沉管结构
9、沉井结构与沉管结构
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
二）沉井的类型 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（ 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（多用于工 民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、 ）；按平面形状可分为圆形沉井 业、民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、方形沉井或多边形 沉井等。 1）隧道连续沉井 ） 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法(大开挖 大开挖)、 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法 大开挖 、 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节， 图8-2所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节，长25~35m。在两个沉井之 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节 。 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、变温 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、吊顶 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道， 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道，与 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 由纵、横支撑(梁 分隔成的取土井 其尺寸应保证抓斗挖土。 分隔成的取土井， 由纵、横支撑 梁)分隔成的取土井，其尺寸应保证抓斗挖土。上下端横梁还可起支承 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后， 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后，钢 封门即可拆除。 封门即可拆除。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可 设置钢筋混凝土成层式防爆层。 设置钢筋混凝土成层式防爆层。
地下建筑结构 要点
变形缝的构造方式主要分三类:嵌缝式、贴附式、埋入式。
附建式地下结构构的特点：节省设用地和投资；平战结合，人员和设备迅速转入地；增强上层建筑的抗地震能力；上层建筑对战时武器的防护作用；防空地下室的造价比单建式式防空地下室要低；结合基本建设同时施工，便于施工管理，使用过程中的维护。上层建筑遭到破坏时容易造成出入口的堵塞、引起火灾等次生灾害。
大量性地下室底板的荷载组合（1）底板核爆炸动载，常化为等效效静载；（2）上部建筑自重的一半（3）顶板传来的静载，包括顶板板自重、覆土重、战时不拆迁的固定设备。（4）墙重。底板自重不应计入。
沉井的类型：1隧道连续沉井长度高度刚度2平战结合用的人防工事沉井
沉井的构造：井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质。纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形。内隔墙作用：增加沉井刚度并减小井壁跨径。同时又把整个沉井分区(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。底梁的设置还可防止沉井“突沉”和“超沉”，便于纠偏和分格封底
沉井抽承垫木计算两点“定位垫木”三支点；抽承垫木的顺序多数是：先抽四角，再抽跨中，并不断扩大抽拆范围，最后抽除定位垫木。
