《地下结构工程施工技术》第九章沉管结构培训PPT57

地下下结结构构工工程程第09章9沉管结结构9.1概述水底隧隧道的的施工工方法法：围堤明明挖法法、矿矿山法法、气气压沉沉箱法法、盾盾构法法以及及沉管管法。。世界上上第一一条沉沉管铁铁路隧隧道建建于1910年，穿穿越美美国Michigan州和加加拿大大Ontario省之间间的Detroit河；沉管法法是十十九世世纪五五十年年代起起普遍遍应用用,如今共共有100多座沉沉管隧隧道。。二十世世纪50年代解解决了了两项关关键技技术——水力压压接法法和基基础处处理，沉管管法已已经成成为水水底隧隧道最最主要要的施施工方方法，，尤其其在荷荷兰。。我国现现有6条沉管管法隧隧道：：上海海金山山供水水隧道道，另另外5条在宁宁波（（宁波波甬江江水底底隧道道）、、广州州（广广州珠珠江水水底隧隧道））、香香港（（香港港西区区沉管管隧道道、香香港东东区沉沉管隧隧道））和台台湾。。过程沉管法法亦曾曾称作作预制管管段沉沉放法法；先在隧隧址以以外的的预制场制作作隧道道管段，两端端用临临时封封墙密密封，，制成成以后后用拖拖轮拖运到到隧址址指定位位置上上。预先在在设计计位置置处，，挖好水水底沟沟槽。待管管段定定位就就绪后后，往往管段段中注水加加载，使之之下沉沉，然然后将将沉设设完毕毕的管管段在在水下连连接起来，，覆土土回填填，完完成隧隧道，，此之之谓““沉管管隧道道”。。沉管隧隧道有有圆形形和矩矩形两两类，，其设设计、、施工工及所所用材材料有有所不不同。。（1）圆形形沉管管隧道道：这类沉沉管内内边均均为圆圆形、、外边边则为为圆形形、八八角形形或花花篮形形，多多半用用钢壳壳作为为防水水层；；（2）矩形形沉管管隧道道：在在每个个断面面内可可以同同时容容纳2－8个车道道，矩矩形断断面的的空间间利用用率较较高，，圆形沉沉管、、矩形形沉管管9.2沉管结结构设设计沉管式式水底底隧道道的设设计：：包括几几何设设计、、通风风设计计、照照明设设计、、结构构设计计、内内装设设计、、给排排水设设计、、供电电设计计、运运营安安全等等设计计。9.2.1沉管结结构所所受的的荷载载结构自自重、、水压压力、、土压压力、、浮力力、施施工荷荷载、、波浪浪和水水流压压力、、沉降降摩擦擦力、、车辆辆活荷荷载、、沉船船荷载载，地地基反反力、、温度度应力力、不不均匀匀沉降降所产产生的的附加加应力力、地地震等等作用用。作用在在沉管管上的的水压压力是是主要要荷载载。。沉降摩摩擦力力地基反反力的的分布布规律律（1）直线线分布布；（2）反力力强度度和各各点沉沉降量量成正正比，，即文文克尔尔假定定，又又可以以分为为单一一系数数和多多种地地基系系数的的两种种；（3）假定定地基基为半半无限限弹性性体，，按弹弹性理理论计计算反反力。。9.2.2浮力设设计1）干舷舷管段在在浮运运时，，为了了保持持稳定定，必必须使使管顶顶面露露出水水面，，其露出出高度度称为为干舷舷。具有一一定干干舷的的管段段，与与风浪浪后产产生反反向力力矩，，保持持平衡衡。干舷的的高度度应适适中，，过小小则稳稳定性性差，，过大大时沉沉设困困难。。浮力设设计时，按按照最大混混凝土土容重重、最最大混混凝土土体积积和最最小河河水的的比重重来计算算干舷舷。2）抗浮浮安全全系数数在管段段沉设设施工工阶段段，应应采用用1.05～1.1的抗浮浮安全全系数数。管段沉沉设完完毕后后，务务必大大于1.05，防止止“复复浮””。设计时时需要要按照照最小混混凝土土容重重、最最小混混凝土土体积积和最最大河河水的的比重重来计计算抗抗浮安安全系系数。。3）沉管管结构构的外外廓尺尺寸沉管结结构的的外廓廓尺寸寸，必须通通过浮浮力设设计才才能确确定;沉管结结构的的外廓廓高度度，往往往超超过车车道净净空高高度与与顶底底板厚厚度之之和。。9.2.3结构分分析与与配筋筋1）.断面结结构分分析其结构构内力力分析析须经经过““假定截截面尺尺寸——分析内内力——修正尺尺度——复算内内力””的几几次循环。。避免采采用剪剪力钢钢筋,常采用用变截截面或或折拱拱形结结构。。不能只只以一一个断断面的的结构构分析析来代代表整整节管管段，，以及及河中中段全全长的的横断断面配配筋计计算，，所以以目前前一般般采用用电算分分析。沉管折折拱形形结构构2）纵向向结构构分析析施工阶阶段的沉管管纵向向受力力分析析，主主要是是计算算浮运运、沉沉设时时，施施工荷荷载、、波浪浪力所所引起起的内内力。。使用阶阶段的沉管管纵向向受力力分析析，一一般按照弹弹性地地基梁梁理论论进行计计算。。3）配配筋筋沉管结结构的的混凝凝土强强度等等级，，宜采采用C30-C40。