沉管顶管结构讲义T31

§9-1沉管结构

跨越江河有三种方法—轮渡、桥梁、隧道。轮渡基建费用低，运营费用也较低，但通行量不大；桥梁单位长度造价低（同隧道比），但有海轮通过时，要造得高，而坡度又不能过大，故引桥要长，从而总造价高。此时用隧道则较经济。（见图）明挖，需建造围堰（如南京玄武湖隧道），技术较简单，但围堰工程量较大，有时还需导流渠道（如三峡工程）盾构法（如英吉利海峡隧道）沉管法（上海穿越黄浦江的隧道）水底隧道施工方法概述：沉管施工方法：施工中的黄浦江沉管隧道1、在临时干坞预制管段，一般100米左右（目前最长268米）。两端用临时封墙封闭（钢板，易拆除）2、向干坞灌水使管段浮起，（下铺碎石，否则水不能进入，则难浮起），用拖轮拖到指定位置。3、在设计隧道位置，事先在水下挖好沟槽4、待管段就位，向其内灌水，使下沉到位。5、将沉没到位的管段在水下连接，再回填覆土即基本完成施工。一般一天沉一节，间隔准备时间一个月。沉管施工方法：应用历史：19世纪末便有应用，20世纪初向大型管段发展，但因几个关键技术问题未能较好解决，如管段的水下连接技术，故应用不多。自20世纪50年代以来，沉管技术有飞跃性突破，得到越来越多的应用。沉设过程控制：(不能无控制下沉）沉设时设计水箱灌水量，以便控制。分初步下沉、靠拢下沉与着地下沉。方法有：分吊法—用浮筒吊住沉放，扛吊下沉（方驳扛吊）。管段上设定位索，可在岸上拉动控制来定位，河中设地锚使锚索折转。拖航前要在坞中沉没24小时以上检漏。特点:1、质量高：预制管段本身的结构及防水质量易保证；接缝少（同盾构比），再用水力压接法可滴水不漏。2、单价和总造价低：水下挖土较在暗挖花费小；整段预制、拖航较预制、运输、拼装管片花费小；覆土薄，埋深小，使长度小，故总造价低。3、现场工期短4、操作条件好，基本无地下作业，水下作业也较少，气压下作业则完全没有。5、对土层的适用性强，在流砂层中施工也无困难（如围堰，开挖则难）6、水深无特殊限制，如以潜水最大深度为限，则可达70米7、断面形状、大小无特别限制，可有4-8个车道但是：1、急流时难施工，需作业台；2、施工时如何保证通航亦需考虑，并需同航道管理部门讨论。四、设设计包括总体几几何设计，，结构设计，，内装修修设计，，通风、、照明明、给给排水水、供供电等设计计，运行管管理设设施设计等等。总体设设计很重要要，如如尽力力减小小覆盖盖率、、峒口口移到到水边边，虽虽增加加引道道挡墙墙高度度，但但减小小隧道道长度度，有有时由由此可可省去去通风风设备备，使使总造造价大大大降降低。。这里主主要讲讲结构构设计计，包包括以以下几几个方方面。。沉管结结构设设计1、拖航航时的的浮力力设计计要保证证干舷高高度，有一一定的的干舷舷高度度，倾倾斜时时产生生抗倾倾力矩矩，才才稳定定。一般干干舷高高度为为10-15cm，对圆形形、八八角形形则40-50cm。过大则则沉设设时灌灌水量量大。。特殊情情况下下，结结构厚厚度大大，浮浮力不不足，，则需需浮筒筒或在在顶部部设钢钢围堰堰。沉管结结构设设计2、抗浮浮计算算施工阶阶段：：K=1.05-1.1，要针对对覆土土前的的情况况来计计算，，即土土未覆覆，索索具、、定位位塔等等已拿拿走。。使用阶阶段：：K=1.2-1.5，此时考考虑侧侧摩阻阻力，，用最最大水水容重重、最最小混混凝土土容重重计算算。如如压载载混凝凝土密密实度度差，，一般般按2.25t/m3计算。。计算时时要考考虑到到混凝凝土的的容重重误差差、河河水容容重可可能的的变化化等。。沉管结结构设设计3、结构构设计计荷载：土、、水压压力，，水压压要考考虑一一定重重现期期的洪洪水位位；上上覆土土压力力也在在变化化，因因河床床淤积积或冲冲刷等等。侧侧土压压力开开始小小，以以后逐逐渐增增大到到静止止土压压力。。浮力一般等等于排排水量量，但但对粘粘性土土，由由于““滞后后现象象”可可大于于排水水量。。施工阶阶段的的弯矩矩验算算：由端端封闭闭墙、、定位位塔等等引起起。沉管结结构设设计波浪力力影响不不大，，一般般不会会改变变配筋筋。沉船荷荷载：：大小与与船型型、装装载、、沉没没方式式、覆覆土厚厚度、、河底底情况况等有有关。。一般般取5-13t/m。目前认认为可可不考考虑，，因几几率很很小。。反力分分布有均布布、文文克尔尔、弹弹性理理论等等。