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1、沉管隧道施工 沉管隧道施工沉管隧道施工 沉埋法施工示意图 沉埋法施工示意图 浮船 压顶石 基础 管段 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 沉管法修筑隧道，就是在水底预先挖好沟槽，把在 陆地上特殊场地预制的适当长度的管段，浮运到沉 放现场，顺序地沉放到沟槽中并进行连接，然后回 填覆盖成的隧道。 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 一沉管隧道的特点 沉管隧道与其他横断水路的隧道相比，主要有如下特点： 1.能够设置在只要不妨碍通航的深度下，隧道全长可以缩短； 2.管段是预制的，质量好，水密性高； 3.固有浮力作用在隧道上，视比重小，要求地层承载力不大； 4.断面形状无特殊限制，可按用途选择，适应
2、较宽断面形式； 5.沉管的沉放，可在13日内完成，对航运的限制较小； 6.不需要压缩空气作业，在相当水深的条件下，能安全施工； 7.采用预制方式施工，效率高，工期短。 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 二、沉管隧道的分类 按施工方式分类: 钢壳方式: 不需修建特殊的船坞，用浮在水上的钢壳箱 体作为模板制造管段. 干船坞方式: 在干船坞内制造箱体，而后浮运、沉放的 方式. 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 钢壳方式与干船坞方式的比较 项 目钢壳方式干船坞方式 用 途双车道公路，单线铁道，下水管等 管段宽宽在10m以内的 多车道宽度大的公路(铁道，人行道 并置的情况也包括在内) 断 面 形
3、 状圆形，外廓为变态八角形的矩形 材 料钢壳及钢筋混凝土钢筋混凝土 管段制造地点船台等临时干船坞 防 水 方 法钢壳防水层钢板(68mm)，沥青，橡胶 等 基 础 处 理一般整平机敷设砂砾要设临时承台，填充砂或砂浆 水 中 接 合水中混凝土或橡胶密封垫水压连接橡胶密封垫水压连接 浮 运 沉 放干舷高度3050cm，拖航；水上向 管段投入砂和混凝土，沉放 干舷高度10cm左右，拖航；用管段内 的水平衡方法沉放 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 三、按断面形状分类 断面形式有圆形、矩形、其它形状等。一般说，圆形 多为钢壳方式，矩形多为干船坞方式。 按材料分类 有铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土、
4、预应力混凝土等 。 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 圆形断面沉管隧道 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 矩形断面沉管隧道 沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 四、沉管隧道的环境问题 对水道的影响：所有的沉管隧道要穿过水道，特别是河口或狭窄 的海峡。这种水道通常有复杂的自然特点，如水流、潮汐、海 洋生物分布、平面形状、沉积物的迁移，冲刷和沉积的特点。 对地下水状况的影响：两个目的引道开挖和建造隧道管段的 干坞，沉管隧道施工一般包括大规模地降低地下水。 对开挖材料的处理：施工总是大量的挖泥作业，一般需要大型的 干燥坑道作引道结构。在工程中一直重复使用挖泥和开挖材料 时，需要处理大量材料
5、。 沉管隧道的修建应考虑到土地利用和水上通航的问题，尽量少占 用土地和在施工过程中最小的妨碍水上交通。 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 在规划沉管隧道时，首先要充分调查建设现场的地 理、物理、以及人为等各种条件，并与桥梁及其他水 底隧道方案进行比较；在充分调查的基础上，进行利 用规划、选址、交通量和交通组成规划、线形和横断 面选择、沉管的结构和长度、设备布置等规划。 一、 横断水路方案比选 1. 沉管隧道与桥梁方案比选 在横断水路的方式中，如既可采用桥梁，又可采用隧道 时，应从工费、施工、结构上的得失、运营的利弊等 ，对两种方式进行比较。 沉管隧道施工 第二节第二
