《地下结构工程施工技术》第九章沉管结构培训

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）干舷管段在浮运时，为了保持稳定，必须使管顶面露出水面，其露出高度称为干舷。具有一定干舷的管段，与风浪后产生反向力矩，保持平衡。干舷的高度应适中，过小则稳定性差，过大时沉设困难。浮力设计时，按照最大混凝土容重、最大混凝土体积和最小河水的比重来计算干舷。2）抗浮安全系数在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安全系数。管段沉设完毕后，务必大于1.05，防止“复浮”。设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。3）沉管结构的外廓尺寸沉管结构的外廓尺寸，必须通过浮力设计才能确定;沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶底板厚度之和。9.2.3结构分析与配筋1）.断面结构分析其结构内力分析须经过“假定截面尺寸——分析内力——修正尺度——复算内力”的几次循环。避免采用剪力钢筋,常采用变截面或折拱形结构。不能只以一个断面的结构分析来代表整节管段，以及河中段全长的横断面配筋计算，所以目前一般采用电算分析。沉管折拱形结构2）纵向结构分析施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时，施工荷载、波浪力所引起的内力。使用阶段的沉管纵向受力分析，一般按照弹性地基梁理论进行计算。3）聪配筋沉管结尝构的混冬凝土强劈燕度等级柜，宜采伴用C3贱0-C指40。由于沉避管结构渗对贯通械裂缝非盟常敏感别，非贯谨通裂缝锅宜控制差在0.使15-峡0.2筒mm以恶下，因恩此采用醋钢筋等呀级不宜某过高，不宜采特用II寻I级和捧III高级以上杆的钢筋待。4）预熟应力的俗应用一般情赤况下，驴沉管隧代道采用气普通混哨凝土结管构而不谁用预应俭力混凝局土结构附。因沉姐管的结构抹厚度旗并非娃强度苹决定，而暮是由毙抗浮扇安全异系数此决定丸。当隧道贤跨度较绞大，达深三车道餐以上，咱或者水速、土压从力又较揭大时，向采用预蜂应力五。(a)Alm榨end护are悄s(b)La橡fo灶nt级ai脊ne1-预应沿力索皱；2－临具时拉稳索；3－防凤水层本讲要也点沉管运受输中干夸舷设计司的意义停。沉管结槽构设计胆的方法森和原则匪。9.3张接缝放管段处减理与防遵水措施9.3宫.1变融形缝的幼布置与犬构造沉管结驳构一般视都是除二次煌浇筑网，代常易碌发生果收缩河裂缝疯。聚不均暴匀沉盏降等挖影响艰也易商致管充段开搂裂是。变形璃缝每节彻管段的分割脏成若徐干节势段，转一般础为1绪5～列20胃m左见右房诚。变形勉缝须液满足1.能干适应一属定幅度凑的线变呢形与角企变形。2.在天浮运、涌沉设时纸能传递磨纵向弯遭矩。（1爬）外宿排纵席向钢普筋全怖部切晨断。屋而内伏排纵闹向钢瓣筋则迷暂时贸不予抖切断画，待司沉设摄完毕回后再著将跨碍越变等形缝捏之内傻排纵名向钢绣筋，鸦全部畜切断情。（2）拘浮运之暂前安设原临时的指纵向预演应力索个（筋）损，待沉很设完毕庭后再行怕撤去3.拐在任狂何情鲁况下滥能传定递剪稼力，如图4墓.变宵形前删后均朱能防并水，台阶秧形变餐形缝回幻片佳241－沉权管外挑侧；2－沉管改内侧；3－卷火材防潮水层绝；4－钢边淋橡胶止喘水带；5－沥青广防水；6－沥青赤填料；7－钢筋取混凝土袋保护层9.3晒.2止悼水缝带普遍的剖是橡胶挥止水带筋和钢边某橡胶止这水带。1)伍橡胶寨止水角带橡胶四止水厘带可句用天然诉橡胶（含获胶率莲）7建0％佳）制主成。慌亦可悄用合成数橡胶（如雄氯丁科橡胶仅等）筐制成耕。橡胶影止水怨带的林寿命潮湿、月无日照后及温度舌较低挣等环境篇理想。地下工洞程中的视橡胶止柏水带的吐耐用寿穴命应在岛六十年思以上。经老化束加速实爷验亦可罪断定其回安全年薪限超过刮100糠年。形式：均由蛾本体怖与锚扭着部蹄两部报分组扬成;变形缝鸡的张开项度、本脸体部的放宽度。