地下結(jié)構(gòu)工程之七沉管結(jié)構(gòu)

安徽建筑工業(yè)學(xué)院地下結(jié)構(gòu)工程主講教師：席培勝第7章沉管結(jié)構(gòu)

（亦曾稱(chēng)作預(yù)制管段沉放法）沉管法是在水底建筑隧道的一種施工方法。

其施工順序是先在船臺(tái)上或干塢中制作隧道管段（用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土），管段兩端用臨時(shí)封墻密封后滑移下水(或在塢內(nèi)放水)，使其浮在水中，再拖運(yùn)到隧道設(shè)計(jì)位置。定位后,向管段內(nèi)加載,使其下沉至預(yù)先挖好的水底溝槽內(nèi)。管段逐節(jié)沉放，并用水力壓接法將相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節(jié)管段連通成為整體的隧道。在其頂部和外側(cè)用塊石覆蓋，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有較多的優(yōu)點(diǎn)。50年代起，由于水下連接等關(guān)鍵性技術(shù)的突破而普遍采用，現(xiàn)已成為水底隧道的主要施工方法。用這種方法建成的隧道稱(chēng)為沉管隧道。世界上第一條沉管鐵路隧道建于1910年，穿越美國(guó)Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀(jì)五十年代起普遍應(yīng)用,如今共有100多座沉管隧道

。（解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——水力壓接法和基礎(chǔ)處理，）混凝土管段沉管隧道大多數(shù)在歐洲，其中約有一半在荷蘭。日本第一座沉管隧道是1944年為大阪地鐵網(wǎng)修建的。至1994年11月，共修建了18座沉管隧道。我國(guó)現(xiàn)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（廣州珠江水底隧道）、香港（香港西區(qū)沉管隧道、香港東區(qū)沉管隧道）和臺(tái)灣。沉管扭法的王主要錢(qián)優(yōu)點(diǎn)紡、缺陰點(diǎn)與建植橋相奮比1、不農(nóng)影響疼任何趕航運(yùn)窩；2、不寸受惡混劣氣甩候影輝響；3、抵立抗戰(zhàn)侵爭(zhēng)破麗壞和診抗自芽然災(zāi)叼害的既能力腿強(qiáng)；4、能很做到露不拆叫遷或踏少拆煤遷，折可降避低造批價(jià)；5、超慶載能窯力遠(yuǎn)出高于橋梁；6、對(duì)共生態(tài)防環(huán)境案干擾價(jià)影響集小，拐不會(huì)裂引起劫河床什的變蘇化；7、水鴨下隧啦道結(jié)杰構(gòu)抗繩腐蝕攜性強(qiáng)蝴，耐隊(duì)久性建好；8、結(jié)丘構(gòu)維土護(hù)保瞇養(yǎng)費(fèi)握用比斜橋梁制低得鹿多；9、建挖設(shè)用吹鋼量李比橋半梁少圣；10、設(shè)計(jì)時(shí)比而較容獲易做衫到一掀隧多取用，畏可以而安排城市供水匙、供途電、鑒供氣逢、通標(biāo)信管納道等料通過(guò)籍?；厶砷_(kāi)挖狡方法:對(duì)開(kāi)培挖來(lái)竄說(shuō)，材人們賺所熟紡悉的財(cái)技術(shù)練例如反戽斗徹式挖爸泥機(jī)拐、帶吹切泥助頭或袋吸泥氏頭的帶吸泥束機(jī)或詞挖泥升機(jī)和寇帶抓選斗的遇起重華機(jī)都城是可瓣以選綁擇的創(chuàng)。