沉管结构施工介绍T40

第11章沉管结构概述沉管结构的设计沉管的防水设计变形缝与管段接头设计沉管基础设计11.1概述水底隧道的主要施工方法水底隧道的施工中，采用明挖施工最为简单，较常用的是盾构法和沉管法。20世纪50年代起，沉管法的主要技术难关相继突破，它的施工方便、防水可靠、造价便宜，逐渐取代了盾构法。沉管法的主要优点：隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短；隧道主体结构在干坞中工厂化预制，可保持良好的制作质量和水密性；对地基的适应性强；接头数量少，防水性能好。沉管法的主要缺点：需要一个占用较大场地的干坞；基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大，另外，河、海床地形地貌复杂的情况下，增加施工难度和造价；管节浮运、沉放作用需考虑水文、气息条件等的影响。盾构法与沉管法优缺点对照表项目盾构法沉管法隧道埋深应保持一定的覆土厚度最小宜为（0.6-1）D，D为隧道直径可紧贴河床甚至高出河床隧道长度相对较长相对较短断面形状基本为圆形，一般容纳两车道断面形状多为矩形，可容纳4，6或更多车道防水性能纵、环向接头数量多、防水性能相对较差接头数量少，防水性能好对航运影响无影响有影响水文、气象条件不受限制要考虑水文、气象条件影响地质条件影响与地质条件密切相关较弱地层均可适应施工期对地面的影响可能产生地面变形施工期岸边隧道开挖有影响沉管隧道施工沉管施工法简介沉管施工法，也称为预制管段施工法、沉放施工法等。沉管施工场景图沉管隧道的特点隧道的施工质量容易控制。建筑单价和工程总价均较低。施工工期短。操作条件好。对地质条件的适应性强。适用水深范围几乎是无限制的。断面形状选择的自由度大，断面空间的利用率较高。水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。施工时须与航道部门密切配合，采取措施保证坑道畅通。沉管管隧隧道道的的设设计计设计计内内容容主主要要有有：：总体体几几何何设设计计；；结结构构设设计计；；通通风风设设计计；；照照明明设设计计；；内内装装设设计计；；给给排排水水设设计计；；供供电电设设计计；；运运行行管管理理设设施施设设计计等等。。11.2沉管管结结构构的的设设计计沉管管结结构构的的类类型型钢壳壳沉沉管管外壁壁或或内内外外壁壁均均为为钢钢壳壳，，中中间间为为钢钢筋筋混混凝凝土土或或混混凝凝土土，，钢钢壳壳和和混混凝凝土土共共同同受受力力的的复复杂杂结结构构。。钢筋筋混混凝凝土土沉沉管管。。主要要由由钢钢筋筋混混凝凝土土组组成成，，外外涂涂防防水水材材料料。。沉管管结结构构形形式式圆形形八角角形形花篮篮形形沉管管结结构构的的荷荷载载序号荷载类型横向纵向基本荷载1水土压力、结构自重、管段内外压载重★★2管内建筑及车辆荷载★★3混凝土收缩应力★4浮力、地基反力★★附加荷载5施工荷载★★6温差应力★★7不均匀沉降产生的应力★偶然荷载8沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载★★9地震荷载★★沉管管荷荷载载表表作用用在在管管段段结结构构上上的的水水压压力力是是主主要要荷荷载载。。沉降降摩摩擦擦力力是是在在覆覆土土回回填填后后，，沟沟槽槽底底部部受受荷荷不不均均，，沉沉降降也也不不均均的的情情况况下下发发生生的的。。地基基反反力力分分布布规规律律反力力按按直直线线分分布布；；反力力强强度度与与各各点点地地基基沉沉降降量量成成正正比比；；假定定地地基基为为半半无无限限弹弹性性体体，，按按弹弹性性理理论论计计算算反反力力。。管段段计计算算根根据据不不同同阶阶段段进进行行荷荷载载组组合合，，一一般般有有以以下下几几种种：：基本本荷荷载载基本本荷荷载载+附加加荷荷载载基本本荷荷载载+偶然然荷荷载载沉管管结结构构的的浮浮力力设设计计干舷舷管段段在在浮浮运运时时，，为为了了保保持持稳稳定定，，必必须须使使其其管管顶顶露露出出水水面面，，露露出出的的高高度度就就是是干干舷舷。。具具有有一一定定干干舷舷的的管管段段，，遇遇到到风风浪浪而而发发生生倾倾侧侧后后，，产产生生一一个个反反倾倾力力矩矩，，保保持持平平衡衡。。干舷舷高高度度过过小小稳稳定定性性差差，，过过大大不不容容易易沉沉设设。。浮力力设设计计时时，，应应按按最最大大的的混混凝凝土土重重度度，，最最大大的的混混凝凝土土体体积积和和最最小小的的河河水水密密度度来来计计算算干干舷舷。。抗浮浮安安全全系系数数在管管段段沉沉设设施施工工阶阶段段，，应应采采用用1.05~1.10的抗抗浮浮安安全全系系数数；；施工工阶阶段段的的抗抗浮浮安安全全系系数数必必须须大大于于1.05；覆土土完完毕毕厚厚的的使使用用阶阶段段，，应应采采用用1.2~1.5的抗抗浮浮安安全全系系数数；；进行行浮浮力力设设计计时时，，应应按按最最小小的的混混凝凝土土容容重重和和体体积积，，最最大大的的河河水水比比重重来来计计算算各各个个阶阶段段的的抗抗浮浮安安全全系系数数。。沉管管结结构构的的外外轮轮廓廓尺尺寸寸沉管管结结构构的的全全高高以以及及其其他他外外廓廓尺尺寸寸的的确确定定必必须须满满足足抗抗浮浮设设计计要要求求。。