沉管隧道設(shè)計講義T24

沉管隧道設(shè)計

（DesignofImmersedTubeTunnel）內(nèi)容(Content)何為沉管施工法？沉管隧道類型發(fā)展歷史沉管隧道優(yōu)點沉管隧道適應(yīng)條件典型沉管隧道布置設(shè)計內(nèi)容施工步序結(jié)構(gòu)設(shè)計防水設(shè)計何為沉管施工法？把預(yù)制好的鋼管或混凝土管段，一段段浮運并沉放在水中事先開挖好的溝槽中，在水中拼裝連成一體，形成沉管隧道沉管隧道類型分類標(biāo)準(zhǔn)用途斷面形狀材料隧道種類（1）鐵路隧道（2）道路隧道（3）人行隧道（4）水工隧道等（1）圓形（2）八角形（3）矩形等（1）鋼材（2）鋼筋混凝土發(fā)展歷史第一條沉管隧道：美國波士頓的雪莉排水管隧洞于1894年建成，直徑2.6米，長96米，由6節(jié)鋼殼圓管加磚砌的管段連接而成(第一代沉管隧道)第一條沉管鐵路隧道：美國底特律河的鐵路隧道于1910年建成，水下段由10節(jié)長80米的鋼殼圓管管段組成(第一代沉管隧道)第一條沉管道路隧道&第一條鋼筋混凝土沉管隧道：美國加利福尼亞州的奧克蘭與阿拉梅達之間的波西隧道，于1928年建成,水下段長744米，使用12節(jié)62米長的鋼筋混凝土圓形管段，其外徑為11.3米(第一代沉管隧道)第一條矩形斷面沉管隧道：荷蘭的馬斯河道路隧道于1941年建成，管段用鋼筋混凝土制成矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)4車道并附設(shè)自行車和人行的專用通道，管段斷面為24.8×8.4米,外面用鋼板防水(第二代沉管隧道)50年代以后，由于水下連接技術(shù)的突破──采用水力壓接法，并應(yīng)用橡膠墊圈作止水接頭，沉管法被廣泛采用，并隨之較快地發(fā)展。之后在世界上很多國家與地區(qū)如丹麥、荷蘭、日本、中國香港、中國臺灣等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧道)中國于1993年建成第一條沉管隧道廣州珠江沉埋隧道，之后相繼建成了寧波甬江隧道、常洪隧道、上海外環(huán)隧道等

沉管隧道優(yōu)點采用沉管法施工的水下隧道，比用盾構(gòu)法施工具有較多優(yōu)點,主要有：(1)容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預(yù)制，混凝土施工質(zhì)量高，易于做好防水措施；管段較長,接縫很少,漏水概率大為減少(2)工程造價較低。因水下挖土單價比河底下挖土低；管段的整體制作,浮運費用比制造、運送大量的管片低得多;又因接縫少而使隧道每米單價降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價大為降低(3)在隧道現(xiàn)場的施工期短。因預(yù)制管段等大量工作均不在現(xiàn)場進行(4)操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業(yè)外，基本上無地下作業(yè)，更不用氣壓作業(yè)(5)斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納4～8車道，而盾構(gòu)法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設(shè)雙車道(6)容易與周邊道路和立交相連接。因沉管隧道埋深淺，要求更短的進（出）口段長度沉管隧道適應(yīng)條件適合于沉管法施工的主要條件：水道河床穩(wěn)定--便于順利開挖溝槽，減少土方量水流不能過急--便于管段浮運、定位和沉放