切曠泥頭共挖泥烏機(jī)是蜘對(duì)要接浚挖諒的泥功土進(jìn)賄行混旅攪成志漿后語(yǔ)吸走習(xí)。如真使用帶浮放酸管路男排泥寧時(shí)，堅(jiān)這種繡挖泥爬機(jī)的炎垂直魔運(yùn)輸巧是封淘閉的沾，而珠且最深后的掘水平催運(yùn)輸堵也是雅封閉膜的?？苓@樣史對(duì)環(huán)江境的歌影響抄就比柏較小逢。戽荷斗式冰挖泥召機(jī)在淺垂直蘆運(yùn)輸黃泥土療時(shí)，查以及陳當(dāng)泥鹽土卸孩進(jìn)駁丑船中媽供水擔(dān)平運(yùn)決走時(shí)堪產(chǎn)生足的溢予出都妙會(huì)對(duì)瘋環(huán)境鞏造成弊污染往。與做戽斗僵式挖細(xì)泥機(jī)秘一樣返，帶俗抓斗近的起土重機(jī)少對(duì)環(huán)益境也鉗有同冬樣不買(mǎi)利的牢影響轎。接頭狠設(shè)計(jì)侵和處積理技元術(shù)是住沉管雅隧道茶的關(guān)飾鍵技龜術(shù)之衰一，尼接頭魯?shù)脑O(shè)茶計(jì)應(yīng)嘴能承幼受溫牽度變報(bào)化、細(xì)地震描力以暮及其饅它作覺(jué)用并煎保證聞隧道懸接頭梳具有拼良好汁的水嶺密性炭。接頭散可分臨為兩回種形非式：持一種蒜接頭蓄具有煩與其豪連接偵管段朗相似徹的斷物面剛邪度和裳強(qiáng)度——?jiǎng)傂耘K接頭勢(shì)；另懇一種敏接頭消則允改許在雕三個(gè)拒主軸訓(xùn)方向睛上有秧相對(duì)昌位移——柔性刃接頭擁。接頭查的位巾置、吊間距瀉和形車(chē)式應(yīng)替按照屯土壤戲條件程、基葡礎(chǔ)形眉式、替抗震賞以及乓可加直工性你來(lái)決休定。爬同時(shí)陵，還姻應(yīng)考釋?xiě)]接拳頭的飽強(qiáng)度邀、變貨形特汽性、筍防水臭、材濤料以錦及細(xì)紙部構(gòu)釀造。沉管俗隧道椅設(shè)計(jì)總體變幾何質(zhì)設(shè)計(jì)棋；結(jié)構(gòu)姐設(shè)計(jì)夏；通風(fēng)提設(shè)計(jì)烈；照明諷設(shè)計(jì)星；內(nèi)裝將設(shè)計(jì)制；給排雙水設(shè)畜計(jì)；供電辮設(shè)計(jì)擴(kuò)；運(yùn)行炎管理遙設(shè)施堆設(shè)計(jì)步；圓形程沉管歐、矩聲形沉診管沉管蠻結(jié)構(gòu)世設(shè)計(jì)鋼殼幸沉管蠻；外壁絹或內(nèi)需外壁塵均為網(wǎng)鋼殼全，中名間為具鋼筋隊(duì)混凝電土或錢(qián)混凝哀土，秀鋼殼忌和混顯凝土凱共同喊受力蠢結(jié)構(gòu)躬。鋼筋界混凝隆土沉岡管。主要拜有鋼移筋混寨凝土乳組成健，外帥涂防我水涂匹料。材料截面形狀空間利用率造價(jià)抗腐蝕性耐久性鋼殼沉管鋼殼、鋼混、混凝土圓形較低高較差較差鋼混沉管鋼筋混凝土矩形大較低較好較好鋼殼叛與混聰凝土卻沉管衣對(duì)比沉管謎結(jié)構(gòu)挑所受姥的荷利載結(jié)構(gòu)犯自重機(jī)、水車(chē)壓力緞、土英壓力逐、浮浙力、滅施工片荷載害、波傳浪和辭水流拉壓力攀、沉勒降摩有擦力扭、車(chē)醬輛活坡荷載載、沉紐奉船荷調(diào)載，堪地基活反力胳、溫籌度應(yīng)拐力、現(xiàn)不均憤勻沉?xí)邓z產(chǎn)生鞠的附寒加應(yīng)兇力、盾地震言等作迅用。作用上在沉朝管上禁的水制壓力套是主宮要荷東載摔。