GB-T 51318-2019 沉管法隧道设计标准

中华人民共和国国家标准联合发布中华人民共和国住房和城乡建设部联合发布施行日期：2019年12月1日32019年第134号51318-2019,自2019年12月1日起实施。2019年5月24日4规范制订、修订计划》的通知》(建标[2014]189号)的要求，节基槽、基础垫层和回填；12.护岸和衔接段；13.干坞；本标准主编单位：天津滨海新区建设投资集团有限公司本标准参编单位：上海市隧道工程轨道交通设计研究院5本标准主要起草人员：于立群贺维国张兴业邢永辉代敬辉陈代秉隋洪瑞范国刚郑余朝胡群芳曹校勇徐斌朱世柱陆明袁有为孟庆祥褚凯周华贵肖刚刚宋超业本标准主要审查人员：李永盛刘洪洲王明年赵喜斌6 2术语和符号 22.1术语 2 53基本规定 74工程调查与勘测 4.1一般规定 84.2工程调查 84.3工程勘测 9 5.1一般规定 5.2隧道位置选择 5.3几何设计 5.4控制性技术方案 7.2荷载组合 228.1一般规定 8.2浮力计算 8.3管节静力计算 8.4舾装件计算 24 9.1一般规定 79.2结构形式和构造要求 25 269.4预留预埋 2710管节浮运、沉放 10.3管节沉放 11管节基槽、基础垫层和回填 34 34 12护岸和衔接段 37 12.3衔接段 37 39 14结构防水 14.3接头、接缝防水 4415耐久性 46 49 16.2地震作用计算 49 8 9 2 2 5 8 84.2EngineeringInv 9 7ClassificationandCombinationofLoads 22 22 22 23 24 25 31 3110.2ElementFloatingT 33 34 37 37 37 39 39 40 43 43 43 44 46 49 49 49 50ExplanationofWordinginthisStandard ListofQuotedStandards Addition:ExplanationofProvisions 55122.1.1沉管法隧道immersedtunnel2.1.2管节element2.1.3浮运floatingtransportation2.1.4沉放immersion2.1.5对接connection2.1.6沉管段immersedelementsassembly2.1.7衔接段connectiontunnel2.1.9最终接头closurejoint2.1.10剪力键shearkey32.1.11管节接头elementjoint2.1.13OMEGA止水带OMEGAseal2.1.14系泊mooring2.1.15干舷freeboard2.1.16基槽trench2.1.17压舱混凝土ballastconcrete2.1.18拉合座pullingbearing设置在管节接头两端顶部，用于实现管节初始压接的拉合2.1.19端封墙bulkhead管节或衔接段端头用于GINA止水带和OMEGA止水带安2.1.21水密门watertightdoor2.1.22鼻托bearer42.1.23压载水箱ballasttank调整管节起浮、浮运、沉放过程中压载重量所采用的临时2.1.24舾装outfitting2.1.25人孔manhole2.1.26节段segment2.1.27节段接头segmentjoint2.1.28先铺法pre-beddingmethod2.1.29后填法postfillingmethod2.1.30灌砂法sandflowmethod通过管节侧墙、底板等结构预埋管压注砂(或砂与水泥熟料)充填管节底板与基槽底之间空隙形成基础垫层的方法。2.1.31压浆法groutingmethod2.1.32锁定回填lockingbackfill2.1.33护岸bankrevetment2.1.34坞墙dockwall52.2.1作用和作用效应H——管节外包高度；H₈——管节底部至坞底(驳船甲板面)的起浮安全距离；6h;——管节寄放安全距离；h₈——管节浮运安全距离；hy——移动干坞浮运管节最大吃水深度；V——管节排开水的体积。