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1、,9-1 沉管结构,跨越江河有三种方法 轮渡、桥梁、隧道。 轮渡基建费用低，运营费用也较低，但通行量不大； 桥梁单位长度造价低（同隧道比），但有海轮通过时，要造得高，而坡度又不能过大，故引桥要长，从而总造价高。此时用隧道则较经济。（见图）,明挖，需建造围堰（如南京玄武湖隧道），技术较简单，但围堰工程量较大，有时还需导流渠道（如三峡工程） 盾构法（如英吉利海峡隧道） 沉管法（上海穿越黄浦江的隧道）,水底隧道施工方法概述：,沉管施工方法：,施工中的 黄浦江沉管隧道,1、在临时干坞预制管段，一般100米左右（目前最长268米）。两端用临时封墙封闭（钢板，易拆除） 2、向干坞灌水使管段浮起，（下铺碎石
2、，否则水不能进入，则难浮起），用拖轮拖到指定位置。 3、在设计隧道位置，事先在水下挖好沟槽 4、待管段就位，向其内灌水，使下沉到位。 5、将沉没到位的管段在水下连接，再回填覆土即基本完成施工。 一般一天沉一节，间隔准备时间一个月。,沉管施工方法：,应用历史： 19世纪末便有应用，20世纪初向大型管段发展，但因几个关键技术问题未能较好解决，如管段的水下连接技术，故应用不多。 自20世纪50年代以来，沉管技术有飞跃性突破，得到越来越多的应用。,沉设过程控制：(不能无控制下沉） 沉设时设计水箱灌水量，以便控制。 分初步下沉、靠拢下沉与着地下沉。 方法有：分吊法用浮筒吊住沉放，扛吊下沉（方驳扛吊）。
3、管段上设定位索，可在岸上拉动控制来定位，河中设地锚使锚索折转。 拖航前要在坞中沉没24小时以上检漏。,特点: 1、质量高：预制管段本身的结构及防水质量易保证；接缝少（同盾构比），再用水力压接法可滴水不漏。 2、单价和总造价低：水下挖土较在暗挖花费小；整段预制、拖航较预制、运输、拼装管片花费小；覆土薄，埋深小，使长度小，故总造价低。 3、现场工期短 4、操作条件好，基本无地下作业，水下作业也较少，气压下作业则完全没有。,5、对土层的适用性强，在流砂层中施工也无困难（如围堰，开挖则难） 6、水深无特殊限制，如以潜水最大深度为限，则可达70米 7、断面形状、大小无特别限制，可有4-8个车道,四、设计
4、 包括总体几何设计，结构设计，内装修设计，通风、照明、给排水、供电等设计，运行管理设施设计等。 总体设计很重要，如尽力减小覆盖率、峒口移到水边，虽增加引道挡墙高度，但减小隧道长度，有时由此可省去通风设备，使总造价大大降低。 这里主要讲结构设计，包括以下几个方面。,沉管结构设计,1、拖航时的浮力设计 要保证干舷高度，有一定的干舷高度，倾斜时产生抗倾力矩，才稳定。 一般干舷高度为10-15cm，对圆形、八角形则40-50cm。过大则沉设时灌水量大。,特殊情况下，结构厚度大，浮力不足，则需浮筒或在顶部设钢围堰。,沉管结构设计,2、抗浮计算 施工阶段： K=1.05-1.1，要针对覆土前的情况来计算，
5、即土未覆，索具、定位塔等已拿走。 使用阶段：K=1.2-1.5，此时考虑侧摩阻力，用最大水容重、最小混凝土容重计算。如压载混凝土密实度差，一般按2.25t/m3计算。,计算时要考虑到混凝土的容重误差、河水容重可能的变化等。,沉管结构设计,3、结构设计 荷载：土、水压力，水压要考虑一定重现期的洪水位；上覆土压力也在变化，因河床淤积或冲刷等。侧土压力开始小，以后逐渐增大到静止土压力。 浮力一般等于排水量，但对粘性土，由于“滞后现象”可大于排水量。 施工阶段的弯矩验算：由端封闭墙、定位塔等引起。,沉管结构设计,波浪力影响不大，一般不会改变配筋。 沉船荷载：大小与船型、装载、沉没方式、覆土厚度、河底情
