《沉管法隧道施工基本原理及施工工艺课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沉管法隧道施工基本原理及施工工艺课件（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沉管法隧道施工基本原理及施工工艺沉管法隧道施工基本原理及施工工艺1 10.1 10.1 基本原理基本原理基本原理基本原理沉管法：沉管法：在隧址附近修建的在隧址附近修建的临时干坞临时干坞内内(或船厂船台或船厂船台)预制预制管段管段，用，用临时隔墙临时隔墙封闭，然后封闭，然后浮运浮运到隧址规定位置，此到隧址规定位置，此时已于隧址处预先挖好时已于隧址处预先挖好水底基槽水底基槽。待管段定位后。待管段定位后灌水压灌水压载下沉载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接水下连接，经，经基础处理基础处理并最后并最后回填覆土回填覆土即成为水底隧道。即成为水底隧道。2在已修筑好的干
2、坞内在已修筑好的干坞内预制管段预制管段34一般由一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。等组成。沉埋段两端沉埋段两端通常设置通常设置竖井竖井作为起讫点，竖井起到通风、作为起讫点，竖井起到通风、供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件，供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件，也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。沉管隧道的组成沉管隧道的组成5整体结构整体结构： 水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、覆盖层等组成，整体坐落于河（海）水底。覆盖层等组
3、成，整体坐落于河（海）水底。 沉管隧道的横断面结构沉管隧道的横断面结构覆盖层覆盖层管段管段基础基础基槽基槽610.2 10.2 沉管隧道结构沉管隧道结构沉管隧道结构沉管隧道结构10.2.1 沉管隧道结构分类沉管隧道结构分类按断面形状：n圆形n矩形等按建筑材料： 钢壳混凝土 钢筋混凝土按管段的制作方式：n船台型n干圬型7n船台型1）造船厂船台上预制钢壳2）滑行下水，水上悬浮状态灌注混凝土3）横断面一般为圆形、八角形、花篮形，多为圆形优点：1）圆形，弯矩较小；水深大时，较经济2）管段底面积小，基础容易处理3）钢外壳既是外模，又是防水层，同时保护内侧混凝土缺点：1）断面空间不能充分利用；车道数少2）
4、隧道深度增加，基槽土方量增加3）耗钢量大，造价高，焊接质量无法保证，没完没了的堵漏4）钢壳防锈问题、防水问题。89n干圬型1）临时干圬中制作钢筋混凝土管段，外涂 防水涂料2）圬内灌水，管段上浮；拖运到隧址陈设3）断面多为矩形优点：1）管段在干船坞内制造，不需钢壳，节约钢材2）断面大小不受限制缺点：1）必须在合适地点修建干船坞2）需设置防水层，并加以保护，以保证防水性3）混凝土工艺要求高，特别是水密性要求4）底面积大，基础处理麻烦1010.2.2 沉管隧道结构设计要点沉管隧道结构设计要点设计内容主要有：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；运行管理设施设计等
5、。11（1）横断面的设计）横断面的设计用干船坞制作的钢筋混凝土管段，从施工的角度看，在用干船坞制作的钢筋混凝土管段，从施工的角度看，在应力方面是不会有问题的。决定横断面时，就是要应力方面是不会有问题的。决定横断面时，就是要注意注意对浮力的平衡对浮力的平衡。决定断面尺寸时，一般都按采用。决定断面尺寸时，一般都按采用平面框平面框架结构架结构进行应力计算。进行应力计算。n一般管段结构设计一般管段结构设计横断方向的钢壳断面，一般决定于横断方向的钢壳断面，一般决定于混凝土灌注时的应力混凝土灌注时的应力。随着混凝土的灌注，吃水深度增加，而水压增大。设计随着混凝土的灌注，吃水深度增加，而水压增大。设计断面也
