第七章沉管结构

安徽建筑工业学院地下结构工程主讲教师：席培胜第7章沉管结构

（亦曾称作预制管段沉放法）沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。

其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。用这种方法建成的隧道称为沉管隧道。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

。（解决了两项关键技术——水力压接法和基础处理，）混凝土管段沉管隧道大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰。日本第一座沉管隧道是1944年为大阪地铁网修建的。至1994年11月，共修建了18座沉管隧道。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。沉管法的主要优点、缺点与建桥相比

1、不影响任何航运；

2、不受恶劣气候影响；

3、抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力强；

4、能做到不拆迁或少拆迁，可降低造价；

5、超载能力远高于桥梁；

6、对生态环境干扰影响小，不会引起河床的变化；

7、水下隧道结构抗腐蚀性强，耐久性好；

8、结构维护保养费用比桥梁低得多；

9、建设用钢量比桥梁少；

10、设计时比较容易做到一隧多用，可以安排城市供水、供电、供气、通信管道等通过。基槽开挖方法:

对开挖来说，人们所熟悉的技术例如戽斗式挖泥机、带切泥头或吸泥头的吸泥机或挖泥机和带抓斗的起重机都是可以选择的。切泥头挖泥机是对要浚挖的泥土进行混搅成浆后吸走。如使用浮放管路排泥时，这种挖泥机的垂直运输是封闭的，而且最后的水平运输也是封闭的。这样对环境的影响就比较小。戽斗式挖泥机在垂直运输泥土时，以及当泥土卸进驳船中供水平运走时产生的溢出都会对环境造成污染。与戽斗式挖泥机一样，带抓斗的起重机对环境也有同样不利的影响。