2.2.3计算系数及其他Yw——水体重度；ys——抗浮分项系数；m——参与组合的永久荷载的数量；n——参与组合的可变荷载的数量；Yo——结构重要性系数；YG——重力荷载分项系数；Yc,——第j个永久荷载的分项系数；γ,——第i个可变荷载的设计使用年限调整系数；Yq——第i个可变荷载的分项系数；ψ;——可变荷载Q的组合值系数；ψy——第i个可变荷载的准永久值系数；△ue——设防地震作用标准值产生的结构最大弹性层间位移；[0.]——弹性层间位移角限值；[0p]——弹塑性层间位移角限值。73.0.4沉管法隧道应根据不同的使用功能需求确定主要设计893初步设计阶段的测绘比例宜采用1:1000～1:2000,测4施工图设计阶段，测绘比例宜采用1:500～1:1000,5当采用异地干坞时，各阶段测绘范围应涵盖管节浮运1)地质条件复杂的隧道，勘探点总数不应少于5个，长隧道和特长隧道勘探点间距宜为100m～300m;小于1.5倍隧道高度，控制性勘探孔进入隧道底板以下不应小于2.5倍隧道高度；3)在微风化及中等风化岩石中，勘探孔进入隧道底板以下不应小于1倍隧道高度，遇岩溶、土洞、暗河时应1)勘探孔可采用梅花形布设方式，管节底部投影区域勘探孔间距宜为30m～50m;水下浚挖边坡范围内勘探孔间距宜为40m～60m;小于1.5倍隧道高度，控制性勘探孔进入隧道底板以下不应小于2.5倍隧道高度；3)在微风化及中等风化岩石中，勘探孔深度应进入隧道底板以下0.5倍隧道高度且不应小于5m,遇岩溶、土4当河(海)底存在淤泥时应实测淤泥层厚度及各分层浮5管节浮运区域需疏浚时，疏浚范围内应布设勘探孔，勘6水域段的水文勘察应包括水流速度、水位、水重度等5.1.2路线设计应符合总体规划要求，并应协调好与周边建5.2.1隧道位置应避开滑坡、泥石流、地震断裂带等危险5.3.3隧道纵断面线形应根据地形、地貌等工程建设条件纵断面等条件，并应结合地质、水文、河床形态等因素综合5.3.10交通功能隧道应在隧道洞口和最低点位置设置排水6.0.1工程材料的选用应根据结构类型、受力条件、使用要求6.0.2管节主体结构混凝土应采用防水混凝土，混凝土抗渗等级不应低于P8。6.0.3管节主体结构混凝土原材料和配合比、最低强度等级、6.0.4管节主体结构混凝土强度等级不应低于C35,预应力管6.0.5管节后浇带应采用微膨胀混凝土，其抗渗等级、抗压强6.0.6管节压舱混凝土设计强度等级不宜低于C25,防锚层混6.0.7管节钢端封墙、水密门、剪力键、钢端壳等部位钢材可6.0.8主体结构主筋宜采用HRB400、HRB500钢筋，箍筋宜6.0.9钢端壳内注浆宜采用无收缩水泥砂浆材料，强度等级不宜小于M25。6.0.10临时支撑垫块钢板、临时支撑钢管桩桩帽面板宜采用40CrMoMn材质，临时支撑钢管桩宜采用Q235B材质，垂直千斤顶推杆端部HRC(洛氏硬度)不宜小于50。6.0.11管节接头PC拉索应采用高强度低松弛钢绞线，极限强度标准值不应小于1860MPa。6.0.12GINA止水带与OMEGA止水带材料应按本标准第146.0.13GINA止水带、OMEGA止水Q235B材质，紧固件宜采用性能等级不低于5.6级的普通螺栓，7.1.1沉管法隧道结构上作用的荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，其分类应符合表7.1.1的规定。地层土压力静水压力隧道内部车辆荷载温差作用工后差异沉降作用系缆力水流作用、波浪力地震作用隧道内车辆爆炸荷载火灾作用侧向地层压力应按静止土压力计算，土体重度应按有效重度4隧道内人防荷载应根据隧道使用功能及人防部门要求安全等级为二级，其结构重要性系数不应小于7.2.3荷载基本组合的效应设计值Sd,应从下列荷载组合值中式中：rc,——第j个永久荷载的分项系Yq、Ye——起主导作用的可变荷载及第i个可变荷载的分项系数，应按本标准第7.2.4条采用；Sqk——按第i个可变荷载标准值Qk计算的荷载效应值，其中Sq₁k为起主导作用的可变荷载的荷载效应值；ψ——可变荷载Q的组合值系数，应按本标准第7.2.10m、n——分别为参与组合的永久荷载数及可变荷载数。