1、第13章 沉管結構13.1 概述13.2 沉管結構設計13.3 接縫管段處理與防水措施13.4 沉管隧道施工過程13.5 工程實例13.1 概述水底隧道的施工方法：圍堤明挖法、礦山法、氣壓沉箱法、盾構法以及沉管法。 世界上第一條沉管鐵路隧道建于1910年，穿越美國Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀五十年代起普遍應用,如今共有100多座沉管隧道 。二十世紀50年代解決了兩項關鍵技術水力壓接法和基礎處理，沉管法已經成為水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷蘭。 我國現有6條沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5條在寧波（寧波甬江水底隧道）、廣州（廣州珠江水

2、底隧道）、香港（香港西區沉管隧道、香港東區沉管隧道）和臺灣。 過程沉管法亦曾稱作預制管段沉放法；先在隧址以外的預制場制作隧道管段，兩端用臨時封墻密封，制成以后用拖輪拖運到隧址指定位置上。預先在設計位置處，挖好水底溝槽。待管段定位就緒后，往管段中注水加載，使之下沉，然后將沉設完畢的管段在水下連接起來，覆土回填，完成隧道，此之謂“沉管隧道”。沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設計、施工及所用材料有所不同。（1）圓形沉管隧道：這類沉管內邊均為圓形、外邊則為圓形、八角形或花籃形，多半用鋼殼作為防水層； （2）矩形沉管隧道：在每個斷面內可以同時容納28個車道，矩形斷面的空間利用率較高， 圓形沉管、矩形沉管 1

3、3.2 沉管結構設計沉管式水底隧道的設計：包括幾何設計、通風設計、照明設計、結構設計、內裝設計、給排水設計、供電設計、運營安全等設計。13.2.1沉管結構所受的荷載結構自重、水壓力、土壓力、浮力、施工荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力、車輛活荷載、沉船荷載，地基反力、溫度應力、不均勻沉降所產生的附加應力、地震等作用。作用在沉管上的水壓力是主要荷載。沉降摩擦力地基反力的分布規律 （1）直線分布；（2）反力強度和各點沉降量成正比，即文克爾假定，又可以分為單一系數和多種地基系數的兩種；（3）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計算反力。13.2.2浮力設計1）干舷管段在浮運時，為了保持穩定，必須使管頂面

4、露出水面，其露出高度稱為干舷。具有一定干舷的管段，與風浪后產生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應適中，過小則穩定性差，過大時沉設困難。浮力設計時，按照最大混凝土容重、最大混凝土體積和最小河水的比重來計算干舷。2）抗浮安全系數在管段沉設施工階段，應采用1.051.1的抗浮安全系數。 管段沉設完畢后，務必大于1.05，防止“復浮”。設計時需要按照最小混凝土容重、最小混凝土體積和最大河水的比重來計算抗浮安全系數。 3）沉管結構的外廓尺寸沉管結構的外廓尺寸，必須通過浮力設計才能確定 ;沉管結構的外廓高度，往往超過車道凈空高度與頂底板厚度之和。13.2.3結構分析與配筋1）.斷面結構分析其結構內力分析須經

5、過“假定截面尺寸分析內力修正尺度復算內力”的幾次循環。避免采用剪力鋼筋 ,常采用變截面或折拱形結構 。不能只以一個斷面的結構分析來代表整節管段，以及河中段全長的橫斷面配筋計算，所以目前一般采用電算分析。沉管折拱形結構 2）縱向結構分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計算浮運、沉設時，施工荷載、波浪力所引起的內力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按照彈性地基梁理論進行計算。3） 配 筋沉管結構的混凝土強度等級，宜采用C30-C40。由于沉管結構對貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用鋼筋等級不宜過高，不宜采用III級和III級以上的鋼筋。4）預應力的應用一般情況

6、下，沉管隧道采用普通混凝土結構而不用預應力混凝土結構。因沉管的結構厚度并非強度決定，而是由抗浮安全系數決定。當隧道跨度較大，達三車道以上，或者水、土壓力又較大時，采用預應力 。(a)Almendares (b)Lafontaine1-預應力索；2臨時拉索；3防水層本講要點沉管運輸中干舷設計的意義。沉管結構設計的方法和原則。13.3 接縫管段處理與防水措施13.3.1變形縫的布置與構造沉管結構一般都是二次澆筑 ，常易發生收縮裂縫 。不均勻沉降等影響也易致管段開裂。 變形縫 每節管段分割成若干節段，一般為1520m左右。變形縫須滿足 1.能適應一定幅度的線變形與角變形。2.在浮運、沉設時能傳遞縱向