接头设计和处理技术是沉管隧道的关键技术之一，接头的设计应能承受温度变化、地震力以及其它作用并保证隧道接头具有良好的水密性。接头可分为两种形式：一种接头具有与其连接管段相似的断面刚度和强度——刚性接头；另一种接头则允许在三个主轴方向上有相对位移——柔性接头。接头的位置、间距和形式应按照土壤条件、基础形式、抗震以及可加工性来决定。同时，还应考虑接头的强度、变形特性、防水、材料以及细部构造。沉管隧道设计总体几何设计；结构设计；通风设计；照明设计；内装设计；给排水设计；供电设计；运行管理设施设计；圆形沉管、矩形沉管沉管结构设计钢壳沉管；外壁或内外壁均为钢壳，中间为钢筋混凝土或混凝土，钢壳和混凝土共同受力结构。钢筋混凝土沉管。主要有钢筋混凝土组成，外涂防水涂料。材料截面形状空间利用率造价抗腐蚀性耐久性钢壳沉管钢壳、钢混、混凝土圆形较低高较差较差钢混沉管钢筋混凝土矩形大较低较好较好钢壳与烦混凝土筒沉管对音比沉管结糖构所受蚂的荷载结构自省重、水无压力、乓土压力党、浮力惭、施工秤荷载、孔波浪和凡水流压辈力、沉勒降摩擦苗力、车请辆活荷挑载、沉课船荷载稍，地基搏反力、义温度应意力、不去均匀沉菌降所产细生的附元加应力括、地震吐等作用惠。作用准在沉绣管上烟的水申压力要是主避要荷怠载匪。序号荷载类型横向竖向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浮力和地基反力√√5施工荷载√√6温差应力√√7不均匀沉降产生的应力√8沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载√√9地震荷载√√沉管荷休载水压力分别计钟算正常勿的高、围低潮水谁位的水睬压力；台风笨或百缓年一串遇的乌特大祝洪水填位水鲜压力婶。浮力等于沉议管排水牛量。施工均荷载端封顽墙；定位塔认；压载燥。沉船俱荷载50—乞130音KN/致m2地基有反力次分布它假设反力泛按直深线分帆布；反力强贫度与各蔑点地基永沉降量潮成正比蚁；地基为茧半无限架弹性体译，按弹建性理论牧计算反检力。浮力设输计1）干舷管段在坑浮运时乒，为了缴保持稳象定，必众须使管践顶面露愤出水面凤，其露出梁高度称优为干舷踪蝶。具有斤一定薯干舷钩的管贵段，面与风崖浪后勇产生旁反向篮力矩冈，保费持平颂衡。干舷副的高狭度应稳适中朵，过根小则酷稳定察性差犹，过炉大时碧沉设框困难阴。浮力认设计时，按毕照最大朴混凝峰土容拼重、悠最大撒混凝喉土体爹积和桌最小凤河水序的比躲重来计偷算干批舷。2）抗浮屠安全系将数在管留段沉脱设施竹工阶殿段，贫应采剑用1.0尸5～1.哭1的抗浮冶安全系剃数。管段立沉设挺完毕磨后，制务必鹅大于1.0目5，防止杀“复浮漫”。设计价时需升要按具照最小混辩凝土容匀重、最洲小混凝卧土体积盯和最大屯河水的妻比重来浴计算抗剪浮安全畏系数。3）沉宿管结思构的挥外廓熊尺寸沉管结离构的外趋廓尺寸沿，必须芬通过邻浮力维设计拴才能德确定;沉管结末构的外被廓高度臂，往往团超过车命道净空骄高度与羞顶底板唯厚度之绒和。沉管体结构胡设计横向年结构略设计管段斯横断骗面内役力一鸡般按罪照弹批性支列撑箱型形框股架结兵构计洒算；假定构件尺寸分析内力修正尺寸复算内力纵向绢结构独设计施工阶蜂段计算篮浮运卧、沉跪设施影工荷产载所前引起泊的内浆力。使用阶极段按照弹否性地基中梁理论梦进行计项算；沉管高基础密设计开槽前曾槽底上腰的压力管段抗沉设鸣、覆田土完暑毕后基础岁施工是方法:现有津三种窜不同毁的基貌础，哥欧洲托普遍寄使用蓬喷砂辅和注纱砂基核础（奋后铺寨法）咬，美生国普窜遍使馋用样配板刮窝平的彻砾石便基础腐（先卖铺法俘）。样板刮肥平的砾耐石基础一般蓄用于龄北美参的钢脖壳管风段隧戒道。似地槽姥浚瓦汇好后忆，接杰着便族在地刮槽底雹上铺浸一层忌粗砂惯或砾播石。芹砾石啦和砂跪的粒烈度级牲配必蔬须与仿水力皇条件引相适患应：翠即水颤流越网大级漂配越兵高。黎这层煤厚度发约0.7电mm。必妻须注寒意砾未石基殖础的臣刮平脑度。毫要求每的平毕顺精恼度为±3滥cm，这吸取决违于当续地条幻玉件、杯砂或萝砾石库的级事配以锐及使纸用的缝设备顶。刮耗平是沙用一顾块样有板来都进行唉的，贡样板坝从滑驱架上挖的绞姑盘车混上悬兔挂下川来，破滑架严沿支屑承在绍两个搞浮筒闻上的吐轨道喘滚动滑。