沉管法施工技術(shù)二

6沉管法施工技術(shù)概述沉管隧道分類管段的沉放及連接本章內(nèi)容沉管隧道工程實例沉管防水技術(shù)

沉管基礎(chǔ)處理6.1概述★定義：

沉管隧道是先在隧址以外的預(yù)制場制作隧道管段，管段兩端用臨時封堵密閉，待達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后拖運(yùn)到隧址位置。此時，在設(shè)計位置上已預(yù)先進(jìn)行了溝槽浚挖，設(shè)置了臨時支座；然后沉放管段，待沉放完畢后，進(jìn)行管段水下連接，處理管段接頭及基礎(chǔ)，而后覆土回填，再進(jìn)行內(nèi)部裝修及設(shè)備安裝，以完成隧道。這種方法稱為沉管隧道，也稱作預(yù)制管段沉放法。用這種方法建成的通過江河的水下隧道，稱為沉管隧道?！锾攸c(diǎn)沉管法和其他方法，如明挖法，礦山法及其他地下工程施工法等相比，具有以下特點(diǎn)：（1）基本上不受地質(zhì)條件的限制，可適用于流砂等不穩(wěn)定土層施工；（2）在一個隧道斷面內(nèi)可同時容納多個車道（4～6個）；（3）管段較長，接頭較少，易于防水；（4）現(xiàn)場工期以及水上交通管制時間短；（5）單位工程造價低。水底隧道的建設(shè)。6.2沉管隧道分類沉管隧道按其管段制作方式（或按其截面形狀）分為兩大類，即船臺型（圓形）和干塢型（矩形）。1．船臺型施工時，先在造船廠的船臺上預(yù)制鋼殼，制成后沿著滑道滑行下水，然后在漂浮狀態(tài)下進(jìn)行水上鋼筋混凝土作業(yè)。這類沉管的斷面，內(nèi)截面一般為圓形，外截面則有圓形、八角形，花籃形等，如圖6.1所示。此外，還有半圓形、橢圓形以及組合形沉管斷面，如圖6.2所示。以上這類管道，也稱為圓形沉管。這類沉管隧道的缺點(diǎn)有：（1）圓形斷面的空間利用率不高（與矩形截面相比），車道上方空余一個凈空界限以外的空間，使車道路面高程壓低，從而增加了隧道全長，且圓形隧道一般只容納兩個車道，不便于建造多車道隧道。（2）耗鋼量大，沉管造價高。（3）鋼殼制作時，因手工焊接不能避免，其焊縫質(zhì)量難以保證，可能出現(xiàn)滲漏，若出現(xiàn)此現(xiàn)象則難以彌補(bǔ)、堵截；且鋼殼的抗蝕能力差。2．干塢型在臨時干塢中制作鋼筋混凝土管段，制成后往塢內(nèi)灌水使之浮起并拖運(yùn)至隧址沉沒。這類沉管多為矩形斷面，故也稱為矩形沉管。矩形管段可以在一個斷面內(nèi)同時容納2～8個車道，此外，有的管段還需加上維修管理、避險、排水設(shè)施等提供了所需要的寬度和空間。如圖6.3所示。矩形沉管的優(yōu)點(diǎn)是：（1）不占用造船廠設(shè)備，不妨礙造船工業(yè)生產(chǎn)；（2）車道上方?jīng)]有多余空間，斷面利用率高；（3）車道最低點(diǎn)的高程較高，隧道全長縮短，土方工程量少。建造4～8個車道的多車道隧道時，工程量和施工費(fèi)用均較省。（4）一般用鋼筋混凝土灌注，大大節(jié)約鋼材，降低造價。其缺點(diǎn)是：（1）必須建造臨時干塢；（2）由于矩形沉管干舷較小，在灌注混凝土及浮運(yùn)過程中必須有一系列的嚴(yán)密控制措施。預(yù)制沉管的半潛潛駁及預(yù)制好的的18米長沉管段隧道長度603米，穿越官洲河河水下沉管段214米。岸上段為鋼鋼筋砼現(xiàn)澆矩形形箱型結(jié)構(gòu)；水水中段為鋼筋砼砼預(yù)制沉管段，，結(jié)構(gòu)形式同與與岸上段。管段預(yù)制采用軸軸線干塢法，在在塢內(nèi)預(yù)制三節(jié)節(jié)管段，分別長長94米、116米、4米，預(yù)制完成后后依次浮運(yùn)出塢塢，在官洲河沉沉放并完成水下下對接。