水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定
压气沉箱结构主要采用圆形、长方形等截面形式。一般由侧壁、隔墙、顶板、刃脚、吊桁、工作室顶板、内部充填混凝土、胸墙和止水壁等构成。
地下连续墙优点1.可减少对环境的影响。振动少，噪声低；对沉降及变位较易控制；
附建式地下结构选型依据：上部地面建筑的类型；战时防护能力的要求；地质及水文地质条件；战时与平时使用的要求；建筑材料的供应情况；施工条件。
沉管结构.
沉 管 结 构设计
4）预应力的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
一般情况下，沉管隧道采用普通混凝土结 构而不用预应力混凝土结构。因沉管的结 构厚度并非强度决定，而是由抗浮安全系 数决定。 当隧道跨度较大，达三车道以上，或者水、 土压力又较大时，采用预应力 。
沉 管 结 构设计
(a)Almendares (b)Lafontaine 1-预应力索；2－临时拉索；3－防水层
接缝管段处理与防水措施
9.3.3管段外壁的防水措施
沉管外防水和沉管自防水两类; 外防水包括了钢壳，钢板防水，卷材防 水，涂料防水等不同方法； 自防水主要是采用防水混凝土。
接缝管段处理与防水措施
9.3.4钢壳与钢板防水
在沉管的三面（底和二侧）甚至四面 （包括顶面）用钢板包覆的防水 ; 耗钢量大、焊缝防水可靠性不高、钢材 防锈问题仍未切实解决;
沉 管 结 构设计
沉降摩擦力
沉 管 结 构设计
地基反力的分布规律
（1）直线分布； （2）反力强度和各点沉降量成正比，即 文克尔假定，又可以分为单一系数和多 种地基系数的两种； （3）假定地基为半无限弹性体，按弹性 理论计算反力。
沉 管 结 构设计
9.2.2浮力设计
1）干舷 管段在浮运时，为了保 持稳定，必须使管顶面 露出水面，其露出高度 称为干舷。具有一定干 舷的管段，与风浪后产 生反向力矩，保持平衡。 干舷的高度应适中，过 小则稳定性差，过大时 沉设困难。
沉 管 结 构概 述
沉管隧道有圆形和矩形两类，其设计、施工及所 用材料有所不同。 （1）圆形沉管隧道：这类沉管内边均为圆形、外 边则为圆形、八角形或花篮形，多半用钢壳作为 防水层； （2）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容 纳2－8个车道，矩形断面的空间利用率较高，
沉管结构设计
目录工程资料 (2)1工程概况 (2)2.场地地质及水文地质情况 (2)2.1地形地貌 (2)2.2地层构成 (2)2.3拟建场地水文地质条件 (3)设计内容 (5)1. 干坞开挖设计 (5)2管段结构的外轮廓尺寸设计 (5)2.1设计依据 (5)2.2设计内容 (5)3沉管的埋置深度及荷载计算 (7)3.1沉管埋置深度 (7)3.2沉管的荷载计算 (7)4结构内力计算 (9)4.1计算模型的简化 (9)5配筋的计算与布置 (12)5.1设计依据 (12)5.2侧板配筋计算 (13)5.3顶板配筋计算 (14)5.4底板配筋计算 (14)5.5纵筋的配置 (15)6变形缝与管段接头设计 (15)6.1变形缝设计 (15)6.2接头设计 (16)参考文献 (17)工程资料1工程概况工程名称：某公路过河隧道沉管结构设计工程地点：某东西走向河流沿岸本工程场地位于某东西走向河流沿岸，河宽300m左右。
本地属亚热带带气候，河流常年水深在10m左右，河道常年通行船舶。
拟建工程位于市区周边，规划道路横穿河流，考虑到今后开发的需要，桥梁工程占地面积较大且对于城市建筑造成不利影响，拟采用河底隧道。
由于盾构隧道工程量较大且施工难度较大，采用沉管隧道的形式。
本工程场地位于市区苏家坨镇三星庄北，东西两侧均有公路通过，交通便利。
拟建的隧道工程河流南侧拥有大片未占用土地，可用于沉管结构管段浇筑时开挖干坞。
南北两侧河岸最高点距水面约2m左右，位置较好。
拟建隧道垂直穿越河流，两岸经引道引入地下。
2.场地地质及水文地质情况2.1地形地貌场地现状地形较平坦开阔，河岸两侧200m以内地表均为天然河岸土，无人工堆积及建筑垃圾。
由于杂草及河水冲积，有机质成分较多，地面高程约为23.69～25.65m。
