10.沉管法施工技术

10.沉管法施工技术

10.1基本原理沉管法：在隧址附近修建的临时干坞内(或船厂船台)预制管段，用临时隔墙封闭，然后浮运到隧址规定位置，此时已于隧址处预先挖好水底基槽。待管段定位后灌水压载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接，经基础处理并最后回填覆土即成为水底隧道。在已修筑好的干坞内预制管段 一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。

沉埋段两端通常设置竖井作为起讫点，竖井起到通风、供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件，也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。沉管隧道的组成整体结构：水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、覆盖层等组成，整体坐落于河（海）水底。沉管隧道的横断面结构覆盖层管段基础基槽10.2沉管隧道结构10.2.1沉管隧道结构分类按断面形状：圆形矩形等按建筑材料：钢壳混凝土钢筋混凝土按管段的制作方式：船台型干圬型船台型1）造船厂船台上预制钢壳2）滑行下水，水上悬浮状态灌注混凝土3）横断面一般为圆形、八角形、花篮形，多为圆形优点：1）圆形，弯矩较小；水深大时，较经济2）管段底面积小，基础容易处理3）钢外壳既是外模，又是防水层，同时保护内侧混凝土缺点：1）断面空间不能充分利用；车道数少2）隧道深度增加，基槽土方量增加3）耗钢量大，造价高，焊接质量无法保证，没完没了的堵漏4）钢壳防锈问题、防水问题。干圬型1）临时干圬中制作钢筋混凝土管段，外涂防水涂料2）圬内灌水，管段上浮；拖运到隧址陈设3）断面多为矩形优点：1）管段在干船坞内制造，不需钢壳，节约钢材2）断面大小不受限制缺点：1）必须在合适地点修建干船坞2）需设置防水层，并加以保护，以保证防水性3）混凝土工艺要求高，特别是水密性要求4）底面积大，基础处理麻烦10.2.2沉管隧道结构构设计要点设计内容主要要有：总体几何设计计；结构设计计；通风设计计；照明设计计；内装设计计；给排水设设计；供电设设计；运行管管理设施设计计等。（1）横断面的设设计用干船坞制作作的钢筋混凝凝土管段，从从施工的角度度看，在应力力方面是不会会有问题的。。决定横断面面时，就是要要注意对浮力的的平衡。决定断面尺尺寸时，一般般都按采用平面框架结构构进行应力计算算。一般管段结构构设计横断方向的钢钢壳断面，一一般决定于混凝土灌注时时的应力。随着混凝土土的灌注，吃吃水深度增加加，而水压增增大。设计断断面也随之变变化。因此，，应对每一施工阶段段的混凝土重重量和水压进进行应力计算算，而后按最危危险状态，决决定钢壳断面面。（2）纵断面的设设计施工阶段：主主要计算浮运运、沉设等阶阶段时主要由由施工荷载引引起的弯矩，，浮运管段越越长，所受弯弯矩越大。使用阶段：弹弹性地基梁理理论计算纵向向内力钢壳作为整体体梁分析，保保证纵向发生生变形而横截截面方向无显显著变形，可可利用横柱和和支柱增强截截面的刚度（3）预应力混凝凝土管段设计计跨度较大时，，并且土、水水压力较大时时，采用管段段顶、底及隔隔墙预应力设设计，改善管管段结构的抗抗裂性能。10.3沉管隧道施工工工艺10.3.1沉管法施工前前期调查工作作水力调查：流速、流向、、密度差异、、潮汐、水位位变化、海海浪和波波浪影响、水水质情况地质调查：地基承载力、、水下障碍物物、浚挖技术术气象调查：风、温度、能能见度等地震调查：断层位置、地地震记录、土土层性质或成成层状态，特特别注意液化化问题10.3.2临时干船坞的的构造与施工工（1）规模取决于管段节节数、管段宽宽度与长度、、管段预制批批量，同事考考虑工期因素素。