沉管段段與岸上段現(xiàn)澆澆段采用自密性性砼水下最終接接頭連接，構(gòu)成成隧道整體。侖頭至生物島隧隧道作為廣州市市第二條越江沉沉管隧道，將與與即將開工建設(shè)設(shè)的生物島—大學(xué)城隧道相接接，構(gòu)成廣州市市區(qū)與生物島至至大學(xué)城交通主主干道。隧道呈呈南北走向，全全長1109米，寬度22．6米，高8.7m，設(shè)計為雙向四四車道，預(yù)計工工程投資約5億元。移動干塢法施工工要求在16000噸級的半潛駁上上完成“侖頭海?！焙降浪?節(jié)共280米隧道沉管段的的預(yù)制，并利用用半潛駁實施拖拖航浮運(yùn)和二次次舾裝，最后將將管段浮運(yùn)就位位后實施沉放對對接，并與岸上上段貫通。而傳統(tǒng)的沉管隧隧道管節(jié)預(yù)制大大多采用干塢法法，即在隧址附附近靠江（海））岸開挖干塢并并在其內(nèi)完成管管段預(yù)制后，再再放水至干塢內(nèi)內(nèi)使管節(jié)起浮并并浮運(yùn)出塢進(jìn)行行第二次舾裝，，之后在隧址處處就位沉放。據(jù)代建單位廣州州市隧道開發(fā)公公司介紹，移動動干塢法主要是是利用半潛駁——一種移動的大型型浮臺作為沉管管管段的制作平平臺，待沉管段段完成后，再通通過拖輪將半潛潛駁拖航到預(yù)定定位置進(jìn)行下潛潛，管段浮離半半潛駁，然后進(jìn)進(jìn)行二次舾裝，，管段沉放對接接，最終與岸上上段貫通。據(jù)據(jù)介紹紹，如果采用傳傳統(tǒng)的固定干塢塢法施工，將會會占用萬畝果園園8萬m2的土地，造成對對果園生態(tài)環(huán)境境的破壞。因此此，市政部門積積極對施工方案案進(jìn)行優(yōu)化比較較，最終確定選選用移動干塢法法。施工人員利用抽抽水泵往倒虹管管注水奉化新聞網(wǎng)訊（（記者李婷婷婷通訊員孫孫賽寅）昨天上上午，記者來到到蕭王廟街道后后竺村附近看到到施工人員打開開2個抽水泵，江水水慢慢注入一根根長160米、直徑720毫米、重達(dá)40噸的倒虹管內(nèi)，，10多分鐘后，倒虹虹管開始徐徐沉沉入水中。這是是溪口至城區(qū)污污水管網(wǎng)工程水水下沉管作業(yè)的的一個鏡頭。經(jīng)過20多天的作業(yè)，施施工人員終于在在水底挖出了兩兩條放置倒虹管管的溝槽。昨天天上午，施工人人員將倒虹管的的兩頭系上繩子子，掛在江兩岸岸的挖掘機(jī)上，，然后開始利用用水的浮力將倒倒虹管平移至事事先挖好的溝槽槽上方。由于潮潮水漸漸退去，，受河底淤泥的的阻礙，移管速速度放慢，到9點(diǎn)多才順利到達(dá)達(dá)預(yù)定位置。就就位后，開始實實施沉管。11點(diǎn)18分，整根倒虹管管全部沉入江底底。今天，另一一根倒虹管也將將實施水下沉管管。以后，溪口口的污水將通過過這兩根倒虹管管到城區(qū)污水處處理廠接受處理理。6.3管段沉放及連接接1.沉放方法沉管隧道的沉放放方法大體上分分為吊沉法和拉拉沉法。吊沉法法根據(jù)施工方法法和主要起吊設(shè)設(shè)備的不同又可可以分為分吊法法、扛吊法及騎騎吊法。（1）分吊法在管道預(yù)制時，，預(yù)埋了3～4個吊點(diǎn)，在沉放放作業(yè)時用2-4艘起重船或浮箱箱提著各個吊點(diǎn)點(diǎn)，將管段沉放放至規(guī)定位置。。（2）扛吊法左右方駁之間兩兩根“扛棒”，，“扛棒”下吊吊放沉管，然然后沉放，這種種方法稱為扛吊吊法，也可稱為為方駁扛沉法。?！翱赴簟币话惆闶切弯摶蚪M合合梁，每副“扛扛棒”的每個““肩”所承受的的力僅為沉浮的的負(fù)沉力的四分分之一。用兩艘方駁構(gòu)成成船組的吊沉方方法也稱為“雙雙駁扛沉法”；；用四艘方駁構(gòu)構(gòu)成作業(yè)船組的的吊沉法稱為““四駁扛沉法””。圖6.7為雙駁扛沉法。。（3）騎吊法騎吊法系用水上上作業(yè)平臺“騎騎”于管段上方方，將其慢慢的的吊放沉沒，如如圖6.8所示。