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1、第八章 沉管法隧道施工,8.1 概述 8.2 管段制作 8.3 管段的沉放与连接 8.4 基础处理及回填,8.1 概述,一、基本概念 沉管隧道:按照隧道的设计形状和尺寸,先在遂 址以外的干坞中或船台上预制隧道管段,并在两 端用临时封墙封闭,然后舾装好托运、定位、沉 放等设备,将其托运至遂址位置,沉放到江河中 预先浚挖好的沟槽中,并连接起来,最后充填基 础和回填砂石将管段埋入原河床中。,8.1 概述,二、沉管的基本结构 1、整体结构:由基槽、基础、管段、覆盖层等组成,整体坐落于河海水底,如图所示,8.1 概述,二、沉管的基本结构,2、管段断面结构,8.1 概述,钢壳混凝土管段 (单层、双层) 钢
2、筋混凝土管段 (常用) 钢筋混凝土管段的优缺点 优点: (1)隧道横断面空间利用率高,建造多车道隧道时优势显著; (2)车道路面最低点的高程较高,隧道的全长相应较短,所需浚挖的土方量较少; (3)不用钢壳防水,节约大量钢材; (4)利用管段自身防水的性能,能做到隧道内无渗漏水。 缺点: (1)需修建临时干坞,征地搬迁及施工费用高; (2)制作管段时,对混凝土施工要求严格,保证干舷和抗浮安全系数; (3)须另加混凝土防水措施。,8.1 概述,三、沉管法的优点 (1)对地质水文条件的适应性强,施工方法简单; (2)施工工期短,对航运干扰小,施工质量容易保证; (3)工程造价低; (4)有利于多车道
3、和大断面布置; (5)接头少、密实度高、隧道防渗效果好; (6)具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。,8.1 概述,四、主要施工工艺流程 修建临时干坞预制管段基槽浚挖、临时支座设置沉放与连接基础处理回填覆盖内部安装于装修竣工。,8.1 概述,施工过程示意视频,五、适用范围 因其埋深小、工期短、对地基承载力无特殊要 求,特别适用于软弱地层。 与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调; 具有较为合适的河海航道、水文及河床条件。 施工条件是否满足要求。,8.1 概述,六、技术发展简介 最早起源于英国伦敦泰晤士河(1810) 1894建成美国波士顿第一条城市排水隧道; 1910底特律水底铁路隧
4、道的建成,标志沉管法修建水底 隧道技术的成熟; 加拿大、美国、日本 国内:1972年香港修建第一条跨港沉管隧道; 1984台湾高雄海底隧道; 1994年珠江沉管隧道;96年宁波甬江沉管隧道。 21世纪,常洪、杭州湾、上海外环沉管隧道相继建成。,8.1 概述,8.2 管段制作,一、干坞 干坞是坞底低于水面的水池式建筑物,是修建矩形 沉管隧道的必需场所。通常是在遂址附近开挖一块低洼 场地用于预制隧道管段,属于临时工程。 1.干坞形式 固定干坞(3千万-4千万):洼地,船厂的船台 移动干坞:半潜驳(大型轮船) 2、干坞位置 遂址设计轴线上,仅一个工程使用; 隧道设计轴线之外,有利于多个工程同时使用,
5、固定干坞选择原则: 离遂址较近,附近航道具备浮运条件,以便 管节浮运和缩短运距; 附近应有可浮存若干节预制好的管节的水域; 地质条件,场地土具备一定的承载能力; 交通运输方便,有良好的外部输运条件; 征地拆迁费用低,可重复利用。,8.2 管段制作,8.2 管段制作,3、干坞规模 大型干坞;小型干坞 干坞的平面形状 干坞的深度 4、构造 边坡,坞底,坞首 干舷:管节浮起时露出水面的高度。,二、管段制作 管段制作对混凝土要求很严格,要保证干舷 (10-15cm),和抗浮安全系数以及防水要求。 1.钢筋混凝土矩形管段制作 与一般土建钢筋混凝土结构基本相同,应注意: 混凝土的防水性及抗渗性要求高; 混
6、凝土的重度控制严格; 均质性要求; 施工缝及变形缝的处理要慎重。,8.2 管段制作,2.管段的水密性控制 (1)外防水(刚性、柔性); (2)结构自身防水; (3)接缝防水。 3.封墙 管段在浮运前,在两端离端面50-100cm 处,设封墙,以便使管段能在水中浮起。材料可 用木材、钢材或钢筋混凝土。封墙上需设排水阀 、进气阀及出入人孔。,8.2 管段制作,4.压载设施 水箱的容量取决于管段干舷的大小、下沉力的 大小、管段基础处理时抗浮所需的压重。 5.检漏与干舷调整 一般在干坞灌水之前,先往压载水箱里灌压载 水,然后向干坞灌水,24-48小时后,进入管段内 对管壁进行检漏,如有渗漏及时修补;同
