1、第十三章 沉管法施工本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容：掌握隧道沉管沉設(shè)的方法，沉放作業(yè)的步驟；了解沉管的種類；熟悉基礎(chǔ)處理的方式。重難點：重點：沉管沉設(shè)的方法和步驟；難點：沉管下沉的步驟。1 概述2 沉管隧道設(shè)計3 沉管施工4 基礎(chǔ)處理目錄第一節(jié) 概述1.1幾種修建水下隧道方法評述目前，在世界各國水底隧道的建設(shè)中，就是采用盾構(gòu)法和沉管法施工。用作水下隧道施工的盾構(gòu)，一般外徑尺寸為10m左右，可容納雙車道通過。如需建造四車道的水底隧道，則需平行地建造二條盾構(gòu)隧道。如需建造六車道的水底隧道，則往往需建三條盾構(gòu)隧道。沉管法則不受上述尺寸限制。沉管法（亦稱預(yù)制管段沉放法）。先在隧址以外的預(yù)制場（多為臨時干塢或船塢）制作

2、隧道管段（每節(jié)長60140m，多數(shù)為100m左右，最長達268m），管段兩端用臨時封墻密封，制成后運到指定位置上，在已預(yù)先挖好的基槽上沉放下去，通過水力壓接進行水下連接，再覆土回填，完成隧道。用這種沉管法修建的水下隧道，稱之為沉管隧道。采用沉管法修筑水下隧道最早于1810年在倫敦進行了施工試驗，到1894年采用此法在美國波士頓建成一條城市下水道工程和1904年建成底特律水底鐵路隧道才宣告沉管法的成果誕生。自1959年加拿大迪斯（Deas）隧道成功采用水力壓接法進行管段水下連接后，很快為世界各國普遍采用，使得沉管法變得更加優(yōu)越。1.2沉管法的優(yōu)越性1、隧道埋深淺，隧道較短，總工程量小。2、管段比

3、重小，對地質(zhì)適應(yīng)性強，能在流砂層中施工。3、管段在干塢中制作，能保證施工質(zhì)量，結(jié)構(gòu)水密性良好。4、沉管隧道段施工可與岸坡隧道平行或交叉作業(yè)，工期短。5、各種拖航設(shè)備的現(xiàn)代化，能夠施做大斷面多管隧道。6、管段接縫遠(yuǎn)少于其它方法修建的隧道，防水性能遠(yuǎn)比盾構(gòu)好。1.3沉管隧道的分類1、圓形沉管施工時多利用船廠的船塢制作鋼殼，制成后滑行下水，并系泊于碼頭邊上，進行水上鋼筋混凝土作業(yè)。這類沉管的橫斷面，內(nèi)部均為圓形，外表有圓形、八角形或花籃形。 各種圓形沉管 (a)圓形 (b)八角形 (c)花籃形圓形沉管的優(yōu)點（1）圓形斷面，受力合理襯砌彎矩較小，在水深較大時，比較經(jīng)濟有利；（2）沉管的底寬較小，基礎(chǔ)處

4、理比較容易；（3）鋼殼既是澆筑混凝土的外模，又是澆筑隧道的外防水層，這種防水層不會在浮運過程中被碰損；（4）當(dāng)具備利用船廠設(shè)備的條件時，工期較短，在管段需要量較大時，更為明顯。2.矩形沉管荷蘭的瑪斯隧道（Mass，1942年建成）首創(chuàng)矩形沉管以來，目前世界各國（除美國外）大都采用矩形沉管。矩形折拱形結(jié)構(gòu)(a）六車道矩形沉管 (b)八車道矩形沉管1.4沉管隧道組成沉管隧道一般由敞開段、暗埋段、岸邊豎井及沉埋段等部分組成。第二節(jié) 沉管隧道設(shè)計沉管隧道設(shè)計的主要內(nèi)容有：斷面幾何形狀、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算、起浮抗浮設(shè)計、管節(jié)長度的選定、接頭設(shè)計、防水設(shè)計、通風(fēng)、照明供電、給排水設(shè)計、內(nèi)裝設(shè)計、運營

5、與安全設(shè)施設(shè)計、抗震設(shè)計、基礎(chǔ)處理及回填設(shè)計等。其設(shè)計質(zhì)量直接影響隧道的施工與使用，應(yīng)做到設(shè)計思想明確，綜合考慮到先進性、合理性、安全性和經(jīng)濟性。 2.1鋼筋混凝土沉管的結(jié)構(gòu)設(shè)計1沉管結(jié)構(gòu)所受的荷載與組合荷載作用組合應(yīng)遵循以下原則：1、應(yīng)按施工階段和運營階段分別進行作用組合，施工階段的安全系數(shù)可比運營階段酌情降低。2、作用組合除常規(guī)辦法進行外，高溫作用應(yīng)與最高水位作用組合，低溫作用應(yīng)與最低水位組合。3、地震作用、沉船荷載、拋錨力、拖錨力等偶然荷載在施工階段不考慮，在運營階段亦不同時組合。偶然荷載中任一個作用與其它作用組合時，應(yīng)按規(guī)范酌情降低安全系數(shù)。2結(jié)構(gòu)分析與配筋為避免采用剪力鋼筋，改善結(jié)構(gòu)

