坞底底平整整度、、均匀匀性和和承载载力满满足设设计要要求（5）干坞坞边坡坡稳定定，坞坞内排排水通通畅，，坞底底干燥燥无水水8.2.2固定干坞的的修建建干坞通通常由由坞基基、车车道、、排水水系统统、坞坞口、、围堰堰或坞坞门等等组成成，通通常沿沿坡面面设置置两条条施工工便道道以联联络坞坞底到到坡顶顶（一））固定定干坞坞的设设计1.干坞规规模的的选择择从占地地多少少、干干坞的的重量量利用用率状状况和和投资资情况况，进进行综综合分分析，，并使使干坞坞与其其他工工序相相配套套，以以缩短短工期期。2.干坞的的底面面尺寸寸临时干干坞的的坞底底平面面尺寸寸由预预制管管节的的尺寸寸、施施工必必需的的车道道、配配套设设备所所需空空间及及施工工作业业是否否方便便来决决定。。3.干坞深深度干坞的的深度度是由由坞顶顶面设设计高高程和和坞底底设计计高程程确定定。坞坞门设设计高高程一一般高高于其其水域域的重重现期期最高高水位位高程程，坞坞底设设计高高程应应根据据管节节高度度、管管节浮浮态时时的干干舷高高度、、管节节浮态态时管管节底底面至至坞底底要求求保持持的最最小距距离、、管节节趁高高潮位位出坞坞在所所需时时间内内要求求的潮潮位高高度等等浮态态条件件加以以确定定。4.干坞边边坡在确定定干坞坞边坡坡时，，要进进行抗抗滑移移稳定定性的的详细细验算算。5.干坞坞坞底管节位位置的的坞底底设计计多采采用多多层结结构，，一般般来说说，自自下而而上依依次为为厚岩岩渣层层、PVC盲沟管管、厚厚中粗粗砂倒倒滤层层、混混凝土土垫层层、厚厚中等等级配配碎石石，厚厚胶木木板。。坞内内道路路自下下而上上依次次为PVC盲沟管管、厚厚中粗粗砂倒倒滤层层、钢钢筋混混凝土土路面面厚中中等级级配碎碎石层层。（三））固定定干坞坞施工工干坞施施工的的基本本流程程8.3沉管段段设计计8.3.1管节长长度设设计沉管段段一般般由两两岸上上段或或人工工岛段段、沉沉埋管管段组组成。。沉管段段由许许多管管节组组成，，管节节在预预制好好之后后被一一节一一节的的运到到现场场并沉沉放。。刚性性管节节长度度多为为100-150m，而柔柔性管管节长长度可可达180m。影响响管节节长度度的关关键因因素：：（1）运输输和沉沉放费费用。。这取取决于于浇筑筑现场场位置置、运运输线线路、、波浪浪大小小、海海运设设备的的大小小、工工作和和后勤勤条件件。（2）管节节施工工费用用。（3）管节节接头头费用用。管管节接接头的的费用用随管管节长长度的的增长长而减减小，，接头头数与与之成成反比比。（4）临时时预应应力（5）混凝凝土浇浇筑规规模。。每个个施工工段常常分为为一次次或两两次浇浇筑。。（6）温度度应力力8.3.2管段横横断面面形式式的选选择沉管隧隧道的的横断断面形形式的的选择择与其其使用用功能能和结结构形形式有有很大大关系系，对对于多多条车车道的的道路路隧道道或道道路与与轨道道交通通和建建的隧隧道，，多为为钢筋筋混凝凝土矩矩形箱箱式结结构形形式，，而双双向4车道的的道路路隧道道两条条轨道道交通通合建建的隧隧道，，则可可选用用圆形形的钢钢壳与与钢筋筋混凝凝土复复合的的结构构形式式。因因此，，考虑虑以下下因素素：抗浮处处理通风方方式风道及及管线线廓结构和和防水水接头形形式通行界界限8.3.3结构荷荷载确定荷荷载时时应注注意以以下几几点：：（1）作用用在管管节上上的压压力是是主要要荷载载之一一。在在设计计时必必须在在进行行洪水水水位位或普普通正正常的的高、、低潮潮水位位等充充分调调查之之后，，在决决定用用于设设计的的最高高水位位。（2）土压压力是是作用用在管管节的的另一一主要要荷载载，但但它不不是常常量。。作用用管节节上的的垂直直土压压力是是管节节上的的全部部覆盖盖土产产生的的，由由于顶顶面覆覆盖土土的厚厚度经经常变变化，，故取取最大大垂直直土压压力。。（3）沉降降摩擦擦是咋咋回填填土之之后由由于沟沟槽底底部受受不均均匀荷荷载、、沉降降不均均匀引引起的的。其其两侧侧因受受大面面积覆覆土的的影响响，产产生的的沉降降大于于管底底部。。因此此，在在管节节两侧侧受到到向下下的摩摩擦力力作用用，对对管节节的抗抗浮较较为有有利。。（4）沉船船荷载载是船船只失失事后后恰好好沉在在隧道道顶部部时所所产生生的特特殊荷荷载。。在设设计时时只能能对该该项荷荷载进进行假假设。。