2.2地层构成根据地层钻探结果，拟建场地30.00m深度范围内的地层主要为新近沉积层及一般第四纪沉积层构成。
现根据现场钻探情况将场地地层自上而下分述如下：新近沉积层：①淤泥质粘土：暗褐、灰褐、灰色，很湿，软塑～可塑，含氧化铁和云母，可见少量螺壳、姜石及有机质，属高压缩性土。
沉管和桥管施工主体结构
沉管和桥管施工主体结构7．1 一般规定7．1．1 穿越水体的管道施工方法，应根据水下管道长度和管径、水体深度、水体流速、水底土质、航运要求、管道使用年限、潮汐和风浪情况等因素确定。
7．1．2 施工前应结合工程详细勘察报告、水文气象资料和设计施工图纸，进行现场调查研究，掌握工程沿线的有关工程地质、水文地质和周围环境情况和资料，以及沿线地下和地上管线、建(构)筑物、障碍物及其他设施的详细资料。
7．1．3 施工场地布置、土石方堆弃及成槽排出的土石方等，不得影响航运、航道及水利灌溉。
施工中，对危及的堤岸、管线和建筑物应采取保护措施。
7．1．4 沉管和桥管施工方案应征求相关河道管理等部门的意见。
施工船舶、水上设备的停靠、锚泊、作业及管道施工时，应符合航政、航道等部门的有关规定，并有专人指挥。
7．1．5 施工前应对施工范围内及河道地形进行校测，建立施工测量控制系统，并可根据需要设置水上、水下控制桩。
设置在河道两岸的管道中线控制桩及临时水准点，每侧不应少于2个，且应设在稳固地段和便于观测的位置，并采取保护措施。
7．1．6 管段吊运时，其吊点、牵引点位置宜设置管段保护装置，起吊缆绳不宜直接捆绑在管壁上。
7．1．7 管节进行陆上组对拼装应符合下列规定：1 作业环境和组对拼装场地应满足接口连接和防腐层施工要求：2 浮运法沉管施工，应选择溜放下管方便的场地；底拖法沉管施工，组对拼装管段的轴线宜与发送时的管段轴线一致；3 管节组对拼装时应校核沉管及桥管的长度：分段沉放水下连接的沉管，其每段长度应保证水下接口的纵向间隙符合设计和安装连接要求；分段吊装拼接的桥管。
具每段接口拼接位晋应符合设计和吊装要求；4 钢管、聚乙烯管、聚丙烯管组对拼装的接口连接应符合本规范第5章的有关规定，且钢管接口的焊接方法和焊缝质量等级应符合设计要求；5 钢管内、外防腐层施工应符合本规范第5章相关规定和设计要求；6 沉管施工时，管节组对拼装完成后，应对管道(段)进行预水压试验，合格后方可进行管节接口的防腐处理和沉管铺设；7 组对拼装后管道（段)预水压试验应按设计要求进行，设计无要求时，试验压力应为工作压力的2倍，且不得小于1．0MPa，试验压力达到规定值后保持恒压10min，不得有降压和渗水现象。
沉管隧道结构的设计与施工105页
9.2.3 沉管结构荷载
❖结构自重 ❖水压力（主要） ❖高、低潮位；若干年一遇的特大洪水水位等 ❖土压力（主要） ❖浮力 ❖施工荷载：定位塔、封端墙、出入筒、压载水柜、
索具浮箱等重量；吊索拉力、支座反力等 ❖波浪力 （一般不大）：波长等于管段全长，波高
件等。
Underground Structure Engineering Chapter 13
9.2.2 沉管的浮力设计
1.干弦的计算 ❖管段浮运时，露出水面的高度，称为干舷。 ❖作用：产生反倾力矩保持管段稳定。 ❖尺寸：矩形断面干舷10－15 cm（不宜太
小或太大）圆形40～50 cm。 ❖个别情况用浮筒助浮。
计算； ❖超静定结构： 弯矩分配法，矩阵位移法（杆系
有限元）、连续体有限元。
Underground Structure Engineering Chapter 13
2. 纵向内力分析 ❖施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计
算浮运、沉设时施工荷载（定位塔、端封 墙等）所引起的内力。 ❖使用阶段的纵向受力分析，一般按弹性地 基梁理论进行计算。 ❖沉管隧道纵断面设计需要考虑温度荷载和 地基不均匀沉降以及其他各种荷载，根据 隧道性能要求进行合理组合。
管段的制作
❖ 沉管隧道有圆形和矩形两类，其设计、施工及所 用材料有所不同。
❖ （1）圆形沉管隧道：这类沉管内边均为圆形、外 边则为圆形、八角形或花篮形，多半用钢壳作为 防水层；
❖ （2）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳 2－8个车道，矩形断面的空间利用率较高，