所所用水上上作業(yè)平平臺，亦亦稱自升升式作業(yè)業(yè)平臺，，實際上上是個矩矩形鋼浮浮箱。就位時，，可向浮浮箱內(nèi)灌灌水加荷荷壓裁、、使四條條鋼腿插插入海底底或河底底。需要要入土較較深時，，可于壓壓沉一次次后，排排水浮起起鋼平臺臺，然后后再注水水加荷壓壓沉。如如此反復(fù)復(fù)數(shù)次，，到設(shè)計計要求為為止。（4）拉沉法法拉沉法是是利用預(yù)預(yù)先設(shè)置置的溝槽槽地面上上的水下下樁墩作作為地壟壟，依靠靠架在管管段上面面的鋼桁桁架頂上上的卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)和扣扣在地壟壟上的鋼鋼索，將將具有2000～3000kN浮力的管管段緩緩緩地拉下下水，沉沉沒到樁樁墩上，，如圖6.9所示，此此法必須須在水底底設(shè)置樁樁墩，費(fèi)費(fèi)用較大大，應(yīng)用用很少。。2．主要沉沉沒工具具和設(shè)備備浮箱吊沉沉法與方方駁扛吊吊法所用用的最主主要的大大型工具具，就是是四艘方方型浮箱箱或小型型方駁，，其噸位位在1000～1500kN。主要起起重設(shè)備備是6-14臺定位卷卷揚(yáng)機(jī)和和3～4臺起吊卷卷揚(yáng)機(jī)。。除此外外，尚需需要：（1）定位塔塔（2）超聲波波測距儀儀（3）傾斜儀儀（4）纜索測測力計（1）定位塔塔定位塔為為事先安安裝在管管段頂面面上的塔塔形鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，其其高度根根據(jù)沉放放深度和和測量要要求而定定，常高高達(dá)十余余米，中中間有直直徑為800～1200mm的出入人人孔。每每個管段段設(shè)前后后兩座定定位塔，，并在其其頂部設(shè)設(shè)有測量量標(biāo)志，，有時還還在其中中一座塔塔上設(shè)指指揮室和和測量工工作室，，定位卷卷揚(yáng)機(jī)也也可安設(shè)設(shè)在定位位塔上。。（2）超聲波波測距儀儀設(shè)于管段段斷面，，以測定定前后兩兩節(jié)管段段間的三三向相對對距離。。（3）傾斜儀儀自動反映映管段的的縱橫傾傾度，以以便及時時調(diào)整吊吊索。（4）纜索測測力計在每一錨錨索或吊吊索的固固定端均均設(shè)有自自動測力力計，能能在指揮揮室中直直接顯示示受力數(shù)數(shù)值，便便于指揮揮和操作作。3．管段沉沉設(shè)作業(yè)業(yè)管段沉設(shè)設(shè)作業(yè)大大體可按按下列步步驟進(jìn)行行：（1）準(zhǔn)備工工作。沉沉放前前必須完完成溝槽槽浚挖和和設(shè)置臨臨時支座座（2）浮運(yùn)運(yùn)。預(yù)預(yù)制管段段必須從從干塢浮浮運(yùn)到沉沉放點(diǎn)（3）管段就位；；當(dāng)浮運(yùn)船只只到達(dá)指定位位置上，校正正好前后左右右位置，并帶帶好地錨。定定位完畢后，，灌壓裁水使使其消除全部部浮力。（4）管段下沉。。（5）水上交通管管制。管段下沉一般分三步進(jìn)進(jìn)行，即初次次下沉、靠攏攏下沉和著地地下沉。1）初次下沉。先灌注壓載載水至下沉力力達(dá)到規(guī)定值值的50％，隨即進(jìn)行行位置校正；；然后再注水水使下沉力達(dá)達(dá)到設(shè)計值的的100％，并開始按按400～500mm／min速度下沉管段段，直至管底底離設(shè)計高程程4～5m為止。注意隨隨下沉隨校正正管段位置。。2）靠攏下沉。先將管段向向前節(jié)已沉管管段的方向平平移，至距已已設(shè)管段2m左右處，然后后將管段下沉沉到管底離設(shè)設(shè)計高程0.5～1.0m左右，并校正正管位。3）著地下沉。將管段前移移至前節(jié)管段段約距500mm處，校正后開開始著地下沉沉。