这权套设宝备锚挣定在毕要刮仍平处宵的水勿面上勾，样请板的菌的悬再挂高适度可截以调劲节以然补偿欲潮汐暑水位炒的变充化。同为了雪尽可葵能排卫除来剧自水坡面的包影响丹，可课以采的用按胡半潜股水的亦原则绪制成巷的特殃殊设第备。臣这种耍方法负允许姥样板伸直接夜连到绳锚墩为上。喷砂基址础建造砂钟基础的雅第一个键系统用攀的是C&N法（Ch志ri伸sTI墓Ani&N鬼iel测son法），芬即使用都在隧道吨管段上膊方滚动宴的钢门康架，与祥门架相昏连的为犬三根毗隔邻的管役子，这挽三根管凤子被引患入到隧雹道管段泪底部与始地槽之毛间的空射间。最元大的管党子在中姓间，通厉过这根牧管子，过砂水混您合物被欲泵送到扛隧道管问段下面添。位于茂大管子蛋两侧的陡两根管色子又将留水吸回符去，从定而形成露一种流足动作用狱，使砂帜在隧道滚管段下阳面以一富种良好缺限定和乒良好控草制的型艇样沉淀鞭下来。猜门架位位于隧道宁管段上功面并可桥使管子毁绕一垂践直轴转俊动，这跟样就可喝以做到漏隧道管个段下面退的整个戒空间都灶可以达迹到。隧食道管段支下面需照有约1m的空衬间以和便移桨动管剂子。饱砂必漫须是民干净互的，沈砂的右平均藏粒径鬼约为0.旦5m子m。砂水故混合物双的浓度远和排除盟口速度牧与喷出博形成的唯砂饼的烫直径有兔直接关线系，必爪须很好丘地控制昏。注砂臣基础为了著避免勾使用索门架稿（因届门架另可能蚂妨碍讽航运维交通访），自以及帐为了壳在更伏深的甜隧道均下面而铺设缸基础闯，开改发出圣砂流利注砂或法。期这种蹄方法央像喷搏砂法行一样剂把砂任水混庭合物沙泵送裙到管罗段下疤面的丈空间谨里。绞只不蚂过不仿是使佛用可朝移动使的系终统，膛而是殖在隧肠道管演段底俊板上今开许乓多孔告口，练这些毯孔口冲与放春在管铜段里剩面相蹈连。或当管杜道从武岸上最经过恩隧道娱通到跟这些泊孔口墓处进症行充唱填砂纽奉基时盐，不勺会影乡丰响航牛运。林砂水键混合辟物通毯过在州隧道等管段摘内的容孔口些泵出下，去彻填充携隧道中管段池下面另的空究间直甩到砂捡堆接此触到疑隧道鞋管段藏的底趋部为屠止。禾这样采就在泥隧道际管段悲下面减形成校一个园扩大泥的砂裁饼。窝直到眉砂饼铸内部干的水喘压超送过了拔预先涛指定垫的最眠大值沸，然元后才侧打开陵下一院个孔诞口，均同时瓣将前零一个付孔口失关闭软。这圣种方岂法速得度快喂，能炎在24小时内及填满一解个隧道攻管段下刘面的整蓄个空间责，这样现就能避耳免管段边放置后键产生淤悉积的危顺险。样板刮下平的砾辨石基础一般用原于北美牲的钢壳扶管段隧凭道。地拔槽浚瓦博好后，碎接着便服在地槽饼底上铺所一层粗肾砂或砾爪石。砾江石和砂税的粒度淋级配必呈须与水舌力条件委相适应拿：即水愁流越大师级配越止高。这扩层厚度桂约0.7渐mm。必须脱注意砾舌石基础绒的刮平广度。要笛求的平谣顺精度俊为±3c继m，这务取决最于当绒地条数件、崭砂或歼砾石塘的级肥配以随及使集用的注设备贵。刮键平是冠用一荡块样著板来抬进行形的，跨样板律从滑流架上邻的绞曾盘车显上悬己挂下谣来，驼滑架劝沿支驼承在供两个纹浮筒避上的起轨道浙滚动渔。这啦套设刷备锚树定在飘要刮划平处戚的水娇面上斧，样用板的绿的悬扔挂高疲度可烟以调芹节以模补偿匹潮汐席水位爽的变熔化。泥为了普尽可僵能排叹除来锡自水感面的黑影响量，可霉以采朋用按胜半潜降水的群原则极制成遇的特混殊设谷备。碌这种告方法族允许赔样板主直接简连到族锚墩略上。喷砂千基础建造砂墙基础的峡第一个薯系统用料的是C&N法（Chr槽isTIAni&犹Ni盼el民so难n法）胜，即精使用鞭在隧什道管马段上屿方滚冰动的愚钢门航架，婆与门搏架相闯连的晴为三逼根毗厅邻的粱管子罩，这放三根们管子唤被引陈入到瓣隧道涛管段锐底部趁与地幼槽之帐间的叹空间仪。最蚊大的后管子恢在中宿间，拌通过罢这根详管子功，砂瞒水混够合物灭被泵灵送到逗隧道拳管段盘下面私。位重于大什管子柱两侧荣的两花根管骗子又不将水要吸回蒜去，情从而怨形成沃一种闯流动犹作用溪，使粮砂在仪隧道椅管段艺下面档以一抹种良参好限竖定和并良好贼控制渡的型舞样沉冤淀下子来。妖门架移位于叔隧道算管段娃上面岛并可帅使管赏子绕留一垂榆直轴悼转动划，这且样就新可以挽做到瓜隧道页管段矮下面掉的整馋个空刘间都远可以赔达到倦。隧此道管演段下正面需赶有约1m的空盖间以扬便移能动管窝子。永砂必鸟须是忆干净骂的，写砂的皮平均骨粒径吧约为0.鹅5m析m。砂水散混合物拐的浓度城和排除得口速度存与喷出棋