沉管法隧道概述结构设计及施工技术.ppt

沉管法隧道概述、结构设计及施工技术沉管法隧道概述、结构设计及施工技术10.1 10.1 概述概述一、一、发展史1 根据国际隧道协会沉管与悬浮式隧道到1994年的统计资料，世界各国已建、在建或拟建的沉管隧道共有93条，就管段制作而言，混凝土隧道59条，钢壳隧道34条；从使用功能上来看，公路隧道61条，铁路隧道26条（包括地铁隧道），公路、铁路两用隧道4条，人行隧道2条；就管段横截面形状来说，矩形截面隧道73条，圆形（含花篮形、八角形、马蹄形、椭圆形）截面隧道20条；从规模上看，早期的沉管多为双车道或四车道，从60年代中期，陆续建成一些六车道隧道，到目前世界已建的68车道共有19条219世纪末，美国首先用沉管法建成波士顿的下水道工程，之后，于1910年用此法建成底特律河水底铁路隧道，这是世界上第一条沉管建造的铁路隧道日本是东亚第一个建成沉管隧道的国家自1944年第一条沉管道路隧道庵治河隧道通车以来，已建成铁路和公路隧道18条目前世界上最长的沉管隧道是美国旧金山海湾地区快速交通隧道，全长5825米，由58节管段组成管段最宽的隧道是比利时亚珀尔隧道，宽达53.1m，全长336m单节管段最长的隧道是荷兰海姆斯普尔隧道，最长一节管段长268m，宽21.5m重50000KN。

3 在我国，香港和台湾借助国内外先进技术共建成四条沉管隧道，中国大陆第一条沉管道路隧道广州珠江隧道于1993年底通车，已建成宁波甬江隧道我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段，但我国经济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的条件如上海外环线吴淞口越江隧道确定采用沉管法隧道由于多车道沉管隧道明显节约投资，因此沉管隧道在我国具有广阔的前景10.1 10.1 概述概述二、方法实质先在干坞中或船台上预制大型砼箱形构件，或是砼和钢的组合箱形构件，每个构件长60140m，并于两端用临时隔墙封闭，用拖轮拖至预沉位置，定位后，将这些构件沉放在河床上预先浚挖好的沟槽中并联接起来，回填砂石，拆除隔墙形成隧道三、优点三、优点1 对地质水文适应能力强因在基槽中开挖较浅，基槽开挖和基础处理的施工技术比较简单因沉管受到水的浮力，作用于地基的荷载较小因管段采用先预制再浮运沉放的施工工艺，避免了难度较大的水下作业，故可在深水施工，且对潮差和水流速的适应能力强三、优点三、优点2 可浅埋与两岸道路衔接容易与埋深较大的盾构隧道相比，沉管隧道路面标高可抬高，与岸上道路隧道很容易衔接三、优点三、优点3 3 防水性能好防水性能好每每节节预预制制管管段段很很长长，一一般般约约100m,100m,而而盾盾构构隧隧道道预预制制管管片片环环宽宽仅仅为为1m1m，因因而而沉沉管管隧隧道道接接缝缝数量少数量少三、优点三、优点4 4 沉管隧道施工工期短沉管隧道施工工期短由由于于每每节节预预制制管管段段较较长长，一一条条沉沉管管隧隧道道只只用用几几节节预预制制管管段段就就可可完完成成，预预制制管管段段和和基基槽槽开开挖挖可可同同时时进进行行，且且预预制制管管段段不不在在隧隧址址，施施工工干扰时间短干扰时间短三、优点三、优点5 5 沉管隧道造价低沉管隧道造价低水水底底挖挖基基槽槽土土方方量量少少，比比地地下下挖挖土土单单价价低低，管段预制与盾构相比，所需费用低。

管段预制与盾构相比，所需费用低三、优点三、优点6 6 施工条件好施工条件好沉沉管管隧隧道道施施工工时时，预预制制和和浮浮运运沉沉放放管管段段等等主主要要工工序序大大部部分分在在水水上上进进行行，水水下下作作业业极极少少，除除少少数数潜潜水水工工外外，工工人人们们都都在在水水上上作作业业，且且不需在气压下工作不需在气压下工作 三、优点三、优点7 7 沉管可作成大断面多车道沉管可作成大断面多车道一一个个隧隧道道横横断断面面可可同同时时容容纳纳4 48 8条条车车道道而而结结构构尺尺寸寸不不限限对对盾盾构构受受尺尺寸寸限限制制，一一般般只只能双车道能双车道四、沉管隧道类型四、沉管隧道类型按断面形状按断面形状圆形圆形矩形矩形四、沉管隧道类型四、沉管隧道类型按按管管段段制制作方式作方式船台型船台型干坞型干坞型浮船坞浮船坞10.2 10.2 沉管结构设计沉管结构设计一、沉管结构浮力计算一、沉管结构浮力计算计算内容计算内容干舷浮力计算干舷浮力计算抗浮安全系数计算抗浮安全系数计算1 1 干干舷舷：能能保保持持管管顶顶露露出出水水面面的的管管段段外外露露高高度度，对对矩矩形形截截面面管段，高度多为管段，高度多为101015cm15cm。

