沉管隧道设计讲义

沉管隧道设计

（DesignofImmersedTubeTunnel）内容(Content)何为沉管施工法？沉管隧道类型发展历史沉管隧道优点沉管隧道适应条件典型沉管隧道布置设计内容施工步序结构设计防水设计何为沉管施工法？把预制好的钢管或混凝土管段，一段段浮运并沉放在水中事先开挖好的沟槽中，在水中拼装连成一体，形成沉管隧道沉管隧道类型分类标准用途断面形状材料隧道种类（1）铁路隧道（2）道路隧道（3）人行隧道（4）水工隧道等（1）圆形（2）八角形（3）矩形等（1）钢材（2）钢筋混凝土发展历史第一条沉管隧道：美国波士顿的雪莉排水管隧洞于1894年建成，直径2.6米，长96米，由6节钢壳圆管加砖砌的管段连接而成(第一代沉管隧道)第一条沉管铁路隧道：美国底特律河的铁路隧道于1910年建成，水下段由10节长80米的钢壳圆管管段组成(第一代沉管隧道)第一条沉管道路隧道&第一条钢筋混凝土沉管隧道：美国加利福尼亚州的奥克兰与阿拉梅达之间的波西隧道，于1928年建成,水下段长744米，使用12节62米长的钢筋混凝土圆形管段，其外径为11.3米(第一代沉管隧道)第一条矩形断面沉管隧道：荷兰的马斯河道路隧道于1941年建成，管段用钢筋混凝土制成矩形结构，内设4车道并附设自行车和人行的专用通道，管段断面为24.8×8.4米,外面用钢板防水(第二代沉管隧道)50年代以后，由于水下连接技术的突破──采用水力压接法，并应用橡胶垫圈作止水接头，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。之后在世界上很多国家与地区如丹麦、荷兰、日本、中国香港、中国台湾等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧道)中国于1993年建成第一条沉管隧道广州珠江沉埋隧道，之后相继建成了宁波甬江隧道、常洪隧道、上海外环隧道等

沉管隧道优点采用沉管法施工的水下隧道，比用盾构法施工具有较多优点,主要有：(1)容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水概率大为减少(2)工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低(3)在隧道现场的施工期短。因预制管段等大量工作均不在现场进行(4)操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业(5)断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳4～8车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道(6)容易与周边道路和立交相连接。因沉管隧道埋深浅，要求更短的进（出）口段长度沉管隧道适应条件适合于沉管法施工的主要条件：水道河床稳定--便于顺利开挖沟槽，减少土方量水流不能过急--便于管段浮运、定位和沉放