6、况等有关。一般取5-13t/m。目前认为可不考虑，因几率很小。 反力分布有均布、文克尔、弹性理论等。 计算分析有横向分析及纵向分析，纵向分析一般主要考虑沉设阶段由端墙与定位塔（在管段两端竖立的钢架，上有定位标志）等引起的纵向弯曲。,沉管结构设计,最大裂缝宽度0.15-0.2mm，所以强度较高的III级以上钢筋不用。 预应力：一般不用，但荷载大时，用预应力较经济。而荷载在沉设后才作用，故加预应力又会使另一面开裂，解决方法之一是在内部用钢筋对拉，代替荷载作用，沉设后再将它取走。（图）,沉管结构设计,4、变形缝和管段接头 设浇注温度5-15度，使用时外侧温度10度，内侧0-25度，无变形缝时温度应力
7、可达4MPa，会严重开裂。又，一般先浇底板，再浇侧墙与顶板，后浇混凝土不能自由收缩，也会开裂；地震、不均匀沉降也会使管段开裂。所以每节管段内要设变形缝，一般间距15-20米。 变形缝应满足：有一定的线变形和角变形能力；变形前后均能防水；施工阶段能传递弯矩。,沉管结构设计,变形缝构造：间隙不小于2厘米，其间用防水材料填充。为抵抗施工阶段弯矩，内侧钢筋连通，沉设就位后再割断。还设一道止水袋。,钢筋,沉管结构设计,接头用水力压接法，加拿大人首创，管端装橡胶垫，其形状由荷兰人提出的为好（见图）,沉管结构设计,5、沉管防水 以往用钢壳防水，近年来用柔性防水（如氯丁橡胶卷材）。也有防水涂料，但延伸率不够。
8、 变形缝处设一道止水带，一般用橡胶止水带或钢边橡胶止水带。以往的金属止水带已不用，塑料止水带弹性差，也不用。,沉管结构设计,6、沉管的基础 荷载小，一般不用作基础。但开槽不平，要对地基持力层进行处理。（与水下管段对接是沉管施工的两项关键技术）。 地基持力层处理方法： 1）后铺法，底面较窄时用，包括刮铺砂、石； 2）先铺法，底面较宽时用（宽时难后铺），包括灌砂、喷砂、压浆、压混凝土、灌囊法等。压浆、砂、混凝土法较简单可靠。,沉管结构设计,在土层过软时，则要作基础。因荷载虽较原来减小，但不均匀。方法有： （1）换土，工程量不宜大； （2）砂桩预压，费时； （3）减轻自重，会有抗浮问题； （4）桩基
9、础，多用。,沉管结构设计,用桩基时，一般在其上浇一层混凝土，再铺砂石垫层，以保证状与管段接触。也有用砂浆囊袋、活动桩顶等方法（荷兰人提出）。,9-2 顶管结构,一、顶管施工方法,在工作坑中将预制混凝土箱涵顶入，多用于穿过铁路路基的隧道。,工作坑：对曲线铁路，工作坑要设在曲线外侧。 滑板：混凝土板，上有导向墩、润滑层，下要防滑，例设防滑梁。1的仰坡，因推出后前端一般要下沉。要防止滑板拉断。 有时用简易滑板，如平铺片石，再灌水泥浆；用钢轨，轨间填砂，再用水泥砂浆抹面；土硬时，用灰土垫层再铺粗砂亦可。 润滑层：由润滑剂及塑料薄膜组成,二、箱涵制作 与一般混凝土箱涵的区别只是在表面要喷石蜡，做顶板防水
10、层（因顶上会积水），前端装刃角（图8-6）。顶板防水层外可浇一层混凝土，以保护之。 断面高度大时，要设挖土平台，减小挖土坡面高度，挖土平台也设刃角,三、后背形式及其设计 后背在顶入时提供反力，不许有过大的变形及相对位移，又因是临时结构，设计时应力求节约。 类型有板桩式、重力式、拼装式等。,顶进力的计算： P=KN上f上 +（N上+N自）f下 + 2Ef侧 +RA f并不仅仅是摩擦系数，也包含倾斜时的分力等。,启动时的顶力较大，约为自重的0.8倍，随后减小，刃角切入后又增大。 千斤顶要顶在被动土压力的合力点。 板桩的计算：顶进时用弹性地基梁计算较好，全部用被动土压不合实际，使计算内力偏大。 顶进时要分级加力，每一级停10分钟，进行观察。,顶进方向及控制：用超挖法、斜顶、船头坡等方法。（图）,