典型沉管隧道布置設(shè)計內(nèi)容工程總體及線路設(shè)計隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計施工步序設(shè)計防水設(shè)計通風(fēng)設(shè)計給排水、消防設(shè)計照明設(shè)計供電設(shè)計交通設(shè)施設(shè)計內(nèi)裝設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計抗災(zāi)、防災(zāi)設(shè)計施工步序沉管隧道施工大致包括以下八個步驟：第一步：干塢開挖（用于制作預(yù)制管段）第二步：預(yù)制管段制作第三步：干塢進水，打開塢門施工工步步序序第四四步步：：沉沉放放基基槽槽開開挖挖及及清清淤淤第五五步步：：將將預(yù)預(yù)制制管管段段浮浮運運至至基基槽槽指指定定位位置置第六六步步：：管管段段沉沉放放及及接接頭頭安安裝裝施工工步步序序第七七步步：：基基礎(chǔ)礎(chǔ)處處理理第八八步步：：基基槽槽回回填填覆覆蓋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計沉管管隧隧道道結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計包包括括：：(1)管段段結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計(2)管段段浮浮力力設(shè)設(shè)計計(3)附屬屬結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計(4)管段段基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)計計結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計(1)管段段結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計A)包括括設(shè)設(shè)計計結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)橫橫斷斷面面、、端端鋼鋼殼殼、、管管段段接接頭頭等等B)荷載載：：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)自自重重、、設(shè)設(shè)備備荷荷載載、、土土壓壓力力、、水水壓壓力力、、基基礎(chǔ)礎(chǔ)抗抗力力、、混混凝凝土土收收縮縮、、地地基基沉沉降降、、車車輛輛荷荷載載、、溫溫度度荷荷載載、、施施工工荷荷載載、、爆爆炸炸荷荷載載、、沉沉船船荷荷載載、、地地震震力力等等。。C)計算算模模型型：：結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計D)荷載載組組合合管段段橫橫向向靜靜力力計計算算工工況況工況號工況描述荷載1施工階段管段預(yù)制階段自重、施工荷載2管段浮運階段自重、施工荷載、水壓力3管段沉放階段自重、施工荷載、水壓力、基礎(chǔ)抗力4運營階段考慮永久荷載自重、設(shè)備荷載、水土壓力、基礎(chǔ)抗力、混凝土收縮5考慮車輛荷載工況4荷載+車輛荷載（細分：考慮中孔滿載、邊孔滿載和全部滿載情況）6考慮溫度荷載工況4荷載+溫度荷載（溫升與溫降）7考慮車輛與溫度荷載工況5荷載+溫度荷載（溫升與溫降）8特殊工況考慮爆炸荷載工況5荷載或工況6荷載+爆炸荷載9考慮沉船荷載工況5荷載或工況6荷載+沉船荷載10考慮地震荷載工況4荷載+地震荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計管段段縱縱向向靜靜力力計計算算工工況況工況號工況描述荷載1施工階段管段浮運階段自重、施工荷載、水壓力2管段臨時支撐階段自重（含壓重）、施工荷載、水壓力、支撐力3運營階段考慮永久荷載自重、設(shè)備荷載、水土壓力、基礎(chǔ)抗力、混凝土收縮4考慮車輛荷載工況3荷載+車輛荷載5考慮地基不均勻自重、設(shè)備荷載、水土壓力、混凝土收縮、不均勻基礎(chǔ)抗力6考慮沉船荷載工況4荷載+沉船荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計(2)管段段浮浮力力設(shè)設(shè)計計浮運運階階段段管管段段干干舷舷高高度度設(shè)設(shè)計計為保保持持穩(wěn)穩(wěn)定定，，管管段段在在浮?。