沉管法施工技术T70

6沉管法施工技术概述沉管隧道分类管段的沉放及连接本章内容沉管隧道工程实例沉管防水技术

沉管基础处理6.1概述★定义：

沉管隧道是先在隧址以外的预制场制作隧道管段，管段两端用临时封堵密闭，待达到设计强度后拖运到隧址位置。此时，在设计位置上已预先进行了沟槽浚挖，设置了临时支座；然后沉放管段，待沉放完毕后，进行管段水下连接，处理管段接头及基础，而后覆土回填，再进行内部装修及设备安装，以完成隧道。这种方法称为沉管隧道，也称作预制管段沉放法。用这种方法建成的通过江河的水下隧道，称为沉管隧道。★特点沉管法和其他方法，如明挖法，矿山法及其他地下工程施工法等相比，具有以下特点：（1）基本上不受地质条件的限制，可适用于流砂等不稳定土层施工；（2）在一个隧道断面内可同时容纳多个车道（4～6个）；（3）管段较长，接头较少，易于防水；（4）现场工期以及水上交通管制时间短；（5）单位工程造价低。水底隧道的建设。6.2沉管隧道分类沉管隧道按其管段制作方式（或按其截面形状）分为两大类，即船台型（圆形）和干坞型（矩形）。1．船台型施工时，先在造船厂的船台上预制钢壳，制成后沿着滑道滑行下水，然后在漂浮状态下进行水上钢筋混凝土作业。这类沉管的断面，内截面一般为圆形，外截面则有圆形、八角形，花篮形等，如图6.1所示。此外，还有半圆形、椭圆形以及组合形沉管断面，如图6.2所示。以上这类管道，也称为圆形沉管。这类沉管隧道的缺点有：（1）圆形断面的空间利用率不高（与矩形截面相比），车道上方空余一个净空界限以外的空间，使车道路面高程压低，从而增加了隧道全长，且圆形隧道一般只容纳两个车道，不便于建造多车道隧道。（2）耗钢量大，沉管造价高。（3）钢壳制作时，因手工焊接不能避免，其焊缝质量难以保证，可能出现渗漏，若出现此现象则难以弥补、堵截；且钢壳的抗蚀能力差。2．干坞型在临时干坞中制作钢筋混凝土管段，制成后往坞内灌水使之浮起并拖运至隧址沉没。这类沉管多为矩形断面，故也称为矩形沉管。矩形管段可以在一个断面内同时容纳2～8个车道，此外，有的管段还需加上维修管理、避险、排水设施等提供了所需要的宽度和空间。如图6.3所示。矩形沉管的优点是：（1）不占用造船厂设备，不妨碍造船工业生产；（2）车道上方没有多余空间，断面利用率高；（3）车道最低点的高程较高，隧道全长缩短，土方工程量少。建造4～8个车道的多车道隧道时，工程量和施工费用均较省。（4）一般用钢筋混凝土灌注，大大节约钢材，降低造价。其缺点是：（1）必须建造临时干坞；（2）由于矩形沉管干舷较小，在灌注混凝土及浮运过程中必须有一系列的严密控制措施。预制沉沉管的的半潜潜驳及及预制制好的的18米长沉沉管段段隧道长长度603米，穿穿越官官洲河河水下下沉管管段214米。岸岸上段段为钢钢筋砼砼现浇浇矩形形箱型型结构构；水水中段段为钢钢筋砼砼预制制沉管管段，，结构构形式式同与与岸上上段。。管段预预制采采用轴轴线干干坞法法，在在坞内内预制制三节节管段段，分分别长长94米、116米、4米，预预制完完成后后依次次浮运运出坞坞，在在官洲洲河沉沉放并并完成成水下下对接接。沉沉管段段与岸岸上段段现浇浇段采采用自自密性性砼水水下最最终接接头连连接，，构成成隧道道整体体。