沉管管的的结结构构沉管管结结构构计计算算与与配配筋筋横向向结结构构计计算算结构构分分析析经经过过““假假定定构构件件尺尺寸寸———分析析内内力力———修正正尺尺寸寸———复算算内内力力””的的几几次次循循环环。。不能能仅仅按按一一个个横横断断面面的的结结构构分分析析结结果果来来进进行行整整节节管管段段的的横横向向配配筋筋。。纵向向结结构构计计算算施工工阶阶段段的的沉沉管管纵纵向向受受力力分分析析，，主主要要是是计计算算浮浮运运、、沉沉设设时时施施工工荷荷载载所所引引起起的的内内力力。。施工工阶阶段段的的纵纵向向受受力力分分析析，，一一般般按按弹弹性性地地基基梁梁理理论论计计算算。。结构构验验算算及及配配筋筋沉管管结结构构的的混混凝凝土土28天强强度度等等级级，，宜宜采采用用C30~C45。沉管管结结构构在在外外防防水水层层保保护护下下的的最最大大容容许许裂裂缝缝宽宽度度为为0.15~0.2mm，因因此此不不宜宜采采用用Ⅲ级或或Ⅲ级以以上上的的钢钢筋筋。。序号荷载组合提高率A结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+高潮水压力0%B结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+低潮水压力0%C结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+台风时或特大洪水位水压力30%DA+变温影响15%EA+特殊荷载（如沉船、地震等）混凝土的主拉应力30%F其他应力50%不同同荷荷载载组组合合条条件件相相应应的的提提高高率率预应应力力的的应应用用沉管管的的结结构构厚厚度度不不是是由由强强度度决决定定，，而而是是由由抗抗浮浮安安全全系系数数决决定定，，所所以以沉沉管管隧隧道道多多采采用用普普通通钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构。。但但当当隧隧道道跨跨度度大大，，而而且且水水、、土土压压力力较较大大时时，，这这时时采采用用预预应应力力。。在沉沉管管结结构构的的横横断断面面上上采采用用预预应应力力时时，，有有两两种种做做法法：：一一种种是是全全预预应应力力，，一一种种是是部部分分预预应应力力。。阿尔尔曼曼德德斯斯隧隧道道断断面面哈瓦瓦那那市市的的阿阿尔尔曼曼德德斯斯河河下下的的水水底底道道路路隧隧道道是是世世界界上上第第一一条条采采用用预预应应力力混混凝凝土土的的沉沉管管隧隧道道。。勒方汀汀隧道道断面面在隧孔孔跨中中，于于顶、、底板板之间间设置置临时时性的的对拉拉预应应力筋筋。11.3沉管的的防水水设计计沉管的的防水水措施施早起的的沉管管隧道道，管管段沉沉设以以后使使用阶阶段的的防水水层是是钢壳壳。20世纪40年代初初，采采用四四边包包裹的的钢壳壳。20世纪50年代后后，采采用三三边包包裹的的钢壳壳。20世纪60年代初初，在在一些些沉管管隧道道中采采用柔柔性防防水，，完全全不用用钢板板。钢壳与与防水水钢板板钢壳的的缺点点：耗钢量量大；；焊接质质量不不保证证；防锈问问题仍仍未切切实解解决；；钢板与与混凝凝土之之间粘粘结不不良。。钢壳防防水昂昂贵而而不可可靠，，逐渐渐改用用钢板板防水水。防水钢钢板的的构造造卷材防防水与与涂料料防水水卷材防防水层层是用用胶料料把多多层沥沥青类类卷材材或合合成橡橡胶卷卷材胶胶合成成的粘粘贴式式防水水层。。卷材粘粘贴完完毕后后，需需在外外边加加保护护层。。因为延延伸率率还不不够，，涂料料在管管段防防水上上尚未未普遍遍推广广涂料防水水施工工工艺较繁繁，抗拉拉伸能力力较差。。11.4变形缝与与管段接接头设计计变形缝的的布置与与构造常见的收收缩裂缝缝两侧浇筑筑的混凝凝土，龄龄期、弹弹性模量量、剩余余收缩率率均不相相同，后后浇筑的的混凝土土不能自自由收缩缩，而受受到偏心心受拉内内力的作作用，常常产生收收缩裂缝缝。有效措施施是设置置垂直于于隧道轴轴线方向向的变形形缝，把把每节管管段分剖剖成若干干节段。。节段长长度一般般为15~20m变形缝的的布置变形缝的的构造满满足三个个要求：：能适应一一定幅度度的线变变形与角角变形。。施工阶段段能传递递弯矩，，使用阶阶段能传传递剪力力。变形前后后均能防防水。变形缝的的临时传传力措施施图变形缝的的抗剪措措施止水缝带带在变形缝缝的各组组成部分分中，最最为主要要，既能能适应变变形，又又能有效效的堵住住渗漏的的止水缝缝带。普遍的是是橡胶止止水带和和钢边橡橡胶止水水带。橡胶止水水带式用用天然橡橡胶或含含胶率大大于70%的天然橡橡胶，或或合成橡橡胶制成成。形式式有平板板形和带带管孔的的。钢边橡胶胶止水带带管段接头头管段接头头的功能能和要求求水密性的的要求，，在施工工和运营营各阶段段均不漏漏水。接头应具具有抵抗抗各种荷荷载作用用和变形形的能力力。接头的各各构件功功能明确确，造价价适度。。接头的施施工性好好，施工工质量能能保证。。并尽量量做到能能检修。。常用接头头GINA止水带、、OMEGA止水带以以及水平平剪切键键、竖直直剪切键键、波形形连接件件、端钢钢壳及相相应的连连接件。。GINA止水带接接头构造造图水下连接接方法水下混凝凝土连接接法和水水力压接