最后約1m的下沉，速度度要放慢，并并隨沉隨測。。著地時先將將前端擱在““鼻式”托座座或套上卡式式定位托座，，然后將后端端輕輕地擱置置到臨時支座座上。各吊點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)同時分次次卸去全部吊吊力，使整個個管段的下沉沉力全部作用用在臨時支座座上?！锕芏芜B接1.水下水壓法連連接水下水力壓接接法是利用作作用在管段后后端端面上的的巨大壓力，，使安裝在管管段前端面周周邊上的一圈圈橡膠墊環(huán)發(fā)發(fā)生壓縮交形形，構(gòu)成一個個水密性良好好，且相當(dāng)可可靠的管段接接頭，如圖6.10所示。水力壓接法進(jìn)進(jìn)行水下連接接有以下主要要工序；1）對位。2）拉合。3）壓接。4）拆除端封墻墻。圖6.10水力壓接法（a）連接前；（（b）對位；（c）連接后1－超聲波檢測測器；2－橡膠墊；3－臨時支撐托托架；4－接緊千斤頂頂；5－調(diào)節(jié)管段位位置千斤頂6-從接頭縫內(nèi)抽抽水；7-外部靜壓水力壓接法進(jìn)進(jìn)行水下連接接有以下主要要工序；1）對位。管管段在浮設(shè)、、著地下沉?xí)r時必須結(jié)合管管段連接工作作進(jìn)行對位。。對位時可用用安裝在管端端的超聲波檢檢測儀器控制制其精度，一一般要求達(dá)到到水平方向前前端±20mm，后端±50mm，垂直方向后后端±10mm。2）拉合。拉拉合工序的任任務(wù)是以一個個較小的機(jī)械械力，將沉放放管段靠上錢錢節(jié)已設(shè)管段段，使膠墊尖尖肋產(chǎn)生初步步變形，起到到初步止水作作用。拉合時時所需機(jī)械力力不大，一般般由安裝在管管段堅壁上的的拉合千斤頂頂拉合。3）壓接。拉合合完成后，即即可打開已設(shè)設(shè)管段后端封封墻下部的排排水閥，排出出對接沉管端端被膠墊所包包圍封閉的水水。排水開始始不久，須開開啟設(shè)在已設(shè)設(shè)管段后的真真空壓力而破破壞。排水完完畢后，膠墊墊在作用于新新設(shè)管段的后后端封墻和管管段周壁端面面的全部水壓壓力作用下，，進(jìn)一步壓縮縮，使膠墊產(chǎn)產(chǎn)生第二次壓壓縮變形。4）拆除端封墻墻。壓接完畢畢后即可拆除除前后兩節(jié)管管段間的端封封墻。全部與與岸上相通后后，即可進(jìn)行行下步施工。。2．接頭膠墊接頭膠墊是水水力壓接法使使用的關(guān)鍵部部位，需要按按沉管周圍的的外形在工廠廠制作，而后后運(yùn)到管段預(yù)預(yù)制場安裝。。目前世界上上應(yīng)用較多的的是尖肋形膠膠墊，它由尖尖肋、本體、、底翼緣和底底肋四部分構(gòu)構(gòu)成：⑴尖肋。位于于膠墊之前端端，外形為三三角形，用作作第一次初步步止水。其高高度一般為38mm，個別工程用用50mm，硬度一般為為肖氏橡膠硬硬度30～35度。⑵本體。它是是承受水壓的的主體，一般般為等腰梯形形。其硬度為為肖氏50～70度，其尺寸與與要求應(yīng)按實實際工程情況況確定。⑶底翼緣。腔腔墊的底部多多有兩個突出出的翼，以使使安裝方便，，多以纖維織織物作為局部部加強(qiáng)。⑷底肋。為防防止管段端面面不夠平整而而出現(xiàn)漏水，，在橡膠底部部用肖氏硬度度為30～35度軟橡膠制成成的小肋。3．管段接頭管段水下連接接完畢后，需需在管段內(nèi)側(cè)側(cè)構(gòu)筑永久性性的管段接頭頭，使前后兩兩個管段連成成一體。這種種永久接頭構(gòu)構(gòu)造不僅應(yīng)具具有可靠的水水密性，而且且要具備抵抗抗基礎(chǔ)不均勻勻沉降和地震震造成的影響響。目前采用的管管段接頭，主主要有剛性接接頭和柔性接接頭兩種。（1）剛性接頭剛性接頭是在在水下連接完完畢后，在相相鄰兩節(jié)管段段端面之間，，沿隧道外壁壁澆注一圈鋼鋼筋混凝土將將之連接起來來，形成一個個永久性接頭頭。