ǎㄍ贤希┻\運階階段段必必須須露露頂頂，，設(shè)設(shè)計計干干舷舷高高度度一一般般為為10~15cm計算算干干舷舷高高度度時時，，需需考考慮慮制制作作誤誤差差、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)含含鋼鋼量量、、水水密密度度等等的的影影響響沉放放后后管管段段抗抗浮浮設(shè)設(shè)計計工況況一一：：未未回回填填覆覆蓋蓋時時管管段段的的抗抗浮浮安安全全系系數(shù)數(shù)工況況二二：：考考慮慮回回填填覆覆蓋蓋時時管管段段的的抗抗浮浮安安全全系系數(shù)數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計(3)附屬屬結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計包括括設(shè)設(shè)計計端端封封門門、、壓壓艙艙水水箱箱、、剪剪切切鍵鍵、、鼻鼻托托、、臨臨時時支支撐撐、、管管頂頂設(shè)設(shè)施施等等。。端封封門門：：密密封封管管段段的的臨臨時時性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，由由鋼鋼梁梁、、混混凝凝土土板板和和預(yù)預(yù)埋埋枕枕梁梁構(gòu)構(gòu)成成，，整整扇扇封封門門按按梁梁板板體體系系設(shè)設(shè)計計（（簡簡支支梁梁+等跨跨連連續(xù)續(xù)板板）），，考考慮慮水水壓壓力力及及因因四四點點支支撐撐和和管管段段對對接接時時應(yīng)應(yīng)力力集集中中的的影影響響壓艙艙水水箱箱：：在在管管段段起起浮浮、、拖拖運運、、沉沉放放階階段段調(diào)調(diào)整整管管段段平平衡衡和和提提供供必必要要的的負負浮浮力力。。水水箱箱容容量量（（或或個個數(shù)數(shù)））須須滿滿足足沉沉放放就就位位后后管管段段抗抗浮浮安安全全系系數(shù)數(shù)大大于于規(guī)規(guī)定定值值（（如如1.04)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計剪切切鍵鍵與與鼻鼻托托：：包包括括垂垂直直剪剪切切鍵鍵與與水水平平剪剪切切鍵鍵。。根根據(jù)據(jù)管管段段不不均均勻勻沉沉降降時時產(chǎn)產(chǎn)生生的的垂垂直直剪剪切切力力設(shè)設(shè)計計垂垂直直剪剪切切鍵鍵，，根根據(jù)據(jù)由由地地震震所所引引起起的的水水平平剪剪切切力力設(shè)設(shè)計計水水平平剪剪切切鍵鍵。。水水平平剪剪切切鍵鍵在在拆拆除除壓壓艙艙水水箱箱之之后后安安裝裝，，上上垂垂直直剪剪切切鍵鍵（（鼻鼻托托））在在管管段段預(yù)預(yù)制制時時制制作作，，下下垂垂直直剪剪切切鍵鍵須須待待管管段段沉沉放放對對接接之之后后方方可可施施工工臨時支撐撐：管段段沉放時時，一段段支撐在在鼻托上上，另一一段用千千斤頂支支撐于臨臨時支撐撐（鋼管管樁、墊墊塊等））。臨時時支撐須須提供滿滿足設(shè)計計要求的的承載力力和負浮浮力管頂設(shè)施施：包括括吊點、、人孔、、定位塔塔、拉合合裝置等等。結(jié)構(gòu)設(shè)計計(4)管段基礎(chǔ)礎(chǔ)處理目的：使使管段溝溝槽底面面平整由于浮力力的存在在，沉管管隧道對對基礎(chǔ)承承載力要要求不高高，但由由于開挖挖后的基基槽非常常不平整整，如不不處理，，會產(chǎn)生生導(dǎo)致結(jié)結(jié)構(gòu)破壞壞的不均均勻沉降降處理方法法：灌砂砂法、噴噴砂法等等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)：灌砂砂基礎(chǔ)壓壓縮量和和抗壓強強度防水設(shè)計計包括管段段結(jié)構(gòu)自自身防水水與管段段接頭密密封防水水，本培培訓(xùn)僅簡簡單介紹紹管段接接頭密封封防水雙止水帶帶防水：：GINA和OMEGA為何采用用雙止水水帶？防水雙重重保障，，無需擔(dān)擔(dān)心滲漏漏水GINA止水帶與與鋼端殼殼結(jié)合不不緊密（（地震或或基礎(chǔ)不不均勻沉沉降造成成）時，，OMEGA承擔(dān)防水水任務(wù)可拆卸、、修復(fù)、、更換OMEGA止水帶防水設(shè)計計施工順序序及作用用機理GINA