6、随之变化。因此，应对断面也随之变化。因此，应对每一施工阶段的混凝土重每一施工阶段的混凝土重量和水压进行应力计算量和水压进行应力计算，而后按最危险状态，决定钢壳，而后按最危险状态，决定钢壳断面。断面。12（2）纵断面的设计）纵断面的设计施工阶段：主要计算浮运、沉设等阶段时主要由施工荷施工阶段：主要计算浮运、沉设等阶段时主要由施工荷载引起的弯矩，浮运管段越长，所受弯矩越大。载引起的弯矩，浮运管段越长，所受弯矩越大。使用阶段：弹性地基梁理论计算纵向内力使用阶段：弹性地基梁理论计算纵向内力钢壳作为整体梁分析，保证纵向发生变形而横截面方向钢壳作为整体梁分析，保证纵向发生变形而横截面方向无显著变形，可利用
7、横柱和支柱增强截面的刚度无显著变形，可利用横柱和支柱增强截面的刚度（3）预应力混凝土管段设计）预应力混凝土管段设计跨度较大时，并且土、水压力较大时，采用管段顶、底跨度较大时，并且土、水压力较大时，采用管段顶、底及隔墙预应力设计，改善管段结构的抗裂性能。及隔墙预应力设计，改善管段结构的抗裂性能。1310.3 10.3 沉管隧道施工工艺沉管隧道施工工艺沉管隧道施工工艺沉管隧道施工工艺10.3.1 沉管法施工前期调查工作沉管法施工前期调查工作水力调查：水力调查：流速、流向、密度差异、潮汐、水位变化、流速、流向、密度差异、潮汐、水位变化、 海浪和波浪影响、水质情况海浪和波浪影响、水质情况地质调查：地质
8、调查：地基承载力、水下障碍物、浚挖技术地基承载力、水下障碍物、浚挖技术气象调查：气象调查：风、温度、能见度等风、温度、能见度等地震调查：地震调查：断层位置、地震记录、土层性质或成层状态，特断层位置、地震记录、土层性质或成层状态，特别注意液化问题别注意液化问题1410.3.2 临时干船坞的构造与施工临时干船坞的构造与施工（1）规模取决于管段节数、管段宽度与长度、管段预制批量，同事考虑工期因素。小型干圬小型干圬：分批制作：分批制作瑞典瑞典TingstadTingstad隧道（隧道（5 5节管段，长节管段，长93.5 m93.5 m，80 m80 m，宽，宽30 m30 m）：干圬）：干圬3500
9、3500 平米（平米（10010035 m35 m）大型干圬大型干圬：一批制作：一批制作日本东京港水底隧道（日本东京港水底隧道（9 9节管段，长节管段，长115 m115 m，宽，宽37.4 m37.4 m）：干圬）：干圬81270 81270 平米（平米（645645126 m126 m）（2）深度）深度保证管段制作好后能顺利浮运出坞。保证管段制作好后能顺利浮运出坞。15（3 3）坞底与边坡）坞底与边坡n坞底坞底20-30 cm20-30 cm无筋混凝土或钢筋混凝土（铺砂砾或碎石层）无筋混凝土或钢筋混凝土（铺砂砾或碎石层）或或1-2.5 m1-2.5 m的黄砂；上覆的黄砂；上覆20-30 c
10、m20-30 cm砂砾或碎石砂砾或碎石一般坞底强度不存在问题一般坞底强度不存在问题n边坡边坡需进行边坡稳定性分析需进行边坡稳定性分析可采用防渗墙及井点系统可采用防渗墙及井点系统分批制作时，需分析干圬排水时边坡的稳定性分批制作时，需分析干圬排水时边坡的稳定性16（4 4）坞首、坞门）坞首、坞门一批制作时：一般不采用坞门，仅用土围堰、钢板桩围堰；一批制作时：一般不采用坞门，仅用土围堰、钢板桩围堰；局部拆除围堰，将管段拖运出坞局部拆除围堰，将管段拖运出坞分批制作时：双排钢板桩围堰；单排钢板桩作分批制作时：双排钢板桩围堰；单排钢板桩作坞坞门门1710.3.3 管段制作管段制作（1 1）施工缝、变形缝的
11、控制）施工缝、变形缝的控制纵向施工缝：竖墙下端纵向施工缝：竖墙下端30-50cm30-50cm处处横向施工缝：垂直缝（水密性难以保证）横向施工缝：垂直缝（水密性难以保证）设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，以防止管段开裂，长短一般为设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，以防止管段开裂，长短一般为15-20 m15-20 m18（2 2）底板）底板地层不均匀沉降可能引起管段裂缝。一般在坞底沙层上铺设一块地层不均匀沉降可能引起管段裂缝。一般在坞底沙层上铺设一块6mm6mm厚的钢板，与底板混凝土浇筑在一起，既防水，又防止外力对底板的厚的钢板，与底板混凝土浇筑在一起，既防水，又防止外力对底板的破坏。或者用破坏。