注：1基本组合中的效应组合设计值仅适用于荷载与荷载效应为线1)当永久荷载对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2,对由永久荷载效应控制的组合应取1.35;2)当永久荷载对结构有利时，不应大于1.0。2可变荷载的分项系数应取1.4。7.2.5荷载偶然组合的效应设计值S。可按下列规定采用：1用于承载力极限状态计算的效应设计值，应按下式进行——第1个可变荷载的频遇值系数；2用于偶然事件发生后受损结构整体稳固性验算的效应设7.2.6对于正常使用极限状态，应根据不同设计要求，分别采用荷载效应标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按下式进行7.2.7荷载标准组合的效应设计值Sa应按下式计算：7.2.8荷载频遇组合的效应设计值Sa应按下式计算：7.2.9荷载准永久组合的效应设计值Sa应按下式计算：组合值系数ψ频遇值系数ψ准永久值系数山隧道内车辆荷载温差作用08.1.1沉管法隧道结构应进行管节预制、系泊、浮运、沉放等8.1.2管节结构应就其在施工期和运营期不同工况下可能出现8.2.1干舷高度应根据管节尺寸、混凝土重度、结构含钢量、后的干舷高度宜控制在100mm～200mm。8.2.2管节在漂浮状态的定倾高度不宜小于300mm。如管节在G₈——管节自重标准值(kN);V——管节排开水的体积(m³);1)沉放、对接阶段1.01～1.02;2)对接完成后1.05;3)压舱混凝土、回填覆盖完成后1.10～1.20。1管节横向计算应根据水深情况、覆土情况等分段进行2管节横向分析宜采用平面应变模型进行计算(图1施工期管节纵向结构分析应根据管节结构形式、施工工2运营期管节纵向结构分析宜采用弹性地基梁模型进行3应对纵向不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩徐变作用8.4.2端封墙应根据施工期最不利工况条件下的梁板结构进行8.4.4测量塔宜按空间体系进行结构整体分析，按浮运8.4.5拉合座拉合力应根据选定GINA止水带的压缩曲线，按GINA止水带鼻尖压缩量达到初步止水时对应的压缩力进行8.4.6吊点最大起吊力应按管节沉放过程中最不利工况下3个8.4.7鼻托应根据管节沉放、对接过程中最不利工况下的受力内孔净宽内孔净高板厚(mm)管节宽度管节高度管节长度—10~9.2.7管节内压载水舱位置宜选用轻便可拆装的结构，根据管9.2.8压载水舱有效容积计算应根据管节沉放坡度、预制误差9.3.2管节接头宜采用柔性接头，外侧设置GINA止水带，内9.3.4节段接头宜采用中埋式可注浆止水带为主的柔性接头，9.3.6水下最终接头长度应根据水下作业空间需求、管节施工于2.0m。9.3.7纵向限位装置可采用PC拉索或OMEGA钢板。9.3.8剪力键结构耐久性要求不得低于管节主体结构使用年限9.4.6每节管节宜设置1处～2处人孔，人孔宜与测量塔联合于0.6m,净高不宜小于1.8m。2预埋件倾斜度不应大于0.5%,中心位置允许偏差应为9.4.16当管节底部设置防水底钢板时，底钢板应符合下列应超过侧墙混凝土施工缝上部1倍侧墙厚度；1灌砂管应预埋于管节侧墙或中隔墙内，出砂口平面布置2灌砂管径应根据砂粒特性、布置间距、管底水压等因素确定，其壁厚不应小于3.5mm;2注浆管径应根据浆液特性、布置间距、管底水压等因素确定，其壁厚不宜小于3.5mm;1)拉合座应包括连接钢板、连接锚栓及抗剪型钢，连接钢板厚度不应小于0.6倍锚栓直径；2)抗剪型钢规格根据计算确定，锚入结构内长度不应小于2倍截面高度，并与连接钢板可靠焊接，焊缝等级3)连接锚栓外露丝扣长度不应大于3倍锚栓直径。