由于于其发发生的的几率率很小小，因因此该该项荷荷载考考虑的的必要要性及及计算算视区区域而而定。。（5）对于于落锚锚荷载载，锚锚锭有有可能能做水水中自自由下下落，，撞击击沉管管顶板板的的混凝凝土保保护层层，这这是一一般不不必增增加额额外的的钢筋筋，另另种可可能是是，锚锚锭钩钩住沉沉管的的边缘缘或两两侧墙墙，而而船还还在拖拖动，，此时时对管管节产产生侧侧向拉拉力。。（6）地基基反力力的分分布规规律，，有各各种不不同的的假定定：①①直线线分布布假定定；②②反力力强度度和各各点地地基沉沉降成成正比比；③③地基基是半半无限限弹性性体假假定。。（7）温度度应力力主要要是由由于沉沉管四四壁的的内外外温差差所引引起的的，而而此温温差随随外界界温度度的变变化而而变化化。8.3.4钢筋混混凝土土管节节结构构受力力分析析和配配筋（一））横断断面分分析横断面面分析析时，，可把把混凝凝土管管节看看成是是平面面框架架。当当作用用在管管节上上的荷荷载和和地基基反力力沿纵纵向不不变或或只是是逐渐渐变化化，该该框架架可按按均布布荷载载进行行分析析。然然而，，在巨巨大的的超载载区域域，尤尤其是是不连连续的的超载载时，，作用用在平平面框框架上上的外外部垂垂直荷荷载是是不均均衡的的。在在这种种情况况下，，相邻邻框架架就受受到剪剪力，，可有有弹性性地基基梁的的分析析方法法求得得地基基反力力沿纵纵向的的分布布情况况然后后把这这些荷荷载当当做框框架上上的垂垂直荷荷载进进行横横截面面分析析。在在数学学分析析上，，可以以用一一个基基底有有弹簧簧常数数的弹弹性基基础模模型来来计算算。对对于软软土情情况，，横向向弯矩矩分配配的效效果实实际上上是与与均匀匀的地地层压压力一一样分分配一一样。。对于于硬的的天然然地基基情况况，调调查与与研究究弹簧簧系数数的敏敏感性性是可可取的的，因因为弹弹簧系系数不不能精精确地地确定定，可可能随随时间间而变变化。。（二））纵断断面分分析施工阶阶段的的管节节纵向向受力力分析析主要要是计计算浮浮运、、沉放放时施施工荷荷载所所引起起的弯弯矩。。在海海河上上浮运运的管管节，，长度度越大大所受受的纵纵向弯弯矩也也越大大。在在使用用阶段段，管管节纵纵向受受力分分析一一般按按弹性性地基基梁理理论进进行运运算。。通常常纵向向配筋筋为0.2％-0.3％.（三）配筋筋在管节结构构中，任何何贯穿性裂裂缝的出现现都是不允允许的。非非贯穿性裂裂缝的展开开宽度应控控制在0.15-0.2mm。因此，不不宜采用HRB400及HRB500以上的钢筋筋。8.3.5浮力设计沉管段管节节的设计的的特点是管管节不但要要浮在水面面上，而且且要沉入河河底。因此此要在管节节结构设计计中，有一一个与其他他工程部同同的特点，，即必须进进行浮力设设计，处理理好重力和和浮力的关关系。浮力力设计的内内容包括干干舷的选定定和抗浮安安全系数的的验算。通通过浮力设设计，可以以确定管节节结构的高高度和外轮轮廓尺寸。。（一）干舷舷高度为了保持管管段稳定，，管段顶面面必须露出出水面，其其露出高度度称为干舷舷。100－150mm400－500mm确定合理的的干舷高度度过小管段不不稳定；过过大则管段段不容易沉沉放．确定浮力计计算干舷高高度计算浮力时时，根据混混凝土的最最大容重和和水的最小小容重进行行．对矩形截面面的管节，，根据浮力力平衡的原原则：F—管节总排水水量G—管节重力ω—管节全宽L—管节全长f—干舷高度--水的重度（二）.抗浮安全系系数抗浮安全系系数：浮运时浮力力大小与其其自身重力力之比。在施工阶段段，临时施施工设备的的重量可以以不计，抗抗浮系数在在1.05-1.1之间。在使用阶段段取１.２－１.５，计算是是可以考虑虑两侧填土土对管壁的的摩擦力。。浮力计算：：混凝土最最小密度和和水的最大大密度计算算。8.3.6管节接头组组成及防水水设计目前，一般般采用GINA橡胶止水带带作为第一一道止水带带，然后用用OMEGA橡胶止水带带紧靠作为为第二道止止水防线。。8.4沉管制作8.4.1混凝土管节节制作精度度与精度控控制技术在管节制作作过程中应应当严格要要求与控制制1.混凝土重度度控制主要对混凝凝土配合比比、计量误误差、原材材料与施工工质量管理理等工艺进进行控制。。2.