12、或者用9-10cm9-10cm的钢筋混凝土板代替钢板，并贴上防水膜。的钢筋混凝土板代替钢板，并贴上防水膜。（3 3）侧墙与顶板）侧墙与顶板侧墙外周可用钢板（做外模板和侧防水），应确保焊接质量。也可用侧墙外周可用钢板（做外模板和侧防水），应确保焊接质量。也可用防水膜，并做好防水膜保护。防水膜，并做好防水膜保护。顶板上通常铺设防水膜，浇筑顶板上通常铺设防水膜，浇筑15-20cm15-20cm厚的钢筋混凝土保护层，一直厚的钢筋混凝土保护层，一直包到侧墙上部，并做成削角，避免被船锚钩住。包到侧墙上部，并做成削角，避免被船锚钩住。19n（4 4）临时隔墙）临时隔墙设置于管段两端设置于管段两端50-100
13、 cm50-100 cm处处木料、钢材或钢筋混凝土制成木料、钢材或钢筋混凝土制成设计时按最大静水压力考虑设计时按最大静水压力考虑封端墙上需设排水阀（下部）、进气阀（上部）、人员出入孔封端墙上需设排水阀（下部）、进气阀（上部）、人员出入孔n（5 5）压载设备）压载设备石碴、矿碴或者水，多数用加载水箱石碴、矿碴或者水，多数用加载水箱每只管段每只管段44只水箱，均匀布置于四角只水箱，均匀布置于四角水箱容量取决于干舷大小、下沉力、基础压重等水箱容量取决于干舷大小、下沉力、基础压重等n（6 6）预应力张拉）预应力张拉管段预制完成后，在干船坞内全部预应力一次施加完毕。管段预制完成后，在干船坞内全部预应力一
14、次施加完毕。2010.3.4 管段浮运管段浮运管段制作完成后开始向干船坞注水，检查管段内部漏水情况，一旦发管段制作完成后开始向干船坞注水，检查管段内部漏水情况，一旦发现漏水，立即停止注水并修补。现漏水，立即停止注水并修补。船坞内水位接近干舷量时，向压载水箱内注水，防止管段上浮。完全船坞内水位接近干舷量时，向压载水箱内注水，防止管段上浮。完全淹没后，排出水箱内的水，使管段上浮。浮运时干舷量一般取淹没后，排出水箱内的水，使管段上浮。浮运时干舷量一般取10-10-15cm15cm左右。调整完后，打开坞门，拽出管段。左右。调整完后，打开坞门，拽出管段。一般清晨托运至隧址，以便沉设。提前一般清晨托运至隧
15、址，以便沉设。提前12h12h做好水流与气象条件预报做好水流与气象条件预报工作，并提前工作，并提前2h2h复核。一般要求：风力小于复核。一般要求：风力小于5-65-6级，能见度大于级，能见度大于1000m1000m，气温高于，气温高于-3-30 0C C，可进行沉设作业。，可进行沉设作业。21宁波甬江沉管隧道管段预制宁波甬江沉管隧道管段预制22干坞注水与管段检漏调整干坞注水与管段检漏调整23管段内部检漏管段内部检漏2410.3.5 沟槽浚挖沟槽浚挖基槽断面底宽：大于管段宽度410cm深度：覆盖层厚+管段高度+基础处理所需超挖深度坡度：土层条件、基槽留置时间、水流情况等25浚挖方式挖泥船选择n吸
16、扬式挖泥船生产效率高；成本低；开挖面平整度好n抓扬式挖泥船造价低；浚挖深度大；可开挖硬土n链斗式挖泥船生产效率高；成本低；能浚挖硬土；平整度好；占用水面大n铲扬式挖泥船浚挖费用高；占用水面小26耙吸式挖泥船耙吸式挖泥船绞吸式挖泥船绞吸式挖泥船27链斗式挖泥船链斗式挖泥船抓斗式挖泥船抓斗式挖泥船28铲斗式挖泥船铲斗式挖泥船2910.3.6 管段沉放管段沉放影响因素：管段尺寸、地形、水流条件、气象条件、航运条件管段下沉全过程一般需要管段下沉全过程一般需要24h。下沉作业分为。下沉作业分为初步下沉、靠拢下沉与着地下沉3个步骤。A.初步下沉初步下沉压载至下沉力达压载至下沉力达50规定值后校正位置，之后再继续压载至下沉力规定值后校正位置，之后再继续压载至下沉力达达100规定值，然后规定值，然后20-50cm/min的速度下沉，的速度下沉，直到管段底部离设直到管段底部离设计高程计高程45m为止为止。B.靠拢下沉靠拢下沉将管段向前节既设管段方向平移至距前节管段将管段向前节既设管段方向平移至距前节管段22.5m处，再将管段处，再将管段下沉到管段底部离设计高程下沉到管段底部离设计高程0.5m左右，再次校