1)预埋件应包括连接钢板及连接锚栓，连接钢板厚度不应小于0.6倍锚栓直径；2)连接锚栓外露丝扣长度不宜大于3倍锚栓直径，并应1)竖向剪切预埋件包括连接钢板、型钢抗剪键及连接螺2)型钢抗剪键、连接螺栓套筒与连接钢板间可靠焊接，4压载水舱预埋件包括连接钢板、连接钢筋，连接钢板厚度不应小于6mm。5测量塔及人孔预埋件包括连接钢板、连接钢筋，连接钢板厚度不应小于10mm。边孔距离锚板边缘的净距应符合表9.4.20的规定。12do及18t之较小值10.1.1管节浮运、沉放设计应根据项目的建设条件、自然条10.2.4浮运之前，应对管节本体、端封墙、水密门进行检漏1管节干舷应大于100mm;2能见度应大于1000m;3水流流速应小于1.0m/s;4管节浮运速度应小于1.0m/5浪高应小于0.6m;6风速应小于10m/s。2管节浮运航道宽度应根据管节水动力性能、浮运方案、3采用移动干坞时，浮运航道设计中最低通航水深H₁宜4管节在内河和湖泊中浮运时，与航道底部的安不宜小于0.5m。宜小于1.0m。6浮运航道为临时工程时，应结合管节的尺寸和浮运方案10.2.8浮运过程中，管节安装有GINA止水带的一端宜设置10.2.11潮汐水域中的管节寄放可采用坐2水力压接之后水密门开启前，抗浮安全系数不应小于1.02;11.2.2基槽横断面底部与管节侧墙单侧宽不宜小于2.0m,曲算安全系数不应小于1.3,在缺乏基础资料时可按现行行业标准挖方式和浚挖设备应根据隧址的工程地质、水文条件、航道条件、开挖深度、生态环境和周边控制性建(构)筑物等因素综合淤沉积物重度大于11.0kN/m³,且厚度大于0.3m时应清淤。11.3.3管节基础垫层厚度不宜小于0.6m,且不宜大于1.5m。临时支撑垫块桩高差应为+500mm,最终允许偏差应为+300mm。12.2.1护岸结构形式应根据工程地质、水文条件、周边建(构)筑物、堤防等级、岸壁结构承载力及稳定性要求等因素综12.2.3护岸结构的防洪、防渗及变形标不宜小于2.5m。浪爬高、壅水高度等要求确定外，尚应留出0.5m～1.0m的安5年。H₈——管节底部至坞底的起浮安全距离(m),不小于0.5m。13.2.6干坞应设置入坞便道，便道宽度不宜小于5m,坡度不宜大于10%。求确定，且不宜小于3m。小于2.5m。案确定，分区应包括钢筋加工区、管节预制区、浅坞区、深坞式中：H₀——管节出坞设计水位标高(m);H——管节外包高度(m);H.——管节底部至坞底的起浮安全距离(m),不小于0.5m。5对管节预制、拖航、下潜等工况应进行驳船的稳定性H——管节外包高度(m);小于0.5m;内外水压、施工条件等进行防水设计，防水设计应包括下列14.3.1管节接头应采用GINA止水带与OMEGA止水带构成符合现行国家标准《高分子防水材料第2部分：止水带》GB应符合现行国家标准《高分子防水材料第2部分：止水带》14.3.4GINA止水带和OMEGA止水带的安装应符合下列应符合本标准第14.3.5条第1款～第3款的规定；应符合本标准第14.3.5条第1款～第3款的规定；如为变形缝2结构迎水(土)面钢筋保护层厚度不应小于50mm;3胶凝材料最小用量和最大用量应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476的相关规定，并应满足4混凝土材料的28d龄期氯离子扩散系数不应大于4.0×10-¹²m²/s(RCM法),氯离子扩散系数的测定方法应符合现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的相关规定，电通量不应大于2015.0.7对于氯化物环境中的沉管法隧道钢筋混凝土结构及构件1混凝土强度等级不应低于C45,混凝土材料的最大水胶比不应超过0.4;2结构迎水(土)面钢筋保护层厚度不应小于55mm;3胶凝材料最小用量和最大用量应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476的规定，并应满足选定4混凝土材料的28d龄期氯离子扩散系数不应大于3.5×10-¹²m²/s(RCM法),电通量不应大于1700C。