6、受力性能，減少裂縫出現(xiàn)，在水底隧道沉管結(jié)構(gòu)中，常采用變截面或折拱形結(jié)構(gòu)。沉管折拱型結(jié)構(gòu)1)橫斷面結(jié)構(gòu)分析2)縱向結(jié)構(gòu)分析施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計算浮運、沉設(shè)時、施工荷載、波浪力所引起的內(nèi)力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按彈性地基梁理論進行計算。3)配筋因抗剪的需要，沉管應(yīng)采用較高標(biāo)號的混凝土，一般采用28天強度為3045Mpa的混凝土。沉管結(jié)構(gòu)不容許出現(xiàn)任何通透性（即管壁內(nèi)、外穿透的）裂縫；非通透性裂縫開展寬度應(yīng)控制在0.150.2mm以下，因此，不宜采用級及級以上的鋼筋。設(shè)計時，混凝土與鋼筋的容許應(yīng)力可參照鐵路隧道設(shè)計規(guī)范。2.2浮力設(shè)計1.干舷管段在浮運時為了保持穩(wěn)定，必須

7、使管頂面露出水面，其露出高度稱為干舷。具有一定干舷的管段遇風(fēng)浪發(fā)生傾側(cè)后，會自動產(chǎn)生一個反傾力矩，使管段恢復(fù)平衡。一般矩形斷面的管段干舷多為1015cm，而圓形、八角形或花籃形斷面的管段則多為4050cm。干舷高度不宜過小，否則穩(wěn)定性差；但也不宜過大，干舷越大，所需壓載水箱（或水罐）的容量就越大，不經(jīng)濟。我國廣州珠江隧道沉管干舷為14.22cm，而寧波甬江隧道則采用10.14cm。2.3管段制作1).管段的制作管段制作在干塢中進行，其工藝與一般混凝土結(jié)構(gòu)基本相同。但考慮到浮運沉設(shè)對勻質(zhì)性與水密性的特殊要求，應(yīng)注意以下幾點：1、要保證混凝土的防水性及抗?jié)B性；2、要嚴(yán)格控制混凝土的重度，若重度超過

8、1%以上，管段將浮不起來，則不能滿足浮運要求；3、必須嚴(yán)格控制模板的變形，以保證對混凝土均質(zhì)性的要求，否則，若出現(xiàn)管段板、壁厚度的局部較大偏差，或前后、左右混凝土重度不均勻，浮運中會發(fā)生管段傾側(cè)；4、必須慎重處理施工縫及變形縫。縱向施工縫（橫斷面上的施工留縫），對于管段下端，靠近底板面一道留縫，應(yīng)高于底板面以上3050cm；橫向施工縫（沿管段長度方向上分段施工時的留縫）需采取慎重的防水措施，為防止發(fā)生橫向通透性裂縫，通常可把橫向施工縫做成變形縫，每節(jié)管段由變形縫分成若干節(jié)段，每節(jié)段1520m左右長。 管段側(cè)壁上的設(shè)造裂縫 管段的節(jié)段與變形縫2) 封端墻管段浮運前必須于管段的兩端離端面50100

9、cm處設(shè)置封端墻。封端墻可用木料、鋼材或鋼筋混凝土制成。封端墻設(shè)計按最大靜水壓力計算。封墻上須設(shè)排水閥、進氣閥以及入水孔。排水閥設(shè)于下部，進氣閥設(shè)于頂部，口徑100mm左右。入水孔應(yīng)設(shè)置防水密閉門。3)壓載設(shè)施管段下沉由壓載設(shè)施加壓實現(xiàn)，容納壓載水的容器稱為壓載設(shè)施，一般采用水箱形式，須在管段封墻安設(shè)之前就位，每一管段至少設(shè)置四只水箱，對稱布置于管段四角位置。水箱容量與下沉力要求、干舷大小、基礎(chǔ)處理時“壓密”工序所需壓重大小等有關(guān)。4)檢漏與干舷調(diào)整管段制作完成后，須作一次檢漏。如有滲漏，可在浮運出塢前作好處理。一般在干塢灌水之前，先往壓載水箱里注水壓載，然后再往干塢塢室里灌水，灌水2448h