管节施工精精度控制对管节的精精度控制主主要是采用用高精度仪仪器进行实实时控制，，应完善监监控措施及及高刚度模模板与支模模精确定位位。模板必必须有足够够的刚度、、强度，保保证管节的的外形几何何尺寸误差差不超过容容许范围，，并对模板板设计、加加工及安装装等方面进进行方案优优化，选择择最合适的的模板体系系，精心施施工，严格格管理。8.4.2混凝土工程程施工流程程及过程控控制1.施工流程2.过程控制1）配合比设设计2）浇筑时间间的选择8.4.3管节防裂技技术1.混凝土管节节裂缝类型型（1）干缩裂缝。在混凝土土凝结硬化化的过程中中，随着强强度的增长长，其体积积随着环境境的不同而而变化，当当应力值超超过混凝土土的抗拉强强度时，就就会出现干干缩裂缝。。（2）温度裂缝。水泥水化化过程产生生大量的热热量，在混混凝土内部部和表面之之间形成温温度梯度而而产生应力力。当温度度应力超过过混凝土内内外的约束束力，就会会产生温度度裂缝。（3）荷载变形裂裂缝（4）施工不连续续面裂缝。。由于混凝土土浇筑的不不连续性，，中断时间间超过混凝凝土的初凝凝时间，继继续浇筑混混凝土时，，原有的混混凝土基础础表面没有有进行相应应的处理，，在原有混混凝土表面面浇筑混凝凝土，致使使新旧混凝凝土界面出出现裂缝，，对防水产产生一定影影响。2.混凝土管节节防裂控制制措施（1）降低粗集集料的入仓仓温度。一一般控制入入仓温度不不超过28-30℃（2）出机温度度控制（3）浇筑温度度控制。在在浇筑过程程中尽可能能加大浇筑筑速度，缩缩短浇筑时时间，并合合理分层。。（4）灌注工艺艺控制8.5基槽开挖8.5.1土类地层基基槽开挖对于土类多多采用挖泥泥机进行施施工：（1）对待挖表表面的清理理。主要是是在测量好好的待挖范范围内清理理石块、杂杂物等障碍碍物，用抓抓斗式挖泥泥船比较适适合。（2）基槽切滩滩。这一阶阶段要借助助定位测量量仪器挖除除高于水底底自然轮廓廓的浅滩。。（3）基槽粗挖挖。粗挖是是指分层开开挖基槽时时，每层的的开挖深度度较大，但但精度较低低的开挖。。（4）基槽精挖挖。基槽精精挖阶段采采用分层开开挖，每层层的开挖深深度较小，，速度较慢慢，通常需需要借助定定位测量仪仪器和电子子计算机的的配合。8.5.1岩石类地层层基槽开挖挖水下岩石根根据其分布布范围大小小可分为：：（1）水下孤石石。水下孤孤石爆破多多采用水下下裸露爆破破法。（2）大面积水水下礁石。。大体分三三个步骤：：1）借助定位位测量仪器器准确定出出待开挖范范围，并设设立标志，，用挖泥船船对待挖基基岩表面进进行清理。。2)利用炸礁船船按设计要要求在基岩岩上钻孔，，装填炸药药，将基槽槽范围的岩岩石炸开。。然后，用用抓斗式挖挖泥船将炸炸碎的砂石石清除。3）用探杆配配合经纬仪仪、水准仪仪、测深仪仪进行平面面和水深测测量，以最最后确认基基槽开挖是是否符合设设计要求。。8.6管节浮运、、沉放与对对接8.6.1浮运管节浮运施施工工艺流流程：8.6.2沉放与对接接管节沉放对对接的基本本步骤：8.7沉管段基础础处理与基基槽回填8.7.1基础处理方方法施工工艺分分：1.灌砂法。。管节沉放放完毕后，，从工程船船上通过导导管沿着管管节侧面向向管节底部部灌填粗砂砂，构成纵纵向垫层。。2.灌囊法。首首先在开挖挖好的基槽槽底面先铺铺一层砂、、石垫层，，然后于管管节沉放前前，在管节节底部事先先系扣空囊囊袋并一并并下沉，先先铺垫层与与管节底面面之间留出出15-20cm空间。待管管节沉放完完毕后，从从工程船舶舶上向囊袋袋内灌注由由粘土、水水泥和黄砂砂配成的混混合砂浆，，直至管节节底面以下下的空隙全全部充填满满为止。3.压浆法。从从隧道内部部经预埋在在管节地板板上的单向向阀压浆孔孔向管底空空隙压注混混合砂浆。。4.刮铺法。基基槽浚挖后后，在沉管管沉放前，，铺以碎石石垫层，采采用专用设设备将碎石石层刮平到到设计要求求，然后将将沉管沉放放到碎石垫垫层基础上上。5.喷砂法。喷喷砂法基础础也称C&N法基础。利利用与隧道道管段上方方滚动移动动的钢门架架相连的3根管子，将将砂、水混混合物泵送送到隧道管管段下面，，另外两个个管子又将将水吸回去去，从而形形成一种流流动作用，，使砂在隧隧道管段下下面以一种种良好限定定和控制的的型样沉淀淀下来。6.压砂法。通通过隧道管管节底部的的预留孔，，将砂、水水混合物泵泵出，填充充隧道管节