15.0.8钢筋混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值应符合表15.0.8的规定。最大裂缝宽度(mm)A三BCD3迎水(土)面的最大裂缝宽度不应大于0.2mm。于3.0kg/m³,混凝土中的氯离子含量不应大于胶凝材料总量15.0.10氯化物环境作用等级为E、F的构件GINA止水带和OMEGA止水带的压板及紧固件等，应采取涂15.0.14GINA止水带和OMEGA止水带度的65%;钢柱梁受弯墙1隧道结构在设防地震作用下的最大的弹性层间位移应符式中：△ue——设防地震作用标准值产生的结构最大弹性层移，计算时可不扣除结构整体弯曲变形，钢筋混[0.]——弹性层间位移角限值，对钢筋混凝土矩形管节结构，弹性层间位移角限值可取1/550;2隧道结构在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移应符合下[0]——弹塑性层间位移角限值，对钢筋混凝土矩形管节16.3.5地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按下式地震作用仅计算水平地震作用仅计算竖向地震作用同时计算水平与竖向地震作用(水平地震为主)同时计算水平与竖向地震作用(竖向地震为主)内部活荷载4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用2条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符11《高分子防水材料第2部分：止水带》GB18173.2中华人民共和国国家标准《沉管法隧道设计标准》GB/T51318建设部2019年5月24日以第134号公告批准、发布。本标准制订过程中，编制组进行了深入、广泛本标准时能正确理解和执行条文规定，《沉管法隧道设计标准》 60 614.3工程勘测 61 625.2隧道位置选择 625.3几何设计 62 63 64 657.1荷载分类和荷载代表值 657.2荷载组合 67 698.1一般规定 698.2浮力计算 698.3管节静力计算 718.4舾装件计算 71 729.1一般规定 729.2结构形式和构造要求 9.4预留预埋 75 7710.1一般规定 7710.2管节浮运 7811管节基槽、基础垫层和回填 79 11.2基槽 12护岸和衔接段 12.2护岸 12.3衔接段 13.1一般规定 14结构防水 15耐久性 90 93 941.0.2从结构体系上分，沉管法隧道有钢筋混凝土隧道和钢壳国内已建(在建)的10多座沉管法隧道中，用途较广，既部分进行规定，工程两端的岸上段结构以及道路、建筑、机电、道较宽或位于海域时，管节浮运区域的测绘宽度不宜小再压缩对沉降控制计算的要求；三是管节基底承载力计算的5.2.1危险地段除指可能发生滑坡、泥石流及地震活动的地段外，还包括可能发生崩塌、地陷、地裂及地表错位等危险的5.2.3全世界已建(在建)近200座沉管法隧道中，仅极个别项目水深超过50m,国内项目最大水深都在50m以内。因此综5.3.1平面线形为直线时，沉管管节制作、对接施工便利，若平曲线半径一般不小于800m。5.3.3沉管法隧道纵断面设计一般需要同时兼顾减少基槽开挖5.3.5为了减少河床冲刷对隧道的不利影响，确保隧道安全，5.3.9与一般隧道相比，沉管法隧道增加了浮运、沉放等重要运营期，通过隧道内有限的配重处理后能够保证隧道的抗浮7.1.3隧道结构自重应包括结构墙(板)自重、隧道内压舱混中因素，人群荷载可按4kN/m²~6kN/70000t级，沉船荷载按130kN/m²取值；港珠澳沉管法隧道根作用范围可按如下考虑：万吨级船的作用范围为1m×1m,10外做法按30kN/m²~50kN/m²取值。