10、后，工作人員進入管段內(nèi)對管段進行水底檢漏。2.4管段防水1)管段自身防水早期采用外包鋼板防水，后來發(fā)展到卷材防水。七十年代以來，歐洲沉管隧道取消了外防水層，為保證管段不滲漏，除嚴(yán)格控制混凝土級配、振搗密實、加強養(yǎng)護外，還采取了許多防裂措施：1、分段澆注，設(shè)后澆帶2、采用低水化熱水泥3、設(shè)置水冷散熱系統(tǒng)4、采用預(yù)應(yīng)力混凝土5、外表使用防水涂料第三節(jié) 沉管施工沉管管節(jié)在干塢中預(yù)制好之后，必須浮運到隧址指定位置上進行沉放就位，并進行水下連接。這是沉管隧道施工中至關(guān)重要的工序，必須精心組織方能確保萬無一失。1沉設(shè)方法11分吊法管段制作時，預(yù)先埋設(shè)34個吊點，分吊法沉設(shè)作業(yè)時分別用24艘100200t浮

11、吊（即起重船）或浮箱提著各個吊點，逐漸將管段沉放到規(guī)定位置。1.2扛吊法 亦稱方駁扛吊法。方駁扛吊法是以四艘方駁，分前后兩組，每組方駁肩負(fù)一副“杠棒”，即這兩副“杠棒”由位于沉管中心線左右的兩艘方駁作為各自的兩個支點；前后兩組方駁用鋼杵架聯(lián)接起來，構(gòu)成一個整體駁船組，“杠棒”實際上是一種型鋼梁或是鋼板組合梁，其上的吊索一端系于卷揚機上，另一端用來吊放沉管；駁船組由六根錨索定位，沉管管段另用六根錨索定位。 起重船吊沉法 1沉管 2壓載水箱 3起重船 4吊點浮箱吊沉法 1.3騎吊法采用水上作業(yè)平臺“騎”于管段上方，將管段慢慢地吊放沉設(shè)自升式平臺吊沉法 1 沉管 2自升式平臺吊沉法（SEP）1.4拉

12、沉法利用預(yù)先設(shè)置在溝槽底面上的水下樁墩作為地壟，依靠安設(shè)在管段上面的鋼桁架上的卷揚機，通過扣在地壟上的鋼索，將管段緩慢地“拉下水”，沉設(shè)于樁墩上，而后進行水下連接。 拉沉法 1 沉管 2樁墩 3拉索2管段沉放作業(yè)管段沉放作業(yè)全過程可按以下三階段進行：（一）沉放前的準(zhǔn)備沉放前必須完成航道疏浚清淤，設(shè)置臨時支座，以保證管段順利沉放到規(guī)定位置。應(yīng)事先與港務(wù)、港監(jiān)等有關(guān)部門商定航道管理事項，并及早通知有關(guān)方面。作好水上交通管制準(zhǔn)備，需抓緊時間做好封鎖線標(biāo)志（浮標(biāo)、燈號、球號等）。暫短封鎖的范圍：上下游方向各100200m，沿隧道中線方向的封鎖距離視定位錨索的布置方式而定。（二）管段就位在高潮平潮之前，

13、將管段浮運到指定位置，此時可距規(guī)定沉設(shè)位置10m20m處，并掛好地錨，校正好方向，使管段中線與隧道軸線基本重合，誤差不應(yīng)大于10cm。管段縱向坡度調(diào)至設(shè)計坡度。定位完畢后，既可開始灌水壓載，至消除管段的全部浮力為止。（三）管段下沉下沉?xí)r的水流速度，宜小于0.15m/s，如流速超過0.5m/s，需采取措施。每段下沉分三步進行：即初次下沉、靠攏下沉和著地下沉.管段下沉作業(yè)步驟 1初步下沉 2靠攏下沉 3著地下沉 3水下連接 （一）水力壓接法的發(fā)展早期沉管隧道管段之間的連接，都是待管段沉設(shè)完畢后，再灌注水下混凝土。如荷蘭的瑪斯（Maas，1942）隧道，古巴的阿爾曼德斯（Almendaras，195

14、3）隧道和哈瓦那港（Havana Bay，1958）水底隧道，這種方法水下潛水工作量大，工藝復(fù)雜，且不能適應(yīng)隧道變形，易開裂漏水。60年代，荷蘭鹿特丹地下鐵道沉管隧道，將其改進成為尖肋型（荷文原名Gina，目前，各國普遍采用尖肋型膠墊。 尖肋型膠墊 二、水力壓接法施工水力壓接系利用作用在管段后端（亦稱自由端）端面上的巨大水壓力，使安裝在管段前端（即靠近已設(shè)管段或管節(jié)的一端）端面周邊上的一圈橡膠墊環(huán)（Gina帶，在制作管段時安設(shè)于管段端面上）發(fā)生壓縮變形，并構(gòu)成一個水密性良好，且相當(dāng)可靠的管段間接頭。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）對位著地下沉?xí)r必須結(jié)合

