《地下结构工程施工技术》第九章沉管结构培训T57

地下结构工程第09章9沉管结构9.1概述水底隧道的施工方法：围堤明挖法、矿山法、气压沉箱法、盾构法以及沉管法。世界上第一条沉管铁路隧道建于1910年，穿越美国Michigan州和加拿大Ontario省之间的Detroit河；沉管法是十九世纪五十年代起普遍应用,如今共有100多座沉管隧道。二十世纪50年代解决了两项关键技术——水力压接法和基础处理，沉管法已经成为水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷兰。我国现有6条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5条在宁波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。过程沉管法亦曾称作预制管段沉放法；先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。预先在设计位置处，挖好水底沟槽。待管段定位就绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道，此之谓“沉管隧道”。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。（1）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，多半用钢壳作为防水层；

（2）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳2－8个车道，矩形断面的空间利用率较高，

圆形沉管、矩形沉管9.2沉管结构设计沉管式水底隧道的设计：包括几何设计、通风设计、照明设计、结构设计、内装设计、给排水设计、供电设计、运营安全等设计。9.2.1沉管结构所受的荷载结构自重、水压力、土压力、浮力、施工荷载、波浪和水流压力、沉降摩擦力、车辆活荷载、沉船荷载，地基反力、温度应力、不均匀沉降所产生的附加应力、地震等作用。作用在沉管上的水压力是主要荷载。沉降摩擦力地基反力的分布规律（1）直线分布；（2）反力强度和各点沉降量成正比，即文克尔假定，又可以分为单一系数和多种地基系数的两种；（3）假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。9.2.2浮力设计1）干舷管段在浮运运时，为了了保持稳定定，必须使使管顶面露露出水面，，其露出高度度称为干舷舷。具有一定干干舷的管段段，与风浪浪后产生反反向力矩，，保持平衡衡。干舷的高度度应适中，，过小则稳稳定性差，，过大时沉沉设困难。。浮力设计时，按照最大混凝土土容重、最最大混凝土土体积和最最小河水的的比重来计算干舷舷。2）抗浮安全全系数在管段沉设设施工阶段段，应采用用1.05～1.1的抗浮安全全系数。管段沉设完完毕后，务务必大于1.05，防止“复复浮”。设计时需要要按照最小混凝土土容重、最最小混凝土土体积和最最大河水的的比重来计计算抗浮安安全系数。。3）沉管结构构的外廓尺尺寸沉管结构的的外廓尺寸寸，必须通过浮浮力设计才才能确定;沉管结构的的外廓高度度，往往超超过车道净净空高度与与顶底板厚厚度之和。。9.2.3结构分析与与配筋1）.断面结构分分析其结构内力力分析须经经过“假定截面尺尺寸——分析内力——修正尺度——复算内力””的几次循环。避免采用剪剪力钢筋,常采用变截截面或折拱拱形结构。。不能只以一一个断面的的结构分析析来代表整整节管段，，以及河中中段全长的的横断面配配筋计算，，所以目前前一般采用用电算分析。沉管折拱形形结构2）纵向结构构分析施工阶段的沉管纵向向受力分析析，主要是是计算浮运运、沉设时时，施工荷荷载、波浪浪力所引起起的内力。。使用阶段的沉管纵向向受力分析析，一般按照弹性地地基梁理论论进行计算。。3）配筋筋沉管结构的的混凝土强强度等级，，宜采用C30-C40。由于于沉沉管管结结构构对对贯贯通通裂裂缝缝非非常常敏敏感感，，非非贯贯通通裂裂缝缝宜宜控控制制在在0.15-0.2mm以下下，，因因此此采采用用钢钢筋筋等等级级不不宜宜过过高高，，不宜宜采采用用III级和和III级以以上上的的钢钢筋筋。。4）预预应应力力的的应应用用一般般情情况况下下，，沉沉管管隧隧道道采采用用普普通通混混凝凝土土结结构构而而不不用用预预应应力力混混凝凝土土结结构构。。因因沉沉管管的的结构构厚厚度度并并非非强强度度决决定定，而而是是由由抗抗浮浮安安全全系系数数决决定定。。