序號(hào)荷載類(lèi)型橫向豎向1水土壓力、結(jié)構(gòu)自重、管段內(nèi)外壓載重√√2管內(nèi)建筑及車(chē)輛荷載√√3混凝土收縮應(yīng)力√4浮力和地基反力√√5施工荷載√√6溫差應(yīng)力√√7不均勻沉降產(chǎn)生的應(yīng)力√8沉船拋錨及河道疏浚產(chǎn)生的特殊荷載√√9地震荷載√√沉管真荷載水壓糟力分別湯計(jì)算之正常埋的高留、低態(tài)潮水著位的援水壓伐力；臺(tái)風(fēng)傘或百停年一乘遇的督特大浪洪水私位水霜壓力吵。浮力等于壯沉管糊排水仿量。施工爐荷載端封衡墻；定位羅塔；壓載減。沉船滋荷載50賴(lài)—1淡30舞KN度/m2地基吳反力善分布件假設(shè)反力鹽按直敲線(xiàn)分夠布；反力屢強(qiáng)度臨與各造點(diǎn)地噴基沉逃降量?jī)?cè)成正固比；地基壺為半紙無(wú)限濕彈性福體，添按彈歡性理皺論計(jì)太算反愁力。浮力蔑設(shè)計(jì)1）干辭舷管段直在浮莫運(yùn)時(shí)犬，為應(yīng)了保癢持穩(wěn)竿定，捉必須符使管橫頂面枕露出趴水面棄，其露資出高瘡度稱(chēng)晶為干霉舷。具有勢(shì)一定犬干舷瀉的管相段，土與風(fēng)墓浪后銷(xiāo)產(chǎn)生趕反向揚(yáng)力矩?cái)。Ｍ党制酵缓?。干舷置的高館度應(yīng)賊適中糠，過(guò)嶺小則湊穩(wěn)定蔥性差羅，過(guò)洽大時(shí)度沉設(shè)喬困難帥。浮力茂設(shè)計(jì)時(shí)，卡按照最大視混凝龍土容菠重、櫻最大擦混凝寄土體扯積和選最小珠河水償?shù)谋扔貋?lái)計(jì)許算干理舷。2）抗往浮安槐全系耐數(shù)在管泰段沉元設(shè)施剩工階抬段，信應(yīng)采塘用1.童05～1.需1的抗歷浮安瘦全系坡數(shù)。管段配沉設(shè)妖完畢翠后，莊務(wù)必愉大于1.游05，防邪止“振復(fù)浮耳”。設(shè)計(jì)糧時(shí)需躁要按評(píng)照最小繁混凝獲土容的重、附最小自混凝使土體府積和四最大合河水貨的比文重來(lái)沒(méi)計(jì)算錢(qián)抗浮覽安全疑系數(shù)視。3）沉探管結(jié)師構(gòu)的桂外廓吊尺寸沉管匠結(jié)構(gòu)忘的外光廓尺洲寸，必須厚通過(guò)播浮力飲設(shè)計(jì)計(jì)才能牌確定;沉管爭(zhēng)結(jié)構(gòu)栽的外留廓高驕度，救往往猶超過(guò)潛車(chē)道蹄凈空果高度舅與頂豈底板管厚度燃之和罰。沉管醒結(jié)構(gòu)冊(cè)設(shè)計(jì)橫向畏結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)管段蚊橫斷食面內(nèi)皆力一柄般按泳照彈啊性支原撐箱輕形框裁架結(jié)估構(gòu)計(jì)違算；假定構(gòu)件尺寸分析內(nèi)力修正尺寸復(fù)算內(nèi)力縱向帳結(jié)構(gòu)氧設(shè)計(jì)施工濃階段計(jì)算拌浮運(yùn)乏、沉炸設(shè)施全工荷蜘載所棚引起章的內(nèi)寫(xiě)力。使用要階段按照紅彈性炭地基盲梁理用論進(jìn)泡行計(jì)暫算；沉管朽基礎(chǔ)廚設(shè)計(jì)開(kāi)槽犬前槽懼底上判的壓盯力管段寫(xiě)沉設(shè)幼、覆夜土完我畢后基礎(chǔ)禿施工輔方法:現(xiàn)有兔三種氏不同紀(jì)的基恢礎(chǔ)，蟲(chóng)歐洲少普遍鋤使用蔬噴砂計(jì)和注齒砂基死礎(chǔ)（叉后鋪份法）盞，美悔國(guó)普雞遍使送用樣回板刮幸平的抓礫石紐奉基礎(chǔ)耕（先塞鋪法軋）。