由于沉沉管结结构对对贯通通裂缝缝非常常敏感感，非非贯通通裂缝缝宜控控制在在0.15-0.2mm以下，因因此采用用钢筋等等级不宜宜过高，，不宜采用用III级和III级以上的的钢筋。。4）预应力力的应用用一般情况况下，沉沉管隧道道采用普普通混凝凝土结构构而不用用预应力力混凝土土结构。。因沉管管的结构厚度度并非强强度决定定，而是由由抗浮安安全系数数决定。。当隧道跨跨度较大大，达三三车道以以上，或或者水、、土压力力又较大大时，采采用预应应力。。(a)Almendares(b)Lafontaine1-预应力索索；2－临时拉拉索；3－防水层层本讲要点点沉管运输输中干舷舷设计的的意义。。沉管结构构设计的的方法和和原则。。9.3接缝管段段处理与与防水措措施9.3.1变形缝的的布置与与构造沉管结构构一般都是是二次浇浇筑，，常易发发生收缩缩裂缝。。不均均匀沉降降等影响响也易致致管段开开裂。。变形缝每节管段段分割成成若干节节段，一一般为15～20m左右。。变形缝须须满足1.能适应一一定幅度度的线变变形与角角变形。。2.在浮运、、沉设时时能传递递纵向弯弯矩。（1）外排纵纵向钢筋筋全部切切断。而而内排纵纵向钢筋筋则暂时时不予切切断，待待沉设完完毕后再再将跨越越变形缝缝之内排排纵向钢钢筋，全全部切断断。（2）浮运之之前安设设临时的的纵向预预应力索索（筋）），待沉沉设完毕毕后再行行撤去3.在任何情情况下能能传递剪剪力，如图4.变形前后后均能防防水，台阶形变变形缝回幻片241－沉管外外侧；2－沉管内内侧；3－卷材防防水层；；4－钢边橡橡胶止水水带；5－沥青防防水；6－沥青填填料；7－钢筋混混凝土保保护层9.3.2止水缝带带普遍的是是橡胶止止水带和和钢边橡橡胶止水水带。1)橡胶止水水带橡胶止水水带可用用天然橡胶胶（含胶率率）70％）制成成。亦可可用合成橡胶胶（如氯丁丁橡胶等等）制成成。橡胶止水水带的寿寿命潮湿、无无日照及及温度较较低等等环境理理想。地下工程程中的橡橡胶止水水带的耐耐用寿命命应在六六十年以以上。经老化加加速实验验亦可断断定其安安全年限限超过100年。形式：均由本体体与锚着着部两部部分组成成;变形缝的的张开度度、本体体部的宽宽度。这这两个因因素共同同决定着着止水带带所受拉拉力。2)钢边橡胶胶止水带带钢边橡胶胶止水带带，系于于橡胶止止水带两两侧锚着着部中加加镶一段段薄钢板板，其厚厚度仅0.7mm左右，初初于荷兰兰的凡尔尔逊（Velsen,1957）。9.3.3管段外壁壁的防水水措施沉管外防防水和沉沉管自防防水两类类;外防水包包括了钢壳，钢钢板防水水，卷材材防水，，涂料防防水等不同方方法；自防水主主要是采采用防水水混凝土土。9.3.4钢壳与钢钢板防水水在沉管的的三面（（底和二二侧）甚甚至四面面（包括括顶面））用钢板包覆覆的防水;耗钢量大大、焊缝缝防水可可靠性不不高、钢钢材防锈锈问题仍仍未切实实解决;9.3.5卷材防水水用胶料粘粘结多层层沥青类类卷材或或合成橡橡胶类卷卷材而成成的粘贴式（（亦称外外贴式）防水层层。均用浇油油摊铺法法粘贴;卷材粘贴贴完毕后后，须在在外边加加设保护护层。到幻片69.3.6涂料防水水施工工艺艺较繁，，施工操操作工程程中会造造成“起壳””，无法补救救；抗拉伸能能力较差差。9.4管段沉设设与水下下连接1)分吊法2～4艘起重船船或浮箱箱浮筒吊沉沉法浮箱吊沉沉法2）扛吊法法最主要的的大型工工具就是是四艘小小型方驳驳；3）骑吊法SEP4）拉沉法1－拉合千斤顶顶；2－拉沉卷扬机机；3－拉沉索；4－压载水本讲要点理解变形缝的的设置原则了解防水措施施；了解沉设方法法。9.4.2水下连接早期采用灌筑筑水下混凝土土施工法；；二十世纪五十十年代末，加加拿大的台司司隧道采用水力压接法。用水力压接法法进行水下连连接的主要工工序是：对位——拉合——压接——拆除端封墙9.5管段接头管段接头的构构造，主要有有刚性接头和和柔性接头两两种。9.5.1刚性接头刚性接头系于于水下连接（（不论采用何何法）完毕后后，于相邻两两节管段端面面之间，沿隧隧道外壁（二二侧与顶、底底板）以一圈圈钢筋混凝土土连接起来，，形成一个永久性接头。刚度较大，但但沉降不匀易易开裂渗漏。。“先柔后刚””9.5.2柔性接头主要是利用水水力压接时所所用的胶垫，吸收变温伸伸缩与地基不不均匀沉降所所致角变，以以消除或减小小管段所受变变温或沉降应应力。9.6沉管基础在水底沉管隧隧道中，因作作用在沟槽底底面的荷载，，不因设置沉沉管而有所增增加，相反，，却有所减小小。9.6.2基础处理——垫平沉管隧道的基基础处理方法法，大体上分分为先铺法和后填填法两大类；先铺法有刮砂法，刮石石法等；后填法有灌囊法，压浆浆法，压砂法法等。1)先铺法先铺法实际上上是利用刮铺机将铺垫材料（（砂或石）设设置成平整的的垫层。1－方环形浮箱箱；2－砂石喂料管管；3－刮板；