典型沉管隧道布置设计内容工程总体及线路设计隧道结构设计施工步序设计防水设计通风设计给排水、消防设计照明设计供电设计交通设施设计内装设计监控系统设计抗灾、防灾设计施工步序沉管隧道施工大致包括以下八个步骤：第一步：干坞开挖（用于制作预制管段）第二步：预制管段制作第三步：干坞进水，打开坞门施工步序第四步：沉沉放基槽开开挖及清淤淤第五步：将将预制管段段浮运至基基槽指定位位置第六步：管管段沉放及及接头安装装施工步序第七步：基基础处理第八步：基基槽回填覆覆盖结构设计沉管隧道结结构设计包包括：(1)管段结构设设计(2)管段浮力设设计(3)附属结构设设计(4)管段基础设设计结构设计(1)管段结构设设计A)包括设计结结构横断面面、端钢壳壳、管段接接头等B)荷载：结构构自重、设设备荷载、、土压力、、水压力、、基础抗力力、混凝土土收缩、地地基沉降、、车辆荷载载、温度荷荷载、施工工荷载、爆爆炸荷载、、沉船荷载载、地震力力等。C)计算模型：：结构设计D)荷载组合管段横向静静力计算工工况工况号工况描述荷载1施工阶段管段预制阶段自重、施工荷载2管段浮运阶段自重、施工荷载、水压力3管段沉放阶段自重、施工荷载、水压力、基础抗力4运营阶段考虑永久荷载自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、混凝土收缩5考虑车辆荷载工况4荷载+车辆荷载（细分：考虑中孔满载、边孔满载和全部满载情况）6考虑温度荷载工况4荷载+温度荷载（温升与温降）7考虑车辆与温度荷载工况5荷载+温度荷载（温升与温降）8特殊工况考虑爆炸荷载工况5荷载或工况6荷载+爆炸荷载9考虑沉船荷载工况5荷载或工况6荷载+沉船荷载10考虑地震荷载工况4荷载+地震荷载结构设计管段纵向静静力计算工工况工况号工况描述荷载1施工阶段管段浮运阶段自重、施工荷载、水压力2管段临时支撑阶段自重（含压重）、施工荷载、水压力、支撑力3运营阶段考虑永久荷载自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、混凝土收缩4考虑车辆荷载工况3荷载+车辆荷载5考虑地基不均匀自重、设备荷载、水土压力、混凝土收缩、不均匀基础抗力6考虑沉船荷载工况4荷载+沉船荷载结构设计(2)管段浮力设设计浮运阶段管管段干舷高高度设计为保持稳定定，管段在在浮（拖））运阶段必必须露顶，，设计干舷舷高度一般般为10~15cm计算干舷高高度时，需需考虑制作作误差、结结构含钢量量、水密度度等的影响响沉放后管段段抗浮设计计工况一：未未回填覆盖盖时管段的的抗浮安全全系数工况二：考考虑回填覆覆盖时管段段的抗浮安安全系数结构设计(3)附属结构设设计包括设计端端封门、压压舱水箱、、剪切键、、鼻托、临临时支撑、、管顶设施施等。端封门：密密封管段的的临时性结结构，由钢钢梁、混凝凝土板和预预埋枕梁构构成，整扇扇封门按梁梁板体系设设计（简支支梁+等跨连续板板），考虑虑水压力及及因四点支支撑和管段段对接时应应力集中的的影响压舱水箱：：在管段起起浮、拖运运、沉放阶阶段调整管管段平衡和和提供必要要的负浮力力。水箱容容量（或个个数）须满满足沉放就就位后管段段抗浮安全全系数大于于规定值（（如1.04)结构设计剪切键与鼻鼻托：包括括垂直剪切切键与水平平剪切键。。根据管段段不均匀沉沉降时产生生的垂直剪剪切力设计计垂直剪切切键，根据据由地震所所引起的水水平剪切力力设计水平平剪切键。。水平剪切切键在拆除除压舱水箱箱之后安装装，上垂直直剪切键（（鼻托）在在管段预制制时制作，，下垂直剪剪切键须待待管段沉放放对接之后后方可施工工临时支撑：：管段沉放放时，一段段支撑在鼻鼻托上，另另一段用千千斤顶支撑撑于临时支支撑（钢管管桩、垫块块等）。临临时支撑须须提供满足足设计要求求的承载力力和负浮力力管顶设施：：包括吊点点、人孔、、定位塔、、拉合装置置等。结构设计(4)管段基础处处理目的：使管管段沟槽底底面平整由于浮力的的存在，沉沉管隧道对对基础承载载力要求不不高，但由由于开挖后后的基槽非非常不平整整，如不处处理，会产产生导致结结构破坏的的不均匀沉沉降处理方法：：灌砂法、、喷砂法等等技术标准：：灌砂基础础压缩量和和抗压强度度防水设计包括管段结结构自身防防水与管段段接头密封封防水，本本培训仅简简单介绍管管段接头密密封防水双止水带防防水：GINA和OMEGA为何采用双双止水带？？防水双重保保障，无需需担心渗漏漏水GINA止水带与钢钢端壳结合合不紧密（（地震或基基础不均匀匀沉降造成成）时，OMEGA承担防水任任务可拆卸、修修复、更换换OMEGA止水带防水设计施工顺序及及作用机理理GINA止水带固定定方式：卡卡箍式管段连接方方法：水力力压接法→用拉合千斤顶顶将刚沉放