樣板壓刮平旦的礫萍石基吐礎(chǔ)一般偵用于億北美模的鋼你殼管刷段隧道道。撒地槽橫浚瓦榜好后揪，接福著便泉在地曲槽底錯(cuò)上鋪鴉一層威粗砂爐或礫決石。辮礫石忙和砂謠的粒窮度級(jí)地配必胸須與端水力衡條件頑相適字應(yīng)：悄即水芹流越土大級(jí)陷配越鑒高。辯這層堂厚度委約0.犁7m瘡m。必紀(jì)須注雁意礫缸石基倦礎(chǔ)的賤刮平射度。盈要求皂的平糖順精辮度為±3肌cm，這爭(zhēng)取決校于當(dāng)區(qū)地條惰件、能砂或怠礫石秤的級(jí)管配以膝及使扶用的騎設(shè)備茫。刮慣平是符用一占?jí)K樣疲板來(lái)肉進(jìn)行央的，肢樣板樣從滑捕架上英的絞愧盤(pán)車(chē)虹上懸嗎掛下煩來(lái)，如滑架現(xiàn)沿支填承在靠?jī)蓚€(gè)坐浮筒蘭上的趕軌道擠滾動(dòng)越。這斗套設(shè)魂備錨率定在著要刮墊平處師的水賣(mài)面上護(hù)，樣成板的艘的懸許掛高禾度可野以調(diào)印節(jié)以協(xié)補(bǔ)償擠潮汐境水位重的變焰化。愁為了裕盡可淘能排費(fèi)除來(lái)菌自水區(qū)面的咐影響君，可軋以采上用按察半潛家水的錫原則雞制成聰?shù)奶卦庠O(shè)逼備。澤這種京方法慢允許擠樣板芳直接民連到雀錨墩貿(mào)上。噴砂糞基礎(chǔ)建造溫砂基荒礎(chǔ)的志第一烏個(gè)系洽統(tǒng)用高的是C&反N法（Ch籠ri強(qiáng)sTI利Ani&如Ni梨el唐so杜n法）榮，即引使用輔在隧圣道管繪段上尼方滾辭動(dòng)的躲鋼門(mén)許架，硬與門(mén)訴架相稱(chēng)連的神為三域根毗冊(cè)鄰的勇管子艦，這挽三根艘管子爽被引很入到度隧道存管段秩底部畢與地語(yǔ)槽之怖間的羊空間屬。最噴大的李管子哀在中橡間，絞通過(guò)均這根逝管子爭(zhēng)，砂卸水混的合物己被泵我送到嬌隧道億管段鍬下面歐。位債于大冬管子喂兩側(cè)愛(ài)的兩李根管婦子又挖將水晉吸回即去，辱從而辣形成蜘一種付流動(dòng)贈(zèng)作用也，使桶砂在虛隧道反管段享下面盈以一蔥種良宴好限避定和砍良好帝控制受的型成樣沉媽淀下蕉來(lái)。拼門(mén)架聰位于勉隧道進(jìn)管段岔上面閣并可挖使管犧子繞嬌一垂秩直軸慮轉(zhuǎn)動(dòng)惠，這瘦樣就浴可以顛做到悶隧道煙管段生下面急的整呼個(gè)空擔(dān)間都孩可以獄達(dá)到秘。隧和道管珠段下瞞面需圣有約1m的空叛間以暗便移尚動(dòng)管斃子。戰(zhàn)砂必謝須是標(biāo)干凈資的，有砂的近平均凡粒徑輛約為0.賠5m跟m。砂的水混汽合物霧的濃澤度和王排除嘉口速宣度與銀噴出坊形成影的砂兔餅的畝直徑騾有直金接關(guān)跳系，湖必須注很好益地控卸制。注砂?；A(chǔ)為了效避免萍使用類(lèi)門(mén)架林（因?yàn)?zāi)門(mén)架海可能米妨礙指航運(yùn)顏交通居），夜以及稱(chēng)為了晨在更豪深的硬隧道門(mén)下面躲鋪設(shè)析基礎(chǔ)絲式，開(kāi)聚發(fā)出喝砂流產(chǎn)注砂皆法。傻這種棄方法蹄像噴引砂法康一樣走把砂質(zhì)水混隸合物良泵送蛾到管尋段下灣面的行空間聰里。頌只不燃過(guò)不撇是使喉用可探移動(dòng)般的系項(xiàng)統(tǒng)，匯而是紐奉在隧清道管恐段底吹板上償開(kāi)許反多孔塔口，挽這些覽孔口達(dá)與放咸在管芹段里座面相方連。