圆形沉管、矩形沉管
广州市第二条过江沉管隧道仑头—生物岛 隧道，首段55米长的沉管箱体成型
地下结构设计9：沉管结构设计
2、管段沉设与水下连接
⑴沉设方法
预制管段沉设是沉管隧道施工中的重要环节之一，它 不仅受气候与河流等自然条件的直接影响，还受到航 道、施工设备等条件的制约。在沉设施工时应根据自 然条件、航道情况、管段规模以及设备条件等因素， 因地制宜选用最经济的沉设方案。 目前的沉设方法主要包括吊沉法（又分为分吊法、扛 吊法和骑吊法）和拉沉法两大类。
管段制作须在干坞中进行，其工艺与一般钢筋混凝土结构基本相同， 但考虑到管段浮运和沉设阶段对管段的均质性和水密性有相当高的要 求，在管段的制作过程中应特别注意以下几个方面： ①要保证混凝土高质量的防水性和抗渗性； ②要严格控制混凝土的重度，防止管段因混凝土重度过大不能浮起， 从而无法满足浮运要求； ③严格控制模板变形，以满足对混凝土均质性的要求，否则，若出现 管段板、壁厚度的局部较大偏差，或混凝土重度不均匀，将导致管段 在浮运阶段发生倾侧； ④必须慎重处理管段上的施工缝及变形缝。
第九章
沉管结构设计
第一节 概述
第二节 沉管的结构设计 第三节 管段的制作与沉设 第四节 沉管基础
第一节 概述
1.1 水底隧道的施工方法： 围堤明挖法、矿山法、气压沉箱法、盾构法 以及沉管法。 世界上第一条沉管铁路隧道建于1910年，穿 越美国Michigan州和加拿大Ontario省之间的 Detroit河； 沉管法是十九世纪五十年代起普遍应用,如今 共有100多座沉管隧道 。
a 在干坞中建成管段；b 管段压载后向干坞灌水；c 浮箱在管段上就位； d 管段浮起待运；e 安装定位塔和进出口，管段重新加载并由浮箱系吊； f、g 管段下沉就位
矩形管段用浮箱吊沉法施工过程示意
方驳扛吊法示意 1—定位塔；2—方驳；3—定位索
第九讲 沉管结构
第九讲沉管结构一、概述1．桥梁与沉管公路或城市道路、地铁等遇到江河湖海、港湾时，渡越的办法很多，常见的有轮渡、桥梁、水底隧道等。
这些渡越方案各有其优缺点及其适用范围，需要根据交通需要及工程水文、气候、地质条件等因地制宜地进行选择。
桥梁的主要优点是单位长度造价低，一定程度上还能为城市景观增色。
传统观点一般认为:如果河道浅，则选择桥梁;如果河道深，则宜选择水底隧道。
其实，桥梁跨度、桥下净空高度、引桥长度都受到水文地质条件和航道要求的制约。
若水道通航孔的通行能力为10~20万t以上，就需要50~60m以上的桥下垂直净空，较大的净空要求必然导致引桥长度的大幅增加，这样的“高桥”，不但总造价常超过一般概念中认为比较贵的水底隧道，而且这么长的引桥、引道在市区内通过，其干扰和影响也不易妥善解决。
另外桥梁的运营条件也受气候条件的影响。
在此情况下以水底隧道作为“高桥”的一种代替，一般是比较经济、合理的，且其运营可以是全天候的不受气候条件的影响;其建造作业一般不受地面土地动迁等较大外部制约而能比较有把握的确定工程的开工预期。
2. 水底隧道的主要施工方法构筑围堰，明挖施工最为简单，但是较常用的还是盾构法和沉管法。
沉管法的主要优点是：（1）隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短；（2）隧道主体结构在干坞中工厂化预制，因而可保持良好的制作质量和水密性；（3）对地基的适应性强；（4）接头数量少，只有管节之间的连接接头，由于采用了GINA和OMEGA 止水带两道防水屏障，隧道的防水性能好。
沉管的主要缺点有：（1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞；（2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大。
另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价（3）管节浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的影响，有时需短期局部封航。
另外，水体流速会影响管段沉放的准确度，超过一定的流速可能导致沉管无法施工。
沉管结构
内容提要 1. 沉管法施工原理、方法及特点 2. 沉管结构类型、管段浮力设计 3. 管段防水 4. 管段沉放与水下连接 5. 沉管基础处理