7、彎矩。 外排縱向鋼筋全部切斷。而內排縱向鋼筋則暫時不予切斷，待沉設完畢后再將跨越變形縫之內排縱向鋼筋，全部切斷。 3.在任何情況下能傳遞剪力 變形前后均能防水， 臺階形變形縫回幻片131沉管外側；2沉管內側；3卷材防水層；4鋼邊橡膠止水帶；5瀝青防水；6瀝青填料；7鋼筋混凝土保護層13.3.2止水縫帶普遍的是橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶。1)橡膠止水帶 橡膠止水帶可用天然橡膠（含膠率）70）制成。亦可用合成橡膠（如氯丁橡膠等）制成。橡膠止水帶的壽命 潮濕、無日照及溫度較低 等環境理想。地下工程中的橡膠止水帶的耐用壽命應在六十年以上。經老化加速實驗亦可斷定其安全年限超過100年。形式： 均由本體與

8、錨著部兩部分組成;變形縫的張開度、本體部的寬度。這兩個因素共同決定著止水帶所受拉力。 2)鋼邊橡膠止水帶鋼邊橡膠止水帶，系于橡膠止水帶兩側錨著部中加鑲一段薄鋼板，其厚度僅0.7mm左右，初于荷蘭的凡爾遜（Velsen,1957）。 13.3.3管段外壁的防水措施沉管外防水和沉管自防水兩類;外防水包括了鋼殼，鋼板防水，卷材防水，涂料防水等不同方法；自防水主要是采用防水混凝土。13.3.4鋼殼與鋼板防水在沉管的三面（底和二側）甚至四面（包括頂面）用鋼板包覆的防水 ;耗鋼量大、焊縫防水可靠性不高、鋼材防銹問題仍未切實解決;13.3.5卷材防水用膠料粘結多層瀝青類卷材或合成橡膠類卷材而成的粘貼式（亦稱

9、外貼式）防水層。均用澆油攤鋪法粘貼 ;卷材粘貼完畢后，須在外邊加設保護層。到幻片6 13.3.6涂料防水施工工藝較繁，施工操作工程中會造成“起殼” ，無法補救；抗拉伸能力較差。13.4管段沉設與水下連接1)分吊法24艘起重船或浮箱 浮筒吊沉法 浮箱吊沉法 2）扛吊法最主要的大型工具就是四艘小型方駁； 3）騎吊法 SEP 4）拉沉法1拉合千斤頂；2拉沉卷揚機；3拉沉索；4壓載水本講要點理解變形縫的設置原則了解防水措施；了解沉設方法。13.4.2水下連接早期采用灌筑水下混凝土施工法 ；二十世紀五十年代末，加拿大的臺司隧道采用水力壓接法。用水力壓接法進行水下連接的主要工序是：對位拉合壓接拆除端封墻1

10、3.5 管段接頭管段接頭的構造，主要有剛性接頭和柔性接頭兩種。13.5.1剛性接頭剛性接頭系于水下連接（不論采用何法）完畢后，于相鄰兩節管段端面之間，沿隧道外壁（二側與頂、底板）以一圈鋼筋混凝土連接起來，形成一個永久性接頭。剛度較大，但沉降不勻易開裂滲漏。 “先柔后剛” 13.5.2柔性接頭主要是利用水力壓接時所用的膠墊，吸收變溫伸縮與地基不均勻沉降所致角變，以消除或減小管段所受變溫或沉降應力。 13.6 沉管基礎在水底沉管隧道中，因作用在溝槽底面的荷載，不因設置沉管而有所增加，相反，卻有所減小。 13.6.2基礎處理墊平沉管隧道的基礎處理方法，大體上分為先鋪法和后填法兩大類；先鋪法有刮砂法，

11、刮石法等；后填法有灌囊法，壓漿法，壓砂法等。1)先鋪法先鋪法實際上是利用刮鋪機將鋪墊材料（砂或石）設置成平整的墊層。 1方環形浮箱；2砂石喂料管；3刮板；4砂石墊層（0.6-0.9m）； 5-錨塊；6溝槽底面；7鋼軌；8移形鋼梁2）后填法在后填法中，安設水底臨時支座，臨時支座大多數為道渣堆上設置鋼筋混凝土支承板，也可以采用短樁簡易墩。灌砂法噴砂法灌囊法壓漿法壓砂法（1）、灌砂法（2）、噴砂法1預制支承板；2噴砂臺架；3噴砂管；4噴入砂墊層（3）灌囊法灌囊法系于砂、石墊層面上用砂漿囊袋將剩余空隙切實墊密。空囊下沉，水面灌注混合砂漿。防止頂管，需嚴密觀測。（4）壓漿法 壓砂法隧道內部用通常的壓漿設備，經預埋在管段底板上帶單向閥的壓漿孔，向管底空隙壓注混合砂漿。 13.6.3軟弱土層上的沉管基礎一般的解決辦法有： （1）以