7、时进行干 舷调整,通过调整压载水的重量,使干舷达到设计 要求。,8.2 管段制作,8.3 管段的沉放与连接,一、基槽浚挖 基槽横断面设计,主要由底宽、深度和边坡坡度。底宽 一般比管段底宽4-10m,边坡稳定性与土层物理力学性质 相关。 纵断面:形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致。 浚挖方式:一般分层,分段进行。 浚挖设备:链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、抓斗挖泥船等。,二、管段沉放与连接 管段出坞 预制完备,安装了全部浮运、沉放、水下对接的附属 设备后,向干坞内灌水使预制管段逐渐浮起,到干坞内 外水位平衡为止,打开坞门或破坞堤,由布置在坞定的 绞车将管段逐节牵引出坞。 管段浮运:将管段从干坞托运到
8、沉放位置的过程叫浮运。 可采用拖轮拖运或岸上绞车托运。托运到沉放位置后, 要转向或平移,对准隧道中线待沉。 管段就位 管段沉放:吊沉法、拉沉法,8.3 管段的沉放与连接,吊沉法又分为: (1)起重船吊沉法 用2-4艘1000-2000KN起重船,提着预埋在管段上的3-4个 吊点,逐渐将管段沉放至基槽中的规定位置。多用于钢 壳型、规模较小隧道。 (2)浮箱吊沉法 4只1000-1500KN的方形浮箱。位于管段顶板上方,分前 后2组,每组以钢桁架联系,并以四根锚索定位,管段本 身另用6根锚索定位,浮箱通过吊索和管段起吊点连在一 起。起吊提升机和浮箱定位提升机均安放在浮箱顶部, 吊索起吊力要作用在各
9、浮箱中心。适用小型沉管。 改装后,用前后2只大浮箱,适用于大型沉管,目前应用 广泛。,8.3 管段的沉放与连接,(3)四驳扛吊法 4艘方驳,左右两艘之间架设型钢或钢板梁组 成的“扛棒”,来承受吊索的吊力。前后两组方驳 可用钢桁架联系,构成一个船组。驳船组及管段 分别用锚索定位。由于四艘方驳承担下沉力,每 艘只需要1000-2000KN的小方驳就足够了。 (4)双驳扛吊法,8.3 管段的沉放与连接,(5)骑吊法 将管段插入水上作业平台下,使平台“骑”在管 段上,将其慢慢吊放下沉。水上作业平台实际上 是个矩形钢浮箱。 目前最常用的是浮箱吊沉法和双驳扛吊法;最 主要的大型工具,四艘方型浮箱或小型方驳
10、,吨 位1000-1500KN。主要起重设备是6-14台定位卷 扬机和3-4台起吊卷扬机。,8.3 管段的沉放与连接,管段下沉 初次下沉:先灌注压载水至沉力达到规定值的50%,进 行位置校正,然后再注水使下沉力达到设计值的100%, 下沉速度:400-500mm /min,直到离管底设计高程4- 5m为止。 靠拢下沉:先将管段向前一节已沉管段的方向平移,至 距2m左右处,将管段下沉到管底设计高程0.5-1m左 右,并校正管位。 着地下沉:将管段前移至前节已沉管段约500mm处, 校正后开始着地下沉。最后1m的下沉,速度要放慢,并 随沉随测。,8.3 管段的沉放与连接,三、管段连接 1.水力压接
11、法(水下连接) 基本原理:利用作用在管段后端的端面上的巨大压力, 使安装在管段前端端面周边上的一圈橡胶垫环发生压缩变 形,构成一个水密性良好,且相当可靠的管段接头。 水力压接接头胶垫 主要工序:对位,拉合,压接、拆除端封墙。 2.管段的内部连接(永久性连接) 管段接头:刚性,柔性 最常用的“先柔后刚”,8.3 管段的沉放与连接,8.4 基础处理及回填,基础处理 一、先铺法 也叫刮铺法,分为刮砂法和刮石法。基本工序:在浚 挖沟槽时,向下超挖600-800mm;在槽底两端打两排短 桩,安设导轨以控制高程向沟底投放铺垫材料,粗砂或 碎石,铺垫宽度比沉管底加宽1.5-2.0m,长度取一节管节 的长度。 安导轨所规定的厚度,高程以及坡度,用钢犁或刮平 机刮平。为使沉管底面和垫层密贴,可在沉没完毕后, 加一“压密”工序。,8.4 基础处理及回填,二、后填法 先将管段沉没在沟槽底的临时支座上, 随后补填垫实,包括喷砂法、灌砂法、灌 囊法、压砂法、压浆法等。,回填:基础处理结束后,要对管段两侧和 顶部进行覆土回填,以确保隧道的永久稳 定。回填材料为级配良好的砂、石。为了 使回填材料紧密地包裹在沉管管段上面和 侧面不致散落,需要在回填材料上面再覆 盖石块、混凝土块。,8.4 基础处理及回填,
限制150内