坦當(dāng)管柴道從革岸上材經(jīng)過(guò)夏隧道干通到汁這些康孔口狠處進(jìn)外行充息填砂未基時(shí)住，不果會(huì)影麥響航奴運(yùn)。孕砂水姻混合匹物通棕過(guò)在潛隧道杏管段罵內(nèi)的鈔孔口重泵出林，去涂填充笛隧道泥管段巴下面的的空漫間直玩到砂換堆接案觸到表隧道昆管段查的底內(nèi)部為持止。虧這樣恐就在杏隧道品管段航下面浪形成葵一個(gè)憐擴(kuò)大佳的砂典餅。夫直到福砂餅階內(nèi)部編的水叼壓超生過(guò)了糾預(yù)先箭指定章的最估大值轟，然腫后才招打開(kāi)南下一售個(gè)孔掀口，懼同時(shí)培將前黃一個(gè)遙孔口屠關(guān)閉涌。這疤種方礎(chǔ)法速棚度快飾，能干在24小時(shí)煙內(nèi)填梢滿(mǎn)一域個(gè)隧仔道管唉段下便面的脖整個(gè)欺空間兔，這吸樣就顫能避閘免管潛段放皂置后粥產(chǎn)生臺(tái)淤積論的危小險(xiǎn)。樣板惹刮平論的礫從石基機(jī)礎(chǔ)一般棗用于忙北美懷的鋼佳殼管若段隧芝道。辦地槽偶浚瓦刻好后跪，接榮著便擴(kuò)在地蔥槽底紗上鋪何一層勒粗砂蠅或礫芒石。感礫石韻和砂述的粒踏度級(jí)甩配必趴須與感水力拌條件阻相適吃應(yīng)：嘩即水醋流越亞大級(jí)巾配越頑高。虜這層舊厚度嗎約0.楚7m祖m。必坡須注辟意礫姑石基萍礎(chǔ)的計(jì)刮平體度?？垡笾傅钠絽琼樉蕉葹椤?桿cm，這范取決探于當(dāng)考地條燭件、寸砂或惱礫石戶(hù)的級(jí)幟配以問(wèn)及使求用的驕設(shè)備游。刮頸平是圍用一乳塊樣書(shū)板來(lái)先進(jìn)行番的，軋樣板浪從滑忙架上恐的絞球盤(pán)車(chē)某上懸優(yōu)掛下駛來(lái)，宇滑架腔沿支糟承在粥兩個(gè)踐浮筒秒上的盆軌道藥滾動(dòng)陸。這紫套設(shè)敗備錨線(xiàn)定在派要刮咸平處漿的水器面上明，樣年板的抽的懸嘉掛高兩度可你以調(diào)粥節(jié)以形補(bǔ)償考潮汐循水位能的變璃化。煉為了謀盡可川能排弱除來(lái)適自水捏面的虜影響杠，可侄以采杯用按奏半潛古水的蘋(píng)原則忍制成察的特辱殊設(shè)救備。銜這種快方法稱(chēng)允許夫樣板找直接坊連到逆錨墩再上。噴砂讀基礎(chǔ)建造爸砂基泉礎(chǔ)的蓬第一瓜個(gè)系率統(tǒng)用懲的是C&步N法（Ch邪ri聽(tīng)sTI鴉Ani&繞Ni裁el際so轎n法）瓶，即張使用受在隧耀道管演段上尖方滾擔(dān)動(dòng)的百鋼門(mén)防架，煮與門(mén)研架相艦連的輝為三擴(kuò)根毗饒鄰的副管子轟，這他三根痕管子呼被引乓入到耽隧道趴管段收底部花與地摧槽之游間的叫空間伴。最?lèi)来蟮慕涔茏影粼谥惺扉g，找通過(guò)疊這根儲(chǔ)管子卷，砂超水混革合物鞭被泵凳送到泥隧道羅管段虧下面寒。位懂于大平管子檔兩側(cè)味的兩堵根管衰子又企將水墳吸回炭去，剪從而去形成魯一種池流動(dòng)插作用尤，使妙砂在求隧道零管段悔下面班以一球種良悄好限真定和抄良好萍控制詞的型壺樣沉部淀下清來(lái)。學(xué)門(mén)架液位于抓隧道畏管段暢上面每并可惰使管亂子繞獵一垂真直軸灘轉(zhuǎn)動(dòng)仁，這統(tǒng)樣就咬可以豎做到竄隧道蹲管段赤下面嚷的整錄個(gè)空控間都崖可以覺(jué)達(dá)到堂。隧幫道管仿段下紋面需適有約1m的空錢(qián)間以斧便移環(huán)動(dòng)管工子。督砂必濕須是搜干凈衣的，鑰砂的婚平均睬粒徑畝約為0.有5m封m。砂冰水混編合物錫的濃遷度和身排除竹口速跡度與異噴出揮形成糊的砂儉餅的乎直徑浴