小型干圬：分批制作瑞典Tingstad隧道（5节管段，长93.5m，80m，宽30m）：干圬3500平米（100×35m）大型干圬：一批制作日本东京港水水底隧道（9节管段，长115m，宽37.4m）：干圬81270平米（645×126m）（2）深度保证管段制作作好后能顺利利浮运出坞。。（3）坞底与边坡坡坞底20-30cm无筋混凝土或或钢筋混凝土土（铺砂砾或或碎石层）或1-2.5m的黄砂；上覆覆20-30cm砂砾或碎石一般坞底强度度不存在问题题边坡需进行边坡稳稳定性分析可采用防渗墙墙及井点系统统分批制作时，，需分析干圬圬排水时边坡坡的稳定性（4）坞首、坞门门一批制作时：：一般不采用用坞门，仅用用土围堰、钢钢板桩围堰；；局部拆除围围堰，将管段段拖运出坞分批制作时：：双排钢板桩桩围堰；单排排钢板桩作坞门10.3.3管段制作（1）施工缝、变变形缝的控制制纵向施工缝：：竖墙下端30-50cm处横向施工缝：：垂直缝（水水密性难以保保证）设置垂直于隧隧道轴线方向向的变形缝，，以防止管段段开裂，长短短一般为15-20m（2）底板地层不均匀沉沉降可能引起起管段裂缝。。一般在坞底底沙层上铺设设一块6mm厚的钢板，与与底板混凝土土浇筑在一起起，既防水，，又防止外力力对底板的破破坏。或者用用9-10cm的钢筋混凝土土板代替钢板板，并贴上防防水膜。（3）侧墙与顶板板侧墙外周可用用钢板（做外外模板和侧防防水），应确确保焊接质量量。也可用防防水膜，并做做好防水膜保保护。顶板上通常铺铺设防水膜，，浇筑15-20cm厚的钢筋混凝凝土保护层，，一直包到侧侧墙上部，并并做成削角，，避免被船锚锚钩住。（4）临时隔墙设置于管段两两端50-100cm处木料、钢材或或钢筋混凝土土制成设计时按最大大静水压力考考虑封端墙上需设设排水阀（下下部）、进气气阀（上部））、人员出入入孔（5）压载设备石碴、矿碴或或者水，多数数用加载水箱箱每只管段>4只水箱，均匀匀布置于四角角水箱容量取决决于干舷大小小、下沉力、、基础压重等等（6）预应力张拉拉管段预制完成成后，在干船船坞内全部预预应力一次施施加完毕。10.3.4管段浮运管段制作完成成后开始向干干船坞注水，，检查管段内内部漏水情况况，一旦发现现漏水，立即即停止注水并并修补。船坞内水位接接近干舷量时时，向压载水水箱内注水，，防止管段上上浮。完全淹淹没后，排出出水箱内的水水，使管段上上浮。浮运时时干舷量一般般取10-15cm左右。调整完完后，打开坞坞门，拽出管管段。一般清晨托运运至隧址，以以便沉设。提提前12h做好水流与气气象条件预报报工作，并提提前2h复核。一般要要求：风力小小于5-6级，能见度大大于1000m，气温高于-30C，可进行沉设设作业。宁波甬江沉管管隧道管段预预制干坞注水与管管段检漏调整整管段内部检漏漏10.3.5沟槽浚挖基槽断面底宽：大于管管段宽度4－10cm深度：覆盖层层厚+管段高度+基础处理所需需超挖深度坡度：土层条条件、基槽留留置时间、水水流情况等浚挖方式挖泥船选择吸扬式挖泥船船生产效率高；；成本低；开开挖面平整度度好抓扬式挖泥船船造价低；浚挖挖深度大；可可开挖硬土链斗式挖泥船船生产效率高；；成本低；能能浚挖硬土；；平整度好；；占用水面大大铲扬式挖泥船船浚挖费用高；；占用水面小小耙吸式挖泥船船绞吸式挖泥船船链斗式挖泥船船抓斗式挖泥船船铲斗式挖泥船船10.3.6管段沉沉放影响因因素：：管段段尺寸寸、地地形、、水流流条件件、气气象条条件、、航运运条件件管段下下沉全全过程程一般般需要要2~4h。下沉沉作业业分为为初步下沉、、靠拢下沉与与着地下沉3个步骤骤。