仑头至至生物物岛隧隧道作作为广广州市市第二二条越越江沉沉管隧隧道，，将与与即将将开工工建设设的生生物岛岛—大学城城隧道道相接接，构构成广广州市市区与与生物物岛至至大学学城交交通主主干道道。隧隧道呈呈南北北走向向，全全长1109米，宽宽度22．6米，高高8.7m，设计计为双双向四四车道道，预预计工工程投投资约约5亿元。。移动干干坞法法施工工要求求在16000吨级的的半潜潜驳上上完成成“仑仑头海海”航航道水水下4节共280米隧道道沉管管段的的预制制，并并利用用半潜潜驳实实施拖拖航浮浮运和和二次次舾装装，最最后将将管段段浮运运就位位后实实施沉沉放对对接，，并与与岸上上段贯贯通。。而传统统的沉沉管隧隧道管管节预预制大大多采采用干干坞法法，即即在隧隧址附附近靠靠江（（海））岸开开挖干干坞并并在其其内完完成管管段预预制后后，再再放水水至干干坞内内使管管节起起浮并并浮运运出坞坞进行行第二二次舾舾装，，之后后在隧隧址处处就位位沉放放。据代建建单位位广州州市隧隧道开开发公公司介介绍，，移动动干坞坞法主主要是是利用用半潜潜驳——一种移移动的的大型型浮台台作为为沉管管管段段的制制作平平台，，待沉沉管段段完成成后，，再通通过拖拖轮将将半潜潜驳拖拖航到到预定定位置置进行行下潜潜，管管段浮浮离半半潜驳驳，然然后进进行二二次舾舾装，，管段段沉放放对接接，最最终与与岸上上段贯贯通。。据据介绍绍，如如果采采用传传统的的固定定干坞坞法施施工，，将会会占用用万亩亩果园园8万m2的土地地，造造成对对果园园生态态环境境的破破坏。。因此此，市市政部部门积积极对对施工工方案案进行行优化化比较较，最最终确确定选选用移移动干干坞法法。施工人员利利用抽水泵泵往倒虹管管注水奉化新闻网网讯（记者者李婷婷婷通讯员员孙赛寅寅）昨天上上午，记者者来到萧王王庙街道后后竺村附近近看到施工工人员打开开2个抽水泵，，江水慢慢慢注入一根根长160米、直径720毫米、重达达40吨的倒虹管管内，10多分钟后，，倒虹管开开始徐徐沉沉入水中。。这是溪口口至城区污污水管网工工程水下沉沉管作业的的一个镜头头。经过20多天的作业业，施工人人员终于在在水底挖出出了两条放放置倒虹管管的沟槽。。昨天上午午，施工人人员将倒虹虹管的两头头系上绳子子，挂在江江两岸的挖挖掘机上，，然后开始始利用水的的浮力将倒倒虹管平移移至事先挖挖好的沟槽槽上方。由由于潮水渐渐渐退去，，受河底淤淤泥的阻碍碍，移管速速度放慢，，到9点多才顺利利到达预定定位置。就就位后，开开始实施沉沉管。11点18分，整根倒倒虹管全部部沉入江底底。今天，，另一根倒倒虹管也将将实施水下下沉管。以以后，溪口口的污水将将通过这两两根倒虹管管到城区污污水处理厂厂接受处理理。6.3管段沉放及及连接1.沉放方法沉管隧道的的沉放方法法大体上分分为吊沉法法和拉沉法法。吊沉法法根据施工工方法和主主要起吊设设备的不同同又可以分分为分吊法法、扛吊法法及骑吊法法。（1）分吊法在管道预制制时，预埋埋了3～4个吊点，在在沉放作业业时用2-4艘起重船或或浮箱提着着各个吊点点，将管段段沉放至规规定位置。。（2）扛吊法左右方驳之之间两根““扛棒”，，“扛棒””下吊放沉沉管，然然后沉放，，这种方法法称为扛吊吊法，也可可称为方驳驳扛沉法。。