15、管段連接工作進行對位。對位精度一般要求，見表13-3。自采用鼻托后，對位精度很容易控制。上海金山沉管工程中曾用一種卡式托座，只要前端的“卡鉗”套上，定位精度就自然控制在水平方向為1cm之內(nèi)。金山沉管工程的卡式托座2）拉合拉合工序是用較小的機械力量，將剛沉設(shè)的管段拉向前節(jié)既設(shè)管段，使膠墊的尖肋部產(chǎn)生初步變形，起到初步止水作用。拉合時所需機械拉力不大，一般為每延米膠墊長度1030N，通常用安裝于管段豎壁（可為外壁或內(nèi)壁）上帶有錘形拉鉤的拉合千斤頂進行拉合。拉合千斤頂總拉力一般為10003000KN，行程為1000mm左右。一個管段可設(shè)一具或二具拉合千斤頂，其位置應(yīng)對稱于管段的中軸線。通常采用2個1

16、0001500KN拉力的拉合千斤頂設(shè)于管段兩側(cè)，以便調(diào)整管段。 3）壓接拉合完成之后，打開既設(shè)管段后端封墻下部的排水閥，排出前后二節(jié)沉管封墻之間被膠墊所包圍封閉的水。排水完畢后，作用到整環(huán)膠墊上的壓力，等于作用于新設(shè)管段后端封墻和管段周壁端面上的全部水壓力。在此壓力作用下，膠墊必然進一步壓縮，其壓縮量一般為膠墊本體高度的1/3左右。 4）拆除封端墻壓接完畢后，即可拆除前后二節(jié)管段間的封端墻。三、水力壓接法的優(yōu)點1）工藝簡單，施工方便；2）水密性切實可靠；3）基本上不用潛水工作；4）成本低，施工速度快第四節(jié)基礎(chǔ)處理沉管的基礎(chǔ)處理方法大體上可歸納為二類先鋪法的基本程序是：1、在浚挖溝槽時超挖608

17、0cm；2、在溝槽二側(cè)打數(shù)排短樁，安設(shè)導(dǎo)軌以控制高程、坡度；3、向溝底投放鋪墊材料粗砂，或粒徑不超過100mm的碎石，鋪寬比管段底寬1.52.0m,鋪長為一節(jié)管段長度,在地震區(qū)應(yīng)避免用黃砂作鋪墊材料；一、先鋪法4、按導(dǎo)軌所規(guī)定的厚度、高度以及坡度，用刮鋪機刮平，刮平后的表面平整度，對于用刮砂法，可在5cm左右；用刮石法，約在20cm左右；5、為使管底和墊層密貼,管段沉設(shè)完畢后，可進行“壓密”工序。“壓密”可采用灌壓載水，或加壓砂石料的辦法，使墊層壓緊密貼。刮鋪法費工費時，平整度不高，逐漸被后填法所取代。刮鋪機1 方環(huán)形浮箱 2 砂石喂料管 3 刮板 4砂石墊層（厚0.6-0.9m）5 錨塊 6

18、 溝槽底面 7鋼軌 8移行剛梁二、后填法1、后填法的基本工序（1）在浚挖溝槽時，先超挖100cm左右；（2）在溝底安設(shè)臨時支座；（3）管段沉設(shè)完畢（在臨時支座上擱妥）后，往管底空間回填墊料。金預(yù)制支承板1預(yù)制支承板 2 吊環(huán) 3 吊桿 4 垂直千斤頂5 垂直頂桿 6水平定位千斤頂 7水平頂桿二、后填法施工（1）噴砂法 噴砂法原理 噴砂臺架1噴砂管 2回吸管 1噴砂臺支架 2噴管及吸管 3 臨時支座 4 噴入砂架 （2）灌囊法灌囊法系在砂、石墊層面上用砂漿囊袋將剩余空隙墊密。沉設(shè)管段之前需先鋪設(shè)一層砂、石墊層。管段沉設(shè)時，帶著事先系緊扣在管段底面下的空囊袋一起下沉。待管段沉設(shè)完畢后，從水面上向囊袋里灌注由粘土、水泥和黃砂配成的混合砂漿，以使管底空隙全部消除。 （3）壓漿法 壓漿法沉管 壓漿法 1碎石墊層 2 砂、石封閉 3壓漿孔 4壓入砂漿（4）壓砂法 壓砂法 1駁船 2 吸管 3浮鉑 4壓砂法 壓砂孔1壓砂管 2 閥門 3球閥二、基礎(chǔ)加固1加固方法1）以粗砂置換軟弱土層；2）打砂樁并加載預(yù)壓；3）減輕沉管重量；4）采