12.1 概述
世界上由于海峡存在，陆地被分割，在不同条件下形 成两个区域，并造成交通障碍及文化差异。
连接海峡两岸主要有三种方式：轮渡、修建桥梁和修 建隧道。
世界最长沉管隧道(18.1km)-费马恩接线隧道方案
12.2 沉管结构设计
沉管隧道的横断面结构
水下沉管隧道的整体结构是由管段基槽、基础、管段、 覆盖层等组成，整体坐落于河(海)水底。
覆盖层
管段
基槽 基础
12.2.1 沉管结构类型 沉管隧道的管段断面结构形式按制作材料分，主要有
基槽的水底浚挖施工
水底浚挖所需费用不多，一般只占工程总造价的5%~8%， 但它是沉管隧道施工的一个很重要的工程项目，常用挖槽 设备有：
漂浮式挖槽机：只能在浅水和基槽深度不大时使用。 自行调高的走行式挖槽机：限制水深在70m以内的条件下
使用，不易受风浪影响。 全沉型挖槽机：可在海底走行或在轨道上移动，施工精确，
100多年来，大多数的水底隧道都用盾构法施工，但 从20世纪50年代起，由于沉管法的两项关键技术—水 力压接法和基础处理相继突破，使之施工方便、防水 可靠、造价便宜等优点更加突出，呈现取代之势。
沉管法概念
按照隧道的设计形状和尺寸，先在隧址以外的干坞中 或船台上预制隧道管段，并在两端用临时隔墙封闭，然 后舾装好拖运、定位、沉放等设备，将其拖运至隧址位 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。用这种 方法修建的隧道又称水下隧道或沉管隧道。
工
理盖修
沉管结构
接缝管段处理与防水措施
9.3.2止水缝带
普遍的是橡胶止水带和钢边橡胶止水带。 1)橡胶止水带 橡胶止水带可用天然橡胶（含胶率） 70％）制成。亦可用合成橡胶（如氯 丁橡胶等）制成。
接缝管段处理与防水措施
橡胶止水带的寿命
潮湿、无日照及温度较低 等环境理想。 地下工程中的橡胶止水带的耐用寿命应在 六十年以上。 经老化加速实验亦可断定其安全年限超过 100年。
管段沉设与水下连接
9.4.2水下连接
早期采用灌筑水下混凝土施工法 ； 二十世纪五十年代末，加拿大的台司隧道采 用水力压接法。 用水力压接法进行水下连接的主要工序是： 对位——拉合——压接——拆除端封墙
管段沉设与水下连接
管段接头
9.5 管段接头
管段接头的构造，主要有刚性接头和柔性 接头两种。 9.5.1刚性接头
接缝管段处理与防水措施
9.3 接缝管段处理与防水措施
9.3.1变形缝的布置与 构造 沉管结构一般都是二次 浇筑 ，常易发生收缩裂 缝 。不均匀沉降等影响 也易致管段开裂 。
接缝管段处理与防水措施
变形缝
每节管段分割成若干 节段，一般为15～ 20m左右 。
接缝管段处理与防水措施
变形缝须满足
沉管隧道中 ，群桩的桩顶标高不等； 采取措施以使各桩能均匀受力 ：
水下混凝土传力法； 灌囊传力法；
活动桩顶法
沉 管 基 础
1－钢管桩；2－桩靴；3－水泥浆；4－活动桩顶；5－预制混凝土桩； 6－导向管；7－尼龙布囊；8－灌水；9－压浆管
本 章 要 点
第九讲 沉管结构
第九讲沉管结构一、概述1．桥梁与沉管公路或城市道路、地铁等遇到江河湖海、港湾时，渡越的办法很多，常见的有轮渡、桥梁、水底隧道等。
这些渡越方案各有其优缺点及其适用范围，需要根据交通需要及工程水文、气候、地质条件等因地制宜地进行选择。
桥梁的主要优点是单位长度造价低，一定程度上还能为城市景观增色。
传统观点一般认为:如果河道浅，则选择桥梁;如果河道深，则宜选择水底隧道。
其实，桥梁跨度、桥下净空高度、引桥长度都受到水文地质条件和航道要求的制约。
若水道通航孔的通行能力为10~20万t以上，就需要50~60m以上的桥下垂直净空，较大的净空要求必然导致引桥长度的大幅增加，这样的“高桥”，不但总造价常超过一般概念中认为比较贵的水底隧道，而且这么长的引桥、引道在市区内通过，其干扰和影响也不易妥善解决。
另外桥梁的运营条件也受气候条件的影响。
在此情况下以水底隧道作为“高桥”的一种代替，一般是比较经济、合理的，且其运营可以是全天候的不受气候条件的影响;其建造作业一般不受地面土地动迁等较大外部制约而能比较有把握的确定工程的开工预期。
2. 水底隧道的主要施工方法构筑围堰，明挖施工最为简单，但是较常用的还是盾构法和沉管法。