对矩形断面，太小，制作困难；对矩形断面，太小，制作困难；太大，消除干舷下沉的压载水容量太大太大，消除干舷下沉的压载水容量太大计计算算方方法法：按按最最大大的的砼砼容容重重，最最大大的的砼砼体体积积和和最最小小的的河河水水比比重计算干舷重计算干舷2 2 抗浮安全系数抗浮安全系数 K K K K管段总重管段排水重管段总重管段排水重K=1.05K=1.051.10 1.10 管段沉放阶段管段沉放阶段K=1.2K=1.21.5 1.5 管段使用阶段管段使用阶段设设计计计计算算时时，应应按按最最小小的的混混凝凝土土容容重重和和体体积积，最最大大的的河河水水比重来计算各阶段的抗浮安全系数比重来计算各阶段的抗浮安全系数二、作用在沉管上的荷载和结构分析二、作用在沉管上的荷载和结构分析（一）、作用在沉管上的荷载（一）、作用在沉管上的荷载1 1 结构自重结构自重管段重量：砼管段重量：砼(23.7(23.724.1)+24.1)+钢筋钢筋(1.6(1.62.05)KN/m2.05)KN/m3 3压载混凝土重量：压载混凝土重量：22.5KN/m22.5KN/m3 3路面铺装重量路面铺装重量二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载2 2 水压力水压力主主要要荷荷载载之之一一，分分别别计计算算高高、低低潮潮位位和和百百年年一一遇遇的的特大洪水位的水压力特大洪水位的水压力二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载3 3 土压力土压力主主要要荷荷载载，但但不不一一定定是是常常荷荷载载，表表示示河河床床底底面面到到管管段段顶顶面面的的土土重重。

隧隧道道刚刚建建时时，可可能能很很小小，以以后后逐逐渐渐增加增加4 4 浮力浮力浮力排水重浮力排水重二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载5 5 施施工工荷荷载载：封封端端墙墙、定定位位塔塔、出出入入洞洞、压压载载水水柜柜、索具、浮箱等重量索具、浮箱等重量6 6 波浪力：在浮运时发生波浪力：在浮运时发生7 7 流水压力：在浮运时发生流水压力：在浮运时发生二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载8 8 负摩阻力：管段横向外侧覆土沉降到管段的向下摩擦力负摩阻力：管段横向外侧覆土沉降到管段的向下摩擦力9 9 车车辆辆荷荷载载：在在道道路路隧隧道道中中，如如果果路路面面铺铺设设在在压压载载混混凝凝土土层层上上面，则可略去车辆活载对管段的影响面，则可略去车辆活载对管段的影响10 10 地基反力地基反力二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载偶然荷载：偶然荷载：11 11 沉船荷载沉船荷载12 12 投锚与拖锚荷载投锚与拖锚荷载13 13 车行隧管内的爆炸力车行隧管内的爆炸力二、作用在沉管上的荷载二、作用在沉管上的荷载其他荷载：砼收缩、变温影响、不均匀沉降、地震其他荷载：砼收缩、变温影响、不均匀沉降、地震（二）、结构分析（二）、结构分析 1 1 横断面结构横断面结构 在在水水底底隧隧道道沉沉管管结结构构中中，常常采采用用变变截截面面或或折折线线形形结结构构。