裳这两个顾因素共凤同决定肆着止水素带所受哭拉力。2)究钢边咽橡胶将止水注带钢边橡提胶止水弓带，系闪于橡胶吧止水带四两侧锚柏着部中悟加镶一壁段薄钢质板，其舞厚度仅挥0.7惕mm左竿右，初续于荷兰阁的凡尔捏逊（V瞒els饭en,圾195披7）。9.3矮.3管榜段外壁芒的防水缎措施沉管外厘防水和汽沉管自侍防水两皆类;外防水脊包括了钢壳滴，钢竞板防肚水，配卷材付防水移，涂躺料防肠水等不同楚方法；自防乞水主燃要是逆采用陡防水气混凝咽土。9.掠3.免4钢业壳与淘钢板无防水在沉管着的三面成（底和均二侧）叙甚至四纵面（包伟括顶面放）用钢板已包覆的防溜水半;耗钢量础大、焊息缝防水脸可靠性嚷不高、居钢材防你锈问题颜仍未切拔实解决嚼;9.3雹.5卷丙材防水用胶曲料粘爹结多塞层沥摸青类刺卷材岁或合府成橡竖胶类训卷材绸而成筐的粘贴式跪（亦称扩外贴式）防轮水层拾。均用浇盟油摊铺巧法粘贴怎;卷材检粘贴腔完毕赤后，映须在扬外边家加设燥保护锯层。到幻片好69.辞3.闭6涂帅料防肚水施工烂工艺员较繁蜘，施际工操银作工竞程中浮会造质成“起绝壳”区，无法休补救器；抗拉伸碰能力较羽差。9.4坊管段沉城设与水肺下连接1)分烘吊法2～朴4艘膏起重叠船或隶浮箱浮筒吊容沉法浮箱吊撇沉法2）扛德吊法最主要耍的大型俯工具就逆是四艘外小型方汽驳；3）骑县吊法叠SE谱P4）拉致沉法1－拉奇合千斤芒顶；2群－拉沉颠卷扬机昂；3－鹊拉沉索努；4－伶压载水本讲要改点理解余变形良缝的来设置离原则了解们防水锋措施斗；了解勾沉设臭方法呀。9.4尖.2水绝下连接早期宇采用礼灌筑峡水下健混凝等土施即工法泥；二十世张纪五十蛾年代末汗，加拿展大的台谋司隧道说采用水力巷压接晕法。用水力清压接法翁进行水爹下连接流的主要弦工序是雀：对位—幻玉—拉合捏——压友接——含拆除端播封墙9.词5厉管段梢接头管段堵接头尺的构党造，股主要畏有刚饭性接茂头和愈柔性静接头纠两种跃。9.珍5.使1刚拒性接烛头刚性渔接头邻系于续水下就连接笼（不病论采顽用何青法）甩完毕贪后，腐于相愁邻两后节管旗段端订面之痰间，裙沿隧删道外触壁（雕二侧周与顶必、底醋板）犬以一叫圈钢躬筋混细凝土仔连接晋起来省，形司成一滨个永久钩性接资头。刚度李较大精，但勺沉降帐不匀疯易开盛裂渗拿漏。“先柔旷后刚”9.5杜.2柔闸性接头主要摔是利虑用水悟力压拨接时城所用都的胶垫，吸收挣变温伸厚缩与地炒基不均机匀沉降诵所致角味变，以想消除或菌减小管昏段所受漂变温或跑沉降应去力。9.6悲沉管朱基础在水底案沉管隧裳道中，赶因作用界在沟槽踢底面的巴荷载，灶不因设俯置沉管邻而有所当增加，撤相反，侵却有所奋减小。9.6历.2基欧础处理区——垫敲平沉管谨隧道栽的基宽础处廉理方开法，债大体投上分扇为先铺镇法和诞后填握法两大谈类；先铺徒法有刮砂萝法，幕刮石林法等；后填凝法有灌囊晴法，泥压浆惩法，终压砂偷法等。1)评先铺胞法先铺桶法实军际上渡是利年用刮铺种机将铺垫蛮材料（轨砂或石找）设置蚊成平整少的垫层找。1－方含环形嚼浮箱券；2－砂石祸喂料管车；3－刮板肝；4－砂石玻垫层（）；5-锚块；6－沟稠槽底缸面；7－钢俩轨；8－移也形钢皆梁2）论后填章法在后填腰法中，截安设水勇底临时支班座，临时慨支座廉大多外数为摇道渣番堆上债设置资钢筋鸽混凝舞土支册承板点，也婚可以帅采用研短桩回简易钱墩。灌砂法喷砂切法灌囊法压浆喇法压砂蒙法（1贿）、骨灌砂坚法（郊2）凉、喷革砂法1－预环制支农承板悄；2－喷坝砂台伏架；3－喷灰砂管逐；4－喷入单砂垫层（3愤）、的灌囊访法灌囊搭法系教于砂湾、石胖垫层卡面上最用砂运浆囊名袋将叙剩余急空隙等切实覆垫密晨。空囊槽下沉等，水席面灌护注混映合砂脂浆。防止悉顶管睁，需贴严密稠观测谜。（4）日压浆法膝压砂法隧道内输部用通称常的压花浆设备记，经预刚埋在管松段底板做上带单向穴阀的栋压浆瞧孔，生向管除底空咽隙压土注混悄合砂街浆。9.裁6.眼3软涝弱土啄层上抚的沉氧管基殃础一般莲的解敞决办金法有大：（1）繁以粗砂捆置换软璃弱土层促；（2）右打砂桩境，并加童荷预压贼