计算分分析有横向向分析析及纵纵向分分析，，纵向向分析析一般般主要要考虑虑沉设设阶段段由端端墙与与定位位塔（（在管管段两两端竖竖立的的钢架架，上上有定定位标标志））等引引起的的纵向向弯曲曲。沉管结结构设设计最大裂裂缝宽宽度<0.15-0.2mm，所以强强度较较高的的III级以上上钢筋筋不用用。预应力力：一般般不用用，但但荷载载大时时，用用预应应力较较经济济。而而荷载载在沉沉设后后才作作用，，故加加预应应力又又会使使另一一面开开裂，，解决决方法法之一一是在在内部部用钢钢筋对对拉，，代替替荷载载作用用，沉沉设后后再将将它取取走。。（图图）沉管结结构设设计4、变形形缝和和管段段接头头设浇注注温度度5-15度，使使用时时外侧侧温度度10度，内内侧0-25度，无无变形形缝时时温度度应力力可达达4MPa，会严重重开裂裂。又又，一一般先先浇底底板，，再浇浇侧墙墙与顶顶板，，后浇浇混凝凝土不不能自自由收收缩，，也会会开裂裂；地地震、、不均均匀沉沉降也也会使使管段段开裂裂。所所以每每节管管段内内要设设变形形缝，，一般般间距距15-20米。变形缝缝应满满足：有一一定的的线变变形和和角变变形能能力；；变形形前后后均能能防水水；施施工阶阶段能能传递递弯矩矩。沉管结结构设设计变形缝缝构造造：间隙隙不小小于2厘米，，其间间用防防水材材料填填充。。为抵抵抗施施工阶阶段弯弯矩，，内侧侧钢筋筋连通通，沉沉设就就位后后再割割断。。还设设一道道止水水袋。。11钢筋沉管结结构设设计接头用用水力压压接法法，加拿拿大人人首创创，管管端装装橡胶胶垫，，其形形状由由荷兰兰人提提出的的为好好（见见图））沉管结结构设设计5、沉管管防水水以往用用钢壳壳防水水，近近年来来用柔柔性防防水（（如氯氯丁橡橡胶卷卷材））。也也有防防水涂涂料，，但延延伸率率不够够。变形缝缝处设设一道道止水水带，，一般般用橡橡胶止止水带带或钢钢边橡橡胶止止水带带。以以往的的金属属止水水带已已不用用，塑塑料止止水带带弹性性差，，也不不用。。沉管结结构设设计6、沉管管的基基础荷载小小，一一般不不用作作基础础。但但开槽槽不平平，要要对地地基持持力层层进行行处理理。（（与水水下管管段对对接是是沉管管施工工的两两项关关键技技术））。地基持持力层层处理理方法法：1）后铺法法，底面面较窄窄时用用，包包括刮刮铺砂砂、石石；2）先铺法法，底面面较宽宽时用用（宽宽时难难后铺铺），，包括括灌砂砂、喷喷砂、、压浆浆、压压混凝凝土、、灌囊囊法等等。压压浆、、砂、、混凝凝土法法较简简单可可靠。。沉管结结构设设计在土层层过软软时，，则要要作基基础。。因荷荷载虽虽较原原来减减小，，但不不均匀匀。方方法有有：（1）换土土，工工程量量不宜宜大；；（2）砂桩桩预压压，费费时；；（3）减轻轻自重重，会会有抗抗浮问问题；；（4）桩基基础，，多用用。沉管结结构设设计用桩基基时，，一般般在其其上浇浇一层层混凝凝土，，再铺铺砂石石垫层层，以以保证证状与与管段段接触触。也也有用用砂浆浆囊袋袋、活活动桩桩顶等等方法法（荷荷兰人人提出出）。。§9-2顶管结结构一、顶顶管施施工方方法在工作作坑中中将预预制混混凝土土箱涵涵顶入入，多多用于于穿过过铁路路路基基的隧隧道。。工作坑坑：对曲曲线铁铁路，，工作作坑要要设在在曲线线外侧侧。滑板：混凝凝土板板，上上有导向墩墩、润滑层层，下要要防滑滑，例例设防滑梁梁。1‰的仰坡坡，因因推出出后前前端一一般要要下沉沉。要要防止止滑板板拉断断。有时用用简易易滑板板，如如平铺铺片石石，再再灌水水泥浆浆；用用钢轨轨，轨轨间填填砂，，再用用水泥泥砂浆浆抹面面；土土硬时时，用用灰土土垫层层再铺铺粗砂砂亦可可。润滑层层：由润润滑剂剂及塑塑料薄薄膜组组成二、箱箱涵制制作与一般般混凝凝土箱箱涵的的区别别只是是在表表面要要喷石石蜡，，做顶顶板防防水层层（因因顶上上会积积水）），前前端装装刃角角（图图8-6）。顶顶板防防水层层外可可浇一一层混混凝土土，以以保护护之。。断面高高度大大时，，要设设挖土平平台，减小小挖土土坡面面高度度，挖挖土平平台也也设刃刃角三、后后背形形式及及其设设计后背在在顶入入时提提供反反力，，不许许有过过大的的变形形及相相对位位移，，又因因是临临时结结构，，设计计时应应力求求节约约。类型有有板桩桩式、、重力力式、、拼装装式等等。顶进力力的计计算：：P=K[N上f上+（N上+N自）f下+2Ef侧+R·A]f并不仅仅仅是摩擦擦系