初步下下沉压载至至下沉沉力达达50％规定定值后后校正正位置置，之之后再再继续续压载载至下下沉力力达100％规定定值，，然后后20-50cm/min的速度度下沉沉，直到管管段底底部离离设计计高程程4~5m为止。靠拢下下沉将管段段向前前节既既设管管段方方向平平移至至距前前节管管段2~2.5m处，再再将管管段下下沉到到管段段底部部离设设计高高程0.5m左右，，再次次校正正管段段位置置。着地下下沉先将管管段底底降至至距设设计高高程10~20cm处，再再将管管段继继续前前移至至距既既设管管段20~50cm处，校校正位位置后后即开开始着着地下下沉。。下沉沉速度度缓慢慢，随随时校校正管管段位位置。。管段下下沉作作业步步骤浮箱分分吊法法1-沉放管管段;2-压载水水箱;3-浮箱;4-定位塔塔;5-指挥室室;6-吊索;7-定位索索;8-既设管管段;9-鼻式托托座a)就位前前;b)加载下下沉;c)沉放定定位浮箱分分吊法法管段顶顶板上上方用用4只浮力力1000～1500kN的方型浮浮箱直接吊吊起，，吊索索起吊吊力作作用于于各浮浮箱中中心，，前后后每组组两只只浮箱箱用钢桁架架连接，，并用用4根锚索索定位位。起起吊卷卷扬机机与浮浮箱定定位卷卷扬机机均安安放在在浮箱箱顶部部，管管段本本身则则另用用6根锚索索定位位，其其定位位卷扬扬机则则安设设在定定位塔塔顶部部。船组(四驳)杠吊法法每组船船体由由两只只铁驳驳或两两组浮浮箱构构成，，将每每组钢钢梁(杠棒)两头担担在两两只船船体上上构成成一个个船组组，再再将先先后两两个船船组用用钢桁桁架梁梁连接接成整整体船船组(前后两个个船组也也可不用用钢桁架架梁连接接)。船组与与管段各各用6根锚索定定位(均为四边边锚与前前后锚)，所有定定位卷扬扬机均安安设在船船体上，，起吊卷卷扬机安安设在““杠棒””上，吊吊索的吊吊力通过过“杠棒棒”传到到船体上上。1-沉管;2-铁驳;3-船组定位位索;4-沉管定位位索;5-杠棒;6-连接梁;7-定位塔10.3.7水下连接接水下混凝凝土连接接法应用范围围早期均使使用该法法，目前前只用于于最终接接头连接接。施工方法法水中安放放圆弧形形堰板，，围成圆圆形钢围围堰，往往围堰内内灌筑水水下混凝凝土，形形成管段段连接。。水力压接接法作用原理理利用作用用在管段段上的巨巨大水压压力使安安装在管管段前端端面周边边上的一一圈胶垫垫发生压压缩变形形，形成成一个水水密性相相当可靠靠的管段段接头。。水力压接接的步骤骤：1）对位；；2）拉合；；3）压接主要是垫垫平基槽槽底部，，有刮铺铺、喷砂砂、压砂砂法。刮铺法在管段沉放前采采用专用用刮铺船船上的刮刮板在基基槽底刮刮平铺垫垫材料(粗砂或碎碎石或砂砂砾石)作为管段段基础。。采用刮铺铺法开挖挖基槽底底应超挖挖60~80cm，在槽底底两侧打打数排短短桩安设设导轨，，以便在在刮铺时时控制高高程和坡坡度。10.3.8基础施工工喷砂法从水面上用砂泵泵将砂、、水混合合料通过过伸入管管段底下下的喷管管向管段段底喷注注、填满满空隙。。砂垫层层厚度1m左右。可沿着轨轨道纵向向移动的的台架外外侧挂三三根L形钢管，，中间为为喷管两两侧为吸吸管。压砂法在管段沉沉放后向向管段底底面压注注水泥砂砂浆或砂砂作为管管段基础础。根据据压注材材料不同同分成压浆法和压砂法两种。压浆法：开控基基槽时应应超挖1m左右，然然后摊铺铺一层厚厚40~60cm的碎石。。两侧抛抛堆沙石石封闭槛槛后，通通过隧道道内预留留压浆孔孔注入由由水泥、、膨润土土、黄砂砂和缓凝凝剂配成成的混合合砂浆。。压砂法：与压浆浆法相似似，但注注浆材料料为砂水水混合物物。10.4沉管隧道道施工特特点（1）隧道深深度与其其它隧道道相比，，因能够够设置在在只要不不妨碍通通航的深深度下，，故隧