7.1.6本标准参照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB7.2.5偶然荷载(如地震、爆炸、人防、沉船及锚击)出现概指标作为控制值，如受弯截面开裂过大影响结构耐久性或渗漏，8.1.1沉管隧道施工工况复杂，每种工况都需要进行分析，以8.2.1干舷是表征管节漂浮状态的一个重要指标，干舷高度过后的干舷高度控制在100mm～200mm时相对经济、安全。为了8.2.2为了保证管节在漂浮状态的稳定性，需验算管节的定倾管节倾斜一个微小角度时浮力矢量与管节竖向中性轴平面的交J——管节沿水位线包围的平面绕纵向O轴的惯性矩ZJw——管节各部分压舱水的液面分别绕各自纵向O轴的V——管节排水体积(m³);GF——管节浮心与管节重心之间的距离(m),管节重心8.2.3在管节基槽开挖、浮运、沉放等施工过程中，水体重度往往会有一定的变化，在进行管节抗浮验算时，应及时监测水体重度，掌握施工期水体重度变化情况，如隧道所处水域回淤严1.10,在管顶回填覆盖完成后，管节抗浮分项系数不宜小8.3.1管节分段应根据管顶覆盖层最厚(薄)、水压力最大业标准《港口工程荷载规范》JTS144-1确定的系缆力进行9.1.4普通隧道工程，结构尺寸拟定时主要考虑满足结构受力道浮运和沉放的施工工况需求，避免浮运时9.1.5不同的浮运、沉放方案，有不同的舾装设施要求，沉管9.2.1目前国内已建沉管隧道除港珠澳大桥海底隧道采用节段9.2.2根据国内外经验，整体式管节长度在100m左右时经济表1为国内外部分沉管法隧道统计。国家地区12日本东京3英国4中国5中国6中国广东佛山7电缆89韩国釜山中国广东9.2.5管节结构制作精度的规定主要是为了确保管节干舷高度9.2.6整体式管节水下最终接头处设置短管节可改善结构纵向9.3.2管节采用柔性接头有利于提高隧道的变形适应能力、改和限制位移量宜根据温度应力和地震工况产生的纵向力确定。置防水措施和限制接头变位的构造措施。节段接头最外侧应设置节段接头典型剖面如图3所示。9.3.7PC拉索传递作用于管节间的拉力，不传递管节间的压减缓(表2),一般10年后其腐蚀基本稳定不再发展。年均腐蚀厚度(mm/年)1年～2年按表2,对海水环境，底钢板100年的总腐蚀量大约2mm~4mm,再考虑适当的腐蚀余量，因此要求底钢板厚度一般不小9.4.171根据国内多座隧道经验，在缺乏相关资料时，设计阶段灌砂扩散半径一般可取6m～8m。条件复杂时，应通过物理10管节浮运、沉放10.1.1管节浮运方式主要有绞拖、拖轮拖带以及驳船浮运等，放船法等，其中双驳船骑吊法和专用沉放船法沉放时稳定性较10.2.3管节浮运阻力分为拖航阻力和侧向阻力有类似的性质。无经验时，初步设计阶段管节拖航阻力F式中：Cw——阻力系数，取值按现行行业标准《港口工程荷载A——管节迎水面积(m²)。1检漏作业应于浮运前在干坞内进行，检漏过程中管节不10.2.10管节寄放安全距离h;在内河(湖泊)中不宜小于范》GB50007相关理论进行设计，垫层部分可按本标准进行铺法和后填法，表3列出了我国大陆部分已建的沉管法隧道所采隧道名称2000mm块石+1300mm碎石11.1.4、11.1.5管节总沉降量的计算应与施工工序紧密结合，地基计算时要能反映土体应力历史与回弹再土质类别土质类别中等及软黏土计算超深(m)舱容≤2000m³舱容>2000m³斗容<0.5m³斗容≥0.5m³斗容<2.0m3斗容2.0m³~4.0m³斗容4.0m³~8.0m³斗容>8.0m³斗容<4.0m³斗容≥4.0m³构和邻近建(构)筑物的安全及水环境的影响，并在施工期间加最小厚度尚宜符合表6的规定。最小厚度(m)注浆基础垫层(碎石垫层十砂浆混合垫层)时还将对管节产生一种浮托力，严重时导致结构发生损坏。因