“扛棒””一般是型型钢或组合合梁，每副副“扛棒””的每个““肩”所承承受的力仅仅为沉浮的的负沉力的的四分之一一。用两艘方驳驳构成船组组的吊沉方方法也称为为“双驳扛扛沉法”；；用四艘方方驳构成作作业船组的的吊沉法称称为“四驳驳扛沉法””。图6.7为双驳扛沉沉法。（3）骑吊法骑吊法系用用水上作业业平台“骑骑”于管段段上方，将将其慢慢的的吊放沉没没，如图6.8所示。所用用水上作业业平台，亦亦称自升式式作业平台台，实际上上是个矩形形钢浮箱。。就位时，可可向浮箱内内灌水加荷荷压裁、使使四条钢腿腿插入海底底或河底。。需要入土土较深时，，可于压沉沉一次后，，排水浮起起钢平台，，然后再注注水加荷压压沉。如此此反复数次次，到设计计要求为止止。（4）拉沉法法拉沉法是是利用预预先设置置的沟槽槽地面上上的水下下桩墩作作为地垄垄，依靠靠架在管管段上面面的钢桁桁架顶上上的卷扬扬机和扣扣在地垄垄上的钢钢索，将将具有2000～3000kN浮力的管管段缓缓缓地拉下下水，沉沉没到桩桩墩上，，如图6.9所示，此此法必须须在水底底设置桩桩墩，费费用较大大，应用用很少。。2．主要沉沉没工具具和设备备浮箱吊沉沉法与方方驳扛吊吊法所用用的最主主要的大大型工具具，就是是四艘方方型浮箱箱或小型型方驳，，其吨位位在1000～1500kN。主要起起重设备备是6-14台定位卷卷扬机和和3～4台起吊卷卷扬机。。除此外外，尚需需要：（1）定位塔塔（2）超声波波测距仪仪（3）倾斜仪仪（4）缆索测测力计（1）定位塔塔定位塔为为事先安安装在管管段顶面面上的塔塔形钢结结构，其其高度根根据沉放放深度和和测量要要求而定定，常高高达十余余米，中中间有直直径为800～1200mm的出入人人孔。每每个管段段设前后后两座定定位塔，，并在其其顶部设设有测量量标志，，有时还还在其中中一座塔塔上设指指挥室和和测量工工作室，，定位卷卷扬机也也可安设设在定位位塔上。。（2）超声波波测距仪仪设于管段段断面，，以测定定前后两两节管段段间的三三向相对对距离。。（3）倾斜仪仪自动反映映管段的的纵横倾倾度，以以便及时时调整吊吊索。（4）缆索测测力计在每一锚锚索或吊吊索的固固定端均均设有自自动测力力计，能能在指挥挥室中直直接显示示受力数数值，便便于指挥挥和操作作。3．管段沉沉设作业业管段沉设设作业大大体可按按下列步步骤进行行：（1）准备工工作。沉沉放前前必须完完成沟槽槽浚挖和和设置临临时支座座（2）浮运运。预预制管段段必须从从干坞浮浮运到沉沉放点（3）管段就就位；当当浮运船船只到达达指定位位置上，，校正好好前后左左右位置置，并带带好地锚锚。定位位完毕后后，灌压压裁水使使其消除除全部浮浮力。（4）管段下下沉。（5）水上交交通管制制。管段下沉沉一般分三三步进行行，即初初次下沉沉、靠拢拢下沉和和着地下下沉。1）初次下下沉。先灌注注压载水水至下沉沉力达到到规定值值的50％，随即即进行位位置校正正；然后后再注水水使下沉沉力达到到设计值值的100％，并开开始按400～500mm／min速度下沉沉管段，，直至管管底离设设计高程程4～5m为止。注注意随下下沉随校校正管段段位置。。2）靠拢下下沉。先将管管段向前前节已沉沉管段的的方向平平移，至至距已设设管段2m左右处，，然后将将管段下下沉到管管底离设设计高程程0.5～1.0m左右，并并校正管管位。3）着地下下沉。