即即使使在在同同一一节节管管段段（一一般般长长度度为为100m100m左左右右）中中，因因隧隧道道纵纵坡坡和和河河底底标标高高的的变变化化，各各处处断断面面所所受受水水、土土压压力力也也不不同同（特特别别在在接接近近岸岸边边时时），因因此此一一般般不不能能只只以以一一个个横横断断面面的的结结构构分分析析来来进进行行整整节节管管段段的的分分析析计计算算工工作作量量大大，常常采采用用电电算算的的方方式式进进行行可可采采用用一一般的平面杆系结构分析的通用程序进行计算般的平面杆系结构分析的通用程序进行计算2 2纵向结构纵向结构施施工工阶阶段段的的沉沉管管纵纵向向受受力力分分析析，主主要要是是计计算算浮浮运运，沉沉设设时时的的施施工工荷荷载载、波浪力所引起的内力波浪力所引起的内力使使用用阶阶段段的的沉沉管管纵纵向向受受力力分分析析，一一般般按按弹弹性性地地基基梁梁理理论论进行计算进行计算3配筋配筋 因因抗抗剪剪的的需需要要，沉沉管管应应采采用用较较高高标标号号的的混混凝凝土土，一一般般采采用用28天天强强度为度为300450kg/cm2混凝土由由于于沉沉管管结结构构不不容容许许出出现现任任何何通通透透性性的的裂裂缝缝；非非通通透透性性的的裂裂缝缝开开展展的的宽宽度度应应控控制制在在0.15 0.2mm以以下下。

因因此此不不宜宜采采用用级级及及级以上的钢筋级以上的钢筋10.3 10.3 管段制作管段制作一、临时干坞：一、临时干坞：位置应选择距隧址较近，地质条件较好，便于浮运的地方位置应选择距隧址较近，地质条件较好，便于浮运的地方（一一）干干坞坞规规模模：根根据据工工程程规规模模、管管段段长长宽宽尺尺寸寸和和管管段段数数量量，结结合合坞坞址址的的地地形形、地地质质条条件件、工工期期、土土地地使使用用费费和和施施工工设设备备综综合考虑1 1 一一次次预预制制管管段段时时的的干干坞坞：在在干干坞坞内内一一次次完完成成所所有有管管段段的的制制作作，它它只只需需放放一一次次水水进进干干坞坞，干干坞坞不不需需要要闸闸门门，施施工工简简便便，干干坞坞仅仅用用土土围围堰堰或或钢钢板板围围堰堰作作坞坞首首管管段段出出坞坞时时，拆拆除除坞坞首首围围堰堰便便可可将将管管段段浮浮运运出出坞坞规规模模大大，占占地地多多，适适用用于于：工工程程量量较较小小，管管段段数数量量少，土地价格低和坞址地质条件较差的工程少，土地价格低和坞址地质条件较差的工程2 2 分批预制管段时的干坞分批预制管段时的干坞分分批批预预制制管管段段是是在在干干坞坞内内分分批批制制作作管管段段，每每批批管管段段预预制制完完成成，就就放放一一次次水水进进坞坞，使使之之浮浮运运出出坞坞，干干坞坞的的坞坞门门需需开开启启多多次次，这这种种干干坞坞规规模模小小，占占地地少少，造造价价低低，重重复复使使用用率率高高，而而且且有有利利于于与与其其它它施施工程序配合缩短工期。

但这种方式也有不少缺点：工程序配合缩短工期但这种方式也有不少缺点：若若不不采采用用启启闭闭式式坞坞门门（闸闸门门），则则每每次次修修复复坞坞门门难难度度大大若若采采用闸门式坞门，造价又高用闸门式坞门，造价又高先先批批出出坞坞后后沉沉放放的的管管段段，至至少少有有一一端端搁搁置置在在基基槽槽中中的的临临时时支支座座上上，需需待待几几个个月月时时间间才才能能与与后后批批管管段段相相接接，这这样样不不利利于于先先沉沉放放管管段的稳定，其安全难于保证段的稳定，其安全难于保证原原已已开开挖挖的的基基槽槽，在在后后批批管管段段出出坞坞时时己己有有回回淤淤，且且难难于于清清除除，将影响后批管段基础的质量将影响后批管段基础的质量重重复复使使用用干干坞坞，反反复复灌灌水水、排排水水，抽抽水水时时难难以以保保证证干干坞坞边边坡坡的的稳稳定性重重复复使使用用干干坞坞还还会会造造成成难难以以彻彻底底清清除除坞坞底底垫垫层层上上的的淤淤泥泥，必必然然影影响响坞坞底底的的透透水水性性，削削弱弱坞坞底底防防排排水水能能力力与与承承载载力力，从从而而影影响响再再次次预预制制管管段段的的质质量量，对对管管段段上上浮浮也也不不利利，甚甚至至造造成成吸吸附附现现象象而而使使管管段平衡失控。

段平衡失控分分批批预预制制管管段段会会增增加加坞坞底底施施工工设设备备的的拆拆迁迁和和再再组组装装工工作作，使使临临时时。