6、节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 沉管隧道与平面桥的比较 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 沉管隧道与高架桥的比较 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 2. 沉管隧道与其它隧道方案比选 水底隧道的施工方法有盾构法、沉箱法、明挖法等。 其中沉箱法、明挖法可在较浅的河道中采用。因此， 能够与沉管法进行实质性比较的只有盾构法。 盾构法的最大不同之点是，如何确保隧道上浮的稳定 性以及为保证掘进的安全，要有比沉管隧道更大的埋 深。所以，隧道长度要长些。 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 沉管隧道与盾构隧道埋深的比较 沉
7、管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 二、前期问题和调查工作 沉管隧道的规划时，应先大概研究平面、纵剖面、断面 形状、沉管区段长度、管段长度、通风塔位置、引道 、沉管隧道预制场、基础处理等问题。 首先，为获得经济的线形，要进行线路方案比选。根据 水深和覆盖层厚度，初步决定纵断面的大致情况。在 规划线路和纵断面线形时，要掌握包括隧道的总长和 引道长度的施工区段的全长。 其次，视隧道用途，研究隧道净空断面和布置，设定沉 管横断面的大概形状。对公路隧道、铁路隧道，除满 足建筑限界的要求外，还要配置管理通道、通风道、 照明、标志信号、排水设施等，选择构造上、空间利 用上、力学上都
8、有利的横断面形状。 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 研究了上述问题后，进行详细地质调查，其中包括： （1）基础的报告 包括：水路条件调查、周边土地利用、开发计划、制造码头等调查。 （2）测量调查 包括：水深测量、引道范围的路线测量等。 （3）水文及水质调查 包括：水的比重、流速、波浪、水温等。 （4）地质及土质调查 包括：基础承载力、地层构成、土质常数等。采用各种手段调查。 （5）地震调查 沉管隧道，地震调查异常重要。要进行该区域的地震调查及用于设计的各种动 态土质常数等的调查。 （6）其它调查 包括：用地调查、渔业补偿、水质污染、弃土等调查 沉管隧道施工 第二节
9、第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 三、 沉管隧道规划 1、线形规划 决定位置时，首先找出几个比较线路，根据用途，在容许的线形 条件下，设定隧道的平面、纵剖面，其中选择最经济、合理 、在构造上易于制造预制管段的方案。要注意以下几点： 平面形状，沉管区段不进入平面曲线之内是最好的， 管段的纵剖面，一般管段都制成直线，多为折线构成。在设 计时，要考虑接头位置、净空高度、最小埋深等来决定； 在平面和纵断面曲线重合地段，管段制造复杂，尽量避免这 种重合。 2、构造规划 构造规划应确定断面形状、管段的划分及基本构造等。 管段划分(管段长度)，要考虑上述的线形、沉设方法、沉放时对 航道的干扰等来决定
10、。对铁道、公路隧道来说，管段长通常 取100m左右。 沉管隧道施工 第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 3、管段制造 干船坞方式，根据使用的用地规模来决定配置管段数和使用次数。干船 坞构造，应视土质条件、使用次数而定，采用明挖法最经济。 钢壳方式，应虑工地和制造地点距离、拖航航道条件等决定制造码头。 4、基础 沉管视比重较小。一般基础承载力不会有问题，但要求均匀的反力传递 到地层，目前采用的工法有：在沟槽底面上铺设均匀底层的方式；临 时支承，向管段底和壕沟底空隙充填砂和砂浆基础的方式。 5、沉放 沉放方式有：固定脚手架方式，浮桥方式和沉放作业船方式。各有利弊 ，应考虑管段规模、现场
11、作业条件等选择。 6、进度 根据上述各点，最后研究整个工程的大概进度规划。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 沉管隧道技术综合了土木、建筑、机械、电气等各专业 领域。因此在设计时应从总体观点出发慎重的进行研 究，以便能满足其目的和功能。不要各专业单独考虑 ，而应以建成后的隧道状态为中心综合的设计。 沉管隧道的设计，因没有强制性的技术规范，这是沉管 隧道的修建在过去、将来都并不那么多的缘故。因此 ，在修建沉管隧道时要参考桥梁技术规范，但要根据 沉管隧道的特点来进行设计。 特点是：结构重量和浮力的平衡；具有水密性构造；施 工用的临时隔壁及水中接合构造等。因沉管隧道埋深 浅，应特