剛性接頭頭的最大缺點(diǎn)點(diǎn)是水密性不不可靠，在使使用過程中常常因不均勻沉沉降而開裂滲滲漏。自從水水力壓接法問問世以后，人人們在剛性接接頭的基礎(chǔ)上上加以改造形形成“先柔后后剛”式接頭頭，見圖6.13。這種接頭是是水力壓接時時所用的膠墊墊，留在外圈圈作為接頭的的永久性性止止水防線。剛剛性接頭在膠膠墊的防護(hù)之之下，不再滲滲漏。其剛性性部分一般在在沉降基本結(jié)結(jié)束之后，再再澆注鋼筋混混凝土。（2）柔性接頭柔性接頭是利利用水力壓接接時所用的膠膠墊，吸收變變溫伸縮與基基礎(chǔ)不均勻沉沉降造成的角角度變化，以以消除或減小小管段所受溫溫度與變形應(yīng)應(yīng)力。圖6.14所示為一柔性性接頭。該接接頭形式亦宜宜用于地震區(qū)區(qū)的沉管隧道道，但在其構(gòu)構(gòu)造上要滿足足線性位移和和角變形，又又應(yīng)具有足夠夠的抗拉、抗抗剪和抗彎強(qiáng)強(qiáng)度。圖6.15為日本東京港港第一航道下下的水底隧道道的抗震接頭頭──可撓性性接頭。此接接頭考慮了距距該隧道工點(diǎn)點(diǎn)約100km的太平洋沿岸岸外側(cè)地震帶帶所發(fā)生的M=8左右的強(qiáng)烈地地震，使其受受不到毀滅性性的破壞；在在靠近路道區(qū)區(qū)域即使有中中等地震也不不致破壞。6.4沉管防水技術(shù)術(shù)管隧道是用沉沉管方法施工工的一種水底底隧道。沉管管的防水技術(shù)術(shù)可歸納為：：1．鋼殼與鋼板板防水早期的沉管隧隧道，其截面面多為圓形，，一般先制造造鋼殼，然后后澆注混凝土土，這種鋼殼殼，既是施工工階段混凝土土的外模，又又是沉管在使使用階段的防防水層。在現(xiàn)代的沉管管隧道中，也也有全部采用用柔性防水的的實例。隨著著柔性防水材材料的發(fā)展，，在隧道管段段外包一段昂昂貴的防水層層的做法已過過時了。這種種防水方法耗耗鋼量大，縫縫防水性能不不可靠，鋼材材的防銹問題題難以徹底解解決和混凝土土的粘結(jié)性不不良。2．管體混凝土土防水近年來，人們們更多的研究究和利用管體體自身的混凝凝土防水性能能，用以替代代外防水?；旎炷恋淖陨砩矸浪?，就是是在混凝土施施工中，控制制混凝土配合合比并添加外外加劑，降低低由于水泥的的水化作用引引起的溫度變變化，以及采采取施工期間間的特殊措施施等，防止或或減少混凝土土的開裂，達(dá)達(dá)到防水的目目的。在隧道防水措措施中，還有有卷材防水和和涂料防水。。6.5沉管基礎(chǔ)處理理沉管隧道雖對對各種地質(zhì)條條件適用性強(qiáng)強(qiáng)，一般不需需構(gòu)筑人工基基礎(chǔ)，但施工工時仍須進(jìn)行行基礎(chǔ)處理，，其目的主要要是為了解決決開槽作業(yè)所所造成的槽底底不平整問題題。對于浚挖挖后的槽底表表面，一般存存在15～50cm，有時可達(dá)100cm的不平整度。。如不加處理理，則槽底表表面與管段底底面之間存在在著眾多不規(guī)規(guī)則空隙，導(dǎo)導(dǎo)致地基土受受力不均，引引起不均勻沉沉降，使管段段結(jié)構(gòu)受到較較高的局部應(yīng)應(yīng)力甚至破壞壞開裂。故必必須進(jìn)行適當(dāng)當(dāng)處理，將基基礎(chǔ)墊平。沉管隧道的基基礎(chǔ)處理方法法，按其鋪墊墊作業(yè)工序安安排于管段沉沉沒作業(yè)之前前或以后，可可大體上分為為先鋪法和后后填法兩大類類。1．先鋪法先鋪法也稱為為刮鋪法，按按鋪墊材料的的不同又分為為刮砂法和刮刮石法。刮鋪鋪法的基本工工序如下：（1）在浚挖溝槽槽時，向下超超挖600～800mm。（2）在槽底兩側(cè)側(cè)打兩排短樁樁，安設(shè)導(dǎo)軌軌以控制高程程。（3）向溝底投放放鋪墊材