将管段段前移至至前节管管段约距距500mm处，校正正后开始始着地下下沉。最最后约1m的下沉，，速度要要放慢，，并随沉沉随测。。着地时时先将前前端搁在在“鼻式式”托座座或套上上卡式定定位托座座，然后后将后端端轻轻地地搁置到到临时支支座上。。各吊点点应同时时分次卸卸去全部部吊力，，使整个个管段的的下沉力力全部作作用在临临时支座座上。★管段连连接1.水下水压压法连接接水下水力力压接法法是利用用作用在在管段后后端端面面上的巨巨大压力力，使安安装在管管段前端端面周边边上的一一圈橡胶胶垫环发发生压缩缩交形，，构成一一个水密密性良好好，且相相当可靠靠的管段段接头，，如图6.10所示。水力压接接法进行行水下连连接有以以下主要要工序；；1）对位。。2）拉合。。3）压接。。4）拆除端端封墙。。图6.10水力压接接法（a）连接前前；（b）对位；；（c）连接后后1－超声波波检测器器；2－橡胶垫垫；3－临时支支撑托架架；4－接紧千千斤顶；；5－调节管管段位置置千斤顶顶6-从接头缝缝内抽水水；7-外部静压压水力压接接法进行行水下连连接有以以下主要要工序；；1）对位。。管段段在浮设设、着地地下沉时时必须结结合管段段连接工工作进行行对位。。对位时时可用安安装在管管端的超超声波检检测仪器器控制其其精度，，一般要要求达到到水平方方向前端端±20mm，后端±50mm，垂直方方向后端端±10mm。2）拉合。。拉合合工序的的任务是是以一个个较小的的机械力力，将沉沉放管段段靠上钱钱节已设设管段，，使胶垫垫尖肋产产生初步步变形，，起到初初步止水水作用。。拉合时时所需机机械力不不大，一一般由安安装在管管段坚壁壁上的拉拉合千斤斤顶拉合合。3）压接。。拉合完完成后，，即可打打开已设设管段后后端封墙墙下部的的排水阀阀，排出出对接沉沉管端被被胶垫所所包围封封闭的水水。排水水开始不不久，须须开启设设在已设设管段后后的真空空压力而而破坏。。排水完完毕后，，胶垫在在作用于于新设管管段的后后端封墙墙和管段段周壁端端面的全全部水压压力作用用下，进进一步压压缩，使使胶垫产产生第二二次压缩缩变形。。4）拆除端端封墙。。压接完完毕后即即可拆除除前后两两节管段段间的端端封墙。。全部与与岸上相相通后，，即可进进行下步步施工。。2．接头胶胶垫接头胶垫垫是水力力压接法法使用的的关键部部位，需需要按沉沉管周围围的外形形在工厂厂制作，，而后运运到管段段预制场场安装。。目前世世界上应应用较多多的是尖尖肋形胶胶垫，它它由尖肋肋、本体体、底翼翼缘和底底肋四部部分构成成：⑴尖肋。位于于胶垫之前端端，外形为三三角形，用作作第一次初步步止水。其高高度一般为38mm，个别工程用用50mm，硬度一般为为肖氏橡胶硬硬度30～35度。⑵本体。它是是承受水压的的主体，一般般为等腰梯形形。其硬度为为肖氏50～70度，其尺寸与与要求应按实实际工程情况况确定。⑶底翼缘。腔腔垫的底部多多有两个突出出的翼，以使使安装方便，，多以纤维织织物作为局部部加强。⑷底肋。为防防止管段端面面不够平整而而出现漏水，，在橡胶底部部用肖氏硬度度为30～35度软橡胶制成成的小肋。3．管段接头管段水下连接接完毕后，需需在管段内侧侧构筑永久性性的管段接头头，使前后两两个管段连成成一体。