12、别注意抗震性的设计。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 一、设计内容与设计流程 沉管隧道的设计内容主要包括荷载组合、管段结构、 临时端隔墙、管段接头、防水设计、基础设计、抗震 设计、竖井和引道设计等。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 二、设计荷载及受力分析 考虑施工中和施工后可能作用的全部荷载组合。一般有下述荷载组合。 （1）自重 在沉管法中，在计算重量时，要特别注意各材料的单位容重和水的单位容 重。特别是在牵引拖运时，浮力和重量差只有1%左右。 （2）水压 通常采用HWL（平均满潮位）和HHWL(
13、历史最高潮位)，或采用由概率决 定的以后出现的异常潮位， （3）土压 主要由回填土产生。垂直土压除考虑上覆土重外，还要考虑淤泥的堆积厚 度等。水平土压按作用在刚性壁的土压考虑。土压系数取0.5。 （4）地震影响 这一部分参考有关专著。 （5）不均匀下沉的影响 一般都埋设在河底或海底的软弱层中，视比重也比既有地层的重量轻。基 础地层受到的先行荷载有所减少。一般不会出现对设计有影响的下沉。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 （6）温度变化的影响 沿隧道纵向，年间温度变化量对轴向应力、轴向应变、 可挠性接头会产生影响。要研究其伸缩量。 沿隧道横向，要检查隧道壁面的里外温差，管段中
14、壁的 温度变化等的影响。 年间温度的变化量，公路隧道的实测值在5度左右。是较 厚构件的地上温度变化量的1/2左右。 （7）施工荷载 施工荷载，因管段的制造方式而异。 （8）其它荷载 船舶沉没、投锚、走锚的影响；沉船荷载（丹麦沉管隧 道规定是100kPa力作用在250m2的面积上）；隧道火 灾的影响；爆发荷载(瓦斯管设置时)等。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 沉管隧道的荷载 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 2. 容许应力 沉管隧道的混凝土的容许应力，基本上可按钢筋混凝土 结构同样考虑。 3. 荷载组合 荷载的组合和容许应力的增幅，要按各种设计状态设定
15、 。一般情况的荷载组合和容许应力的增幅见下表。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 荷载组合与容许应力的增幅 荷载组合容许应力 增幅 备注 自重+水压(HHWL)+土压+不均匀下 沉+活荷载 0% 自重+水压(异常高潮位)+土压+不 均匀下沉+活荷载 +50%未来可能发生 高潮位 自重+水压(HHWL)+土压+不均匀下 沉+活荷载+地震影响 +50% 自重+水压(HHWL)+土压+不均匀下 沉+活荷载+温度变化 +15% 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 4. 浮力的影响 管段在施工中进行拖航和沉放后都要受到浮力，因此要 研究管段作为浮体的稳定性。要确保拖
16、航时的干舷高 度以及上浮的安全度。这是确定断面的主要因素。 干舷高度，从既有实例看是3050cm左右。这相当于视 重量为总浮力的1%左右，拖航时，作为浮体的稳定性 是没有问题的。因此，各国对拖航时的浮力都规定在 上述的1%的数值。 沉管隧道施工 第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 三、管段结构设计 （1）钢壳方式的管段设计 横断面设计 设计特征是钢壳同时要作为混凝土灌筑时的模板，钢壳要与混 凝土成为一体，作为永久构件存在。 钢壳存在腐蚀、残留应力和与混凝土为一体等问题，很难视其 承载是一个有效的构件。目前多按临时构件来设计。也曾试 行按钢和混凝土的组合构件来设计，目前正在研究和试验。 钢壳断面，一般决定于混凝土灌筑时的应力。随着混凝土的灌 筑，吃水