当隧隧道道跨跨度度较较大大，，达达三三车车道道以以上上，，或或者者水水、、土土压压力力又又较较大大时时，，采采用用预预应应力力。。(a)Almendares(b)Lafontaine1-预应力索；2－临时拉索；；3－防水层本讲要点沉管运输中干干舷设计的意意义。沉管结构设计计的方法和原原则。9.3接缝管段处理理与防水措施施9.3.1变形缝的布置置与构造沉管结构一般都是二次次浇筑，常常易发生收缩缩裂缝。不不均匀沉降等等影响也易致致管段开裂。。变形缝每节管段分割割成若干节段段，一般为15～20m左右。变形缝须满足足1.能适应一定幅幅度的线变形形与角变形。。2.在浮运、沉设设时能传递纵纵向弯矩。（1）外排纵向钢钢筋全部切断断。而内排纵纵向钢筋则暂暂时不予切断断，待沉设完完毕后再将跨跨越变形缝之之内排纵向钢钢筋，全部切切断。（2）浮运之前安安设临时的纵纵向预应力索索（筋），待待沉设完毕后后再行撤去3.在任何情况下下能传递剪力力，如图4.变形前后均能能防水，台阶形变形缝缝回幻片241－沉管外侧；；2－沉管内侧；；3－卷材防水层层；4－钢边橡胶止止水带；5－沥青防水；；6－沥青填料；；7－钢筋混凝土土保护层9.3.2止水缝带普遍的是橡胶胶止水带和钢钢边橡胶止水水带。1)橡胶止水带橡胶止水带可可用天然橡胶（含胶率）70％）制成。亦亦可用合成橡胶（如氯丁橡胶胶等）制成。。橡胶止水带的的寿命潮湿、无日照照及温度较低低等环境理理想。地下工程中的的橡胶止水带带的耐用寿命命应在六十年年以上。经老化加速实实验亦可断定定其安全年限限超过100年。形式：均由本本体与与锚着着部两两部分分组成成;变形缝缝的张张开度度、本本体部部的宽宽度。。这两两个因因素共共同决决定着着止水水带所所受拉拉力。。2)钢边橡胶止止水带钢边橡胶止止水带，系系于橡胶止止水带两侧侧锚着部中中加镶一段段薄钢板，，其厚度仅仅0.7mm左右，初于于荷兰的凡凡尔逊（Velsen,1957）。9.3.3管段外壁的的防水措施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）骑吊法法SEP4）拉沉法法1－拉合千千斤顶；；2－拉沉卷卷扬机；；3－拉沉索索；4－压载水水本讲要点点理解变形形缝的设设置原则则了解防水水措施；；了解沉设设方法。。9.4.2水下连接接早期采用用灌筑水水下混凝凝土施工工法；；二十世纪纪五十年年代末，，加拿大大的台司司隧道采采用水力压接接法。用水力压压接法进进行水下下连接的的主要工工序是：：对位——拉合——压接——拆除端封封墙9.5管段接头头管段接头头的构造造，主要要有刚性性接头和和柔性接接头两种种。9.5.1刚性接头头刚性接头头系于水水下连接接（不论论采用何何法）完完毕后，，于相邻邻两节管管段端面面之间，，沿隧道道外壁（（二侧与与顶、底底板）以以一圈钢钢筋混凝凝土连接接起来，，形成一一个永久性接接头。刚度较大大，但沉沉降不匀匀易开裂裂渗漏。。“先柔后后刚”9.5.2柔性接头头主要是利利用水力力压接时时所用的的胶垫，吸收变变温伸缩缩与地基基不均匀匀沉降所所致角变变，以消消除或减减小管段段所受变变温或沉沉降应力力。9.6沉管基础础在水底沉沉管隧道道中，因因作用在在沟槽底底面的荷荷载，不不因设置置沉管而而有所增增加，相相反，却却有所减减小。9.6.2基础处理理——垫平沉管隧道道的基础础处理方方法，大大体上分分为先铺法和和后填法法两大类；；先铺法有有刮砂法，，刮石法法等；后填法有有灌囊法，，压浆法法，压砂砂法等。1)先铺法先铺法实实际上是是利用刮铺铺机机将铺铺垫垫材材料料（（砂砂或或石石））设设置置成成平平整整的的垫垫层层。。1－方方环环形形浮浮箱箱；；2－砂砂石石喂喂料料管管；；3－刮板板；4－砂石石垫层层（0.6-0.9m）；5-锚块；；6－沟槽槽底面面；7－钢轨轨；8－移形形钢梁梁2）后填填法在后填填法中中，安安设水水底临时支支座，，临时支支座大大多数数为道道渣堆堆上设设置钢钢筋混混凝土土支承承板，，也可可以采采用短短桩简简易墩墩。灌砂法法喷砂法法灌囊法法压浆法法压砂法法（1）、灌灌砂法法（2）、喷喷砂法法1－预制制支承承板；；2－喷砂砂台架架；3－喷砂砂管；；4－喷入入砂垫垫层（3）、灌灌囊法法灌囊法法系于于砂、、石垫垫层面面上用用砂浆浆囊袋袋将剩剩余空空隙切切实垫垫密。。空囊下下沉，，水面面灌注注混合合砂浆浆。防止顶顶管，，需严严密观观测。。（4）压浆浆法压压砂砂法隧道内内部用用通常常的压压浆设设备，，经预预埋在在管段段底板板上带带单向阀阀的压压浆孔孔，