这种种永久接头构构造不仅应具具有可靠的水水密性，而且且要具备抵抗抗基础不均匀匀沉降和地震震造成的影响响。目前采用的管管段接头，主主要有刚性接接头和柔性接接头两种。（1）刚性接头刚性接头是在在水下连接完完毕后，在相相邻两节管段段端面之间，，沿隧道外壁壁浇注一圈钢钢筋混凝土将将之连接起来来，形成一个个永久性接头头。刚性接头头的最大缺点点是水密性不不可靠，在使使用过程中常常因不均匀沉沉降而开裂渗渗漏。自从水水力压接法问问世以后，人人们在刚性接接头的基础上上加以改造形形成“先柔后后刚”式接头头，见图6.13。这种接头是是水力压接时时所用的胶垫垫，留在外圈圈作为接头的的永久性性止止水防线。刚刚性接头在胶胶垫的防护之之下，不再渗渗漏。其刚性性部分一般在在沉降基本结结束之后，再再浇注钢筋混混凝土。（2）柔性接头柔性接头是利利用水力压接接时所用的胶胶垫，吸收变变温伸缩与基基础不均匀沉沉降造成的角角度变化，以以消除或减小小管段所受温温度与变形应应力。图6.14所示为一柔性性接头。该接接头形式亦宜宜用于地震区区的沉管隧道道，但在其构构造上要满足足线性位移和和角变形，又又应具有足够够的抗拉、抗抗剪和抗弯强强度。图6.15为日本东京港港第一航道下下的水底隧道道的抗震接头头──可挠性性接头。此接接头考虑了距距该隧道工点点约100km的太平洋沿岸岸外侧地震带带所发生的M=8左右的强烈地地震，使其受受不到毁灭性性的破坏；在在靠近路道区区域即使有中中等地震也不不致破坏。6.4沉管防水技术术管隧道是用沉沉管方法施工工的一种水底底隧道。沉管管的防水技术术可归纳为：：1．钢壳与钢板板防水早期的沉管隧隧道，其截面面多为圆形，，一般先制造造钢壳，然后后浇注混凝土土，这种钢壳壳，既是施工工阶段混凝土土的外模，又又是沉管在使使用阶段的防防水层。在现代的沉管管隧道中，也也有全部采用用柔性防水的的实例。随着着柔性防水材材料的发展，，在隧道管段段外包一段昂昂贵的防水层层的做法已过过时了。这种种防水方法耗耗钢量大，缝缝防水性能不不可靠，钢材材的防锈问题题难以彻底解解决和混凝土土的粘结性不不良。2．管体混凝土土防水近年来，人们们更多的研究究和利用管体体自身的混凝凝土防水性能能，用以替代代外防水。混混凝土的自身身防水，就是是在混凝土施施工中，控制制混凝土配合合比并添加外外加剂，降低低由于水泥的的水化作用引引起的温度变变化，以及采采取施工期间间的特殊措施施等，防止或或减少混凝土土的开裂，达达到防水的目目的。在隧道防水措措施中，还有有卷材防水和和涂料防水。。6.5沉管基础处理理沉管隧道虽对对各种地质条条件适用性强强，一般不需需构筑人工基基础，但施工工时仍须进行行基础处理，，其目的主要要是为了解决决开槽作业所所造成的槽底底不平整问题题。对于浚挖挖后的槽底表表面，一般存存在15～50cm，有时可达100cm的不平整度。。如不加处理理，则槽底表表面与管段底底面之间存在在着众多不规规则空隙，导导致地基土受受力不均，引引起不均匀沉沉降，使管段段结构受到较较高的局部应应力甚至破坏坏开裂。故必必须进行适当当处理，将基基础垫平。沉管隧道的基基础处理方法法，按其铺垫垫作业工序安安排于管段沉沉没作业之前前或以后，可可大体上分为为先铺法和后后填法两大类类。1．先铺法先铺法也称为为刮铺法，按按铺垫材料的的不同又分为为刮砂法和