沉管法的主要优点是：（1）隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短；（2）隧道主体结构在干坞中工厂化预制，因而可保持良好的制作质量和水密性；（3）对地基的适应性强；（4）接头数量少，只有管节之间的连接接头，由于采用了GINA和OMEGA 止水带两道防水屏障，隧道的防水性能好。
沉管的主要缺点有：（1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞；（2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大。
另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价（3）管节浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的影响，有时需短期局部封航。
另外，水体流速会影响管段沉放的准确度，超过一定的流速可能导致沉管无法施工。
第十三章 沉管施工(改)
一、几种修建水下隧道方法评述
沉管法施工的优缺点
适宜全天候通行； 不影响生态环境，维护环保； 有利于隐蔽和抗震性好； 造价高、风险大内部行车条件较差； 运营和维修费用高。
一、几种修建水下隧道方法评述
釜山——巨济沉管隧道设计
一、几种修建水下隧道方法评述
世界上第一座海底隧道：自 1910年美国底特律河建成世界 上第一座水下沉管隧道
三、沉管隧道的分类
2、矩形沉管 荷兰的玛斯隧道（Mass，1942年建成）首创矩形沉管以 来，目前世界各国（除美国外）大都采用矩形沉管。
矩图形9-折2 拱矩形形折结拱构形结构
(a）六车道六矩车形道矩沉形管沉管 (b)八八车车道道矩矩形形沉管沉管
四、沉管隧道组成
沉管隧道一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井及沉埋段 等部分组成。
早期沉管隧道管段之间的连接，都是待管段沉设完毕后， 再灌注水下混凝土。如荷兰的玛斯（Maas，1942）隧 道，古巴的阿尔曼德斯（Almendaras，1953）隧道和 哈瓦那港（Havana Bay，1958）水底隧道，这种方法 水下潜水工作量大，工艺复杂，且不能适应隧道变形， 易开裂漏水。60年代，荷兰鹿特丹地下铁道沉管隧道， 将其改进成为尖肋型（荷文原名Gina，目前，各国普遍 采用尖肋型胶垫。
封墙上须设排水阀、进气阀以及入水孔。排水阀设于 下部，进气阀设于顶部，口径100mm左右。入水孔 应设置防水密闭门。
三、管段制作
封板
三、管段制作
3、压载设施
管段下沉由压载设施加压实现，容纳压载水的容器称 为压载设施，一般采用水箱形式，须在管段封墙安设 之前就位，每一管段至少设置四只水箱，对称布置于 管段四角位置。水箱容量与下沉力要求、干舷大小、 基础处理时“压密”工序所需压重大小等有关。
简述围筑海塘的方法
简述围筑海塘的方法
围筑海塘是一种保护海岸线并防止海洋侵蚀的方法。
下面是一些常见的围筑海塘的方法：
1. 石堤：使用大型岩石或混凝土块堆砌成的海堤，能够有效抵御海浪和海水冲击。
石堤具有稳定性和耐久性，并能提供一定的滨海防护。
2. 沙堤：通过堆积沙丘形成的海堤，可以阻挡海浪和海水侵蚀。
沙堤在自然环境下的形成速度较慢，但可以通过人工补充沙土来加速形成和维护。
3. 沉箱结构：通过将大型混凝土或钢筋混凝土沉箱沉入海床，形成固定的堤坝结构。
这种方法常用于深水区域，可以提供强大的防护能力。
4. 塑料护岸：利用专用的塑料护岸板材围绕海岸线建立防护屏障。
这些板材可以有效防止波浪侵蚀，并具有环保和可持续发展的特点。
5. 沉管结构：通过沉管的方式形成固定的隔离结构，通常用于航道
的围护和保护。
沉管可以采用钢管或混凝土管材。
6. 排灌沟渠：在沿海地区建立排灌沟渠系统，通过排除内陆水源，降低海滩的水位，减少沿海地区的涌浪和侵蚀。
以上仅是一些常见的围筑海塘的方法，具体的方法选择将取决于地理条件、使用要求和预算等因素。
在实施围筑海塘项目时，还需要进行详细的工程设计和计划，确保其有效性和可持续性。
9沉井结构与沉管结构
9沉井结构与沉管结构沉井结构和沉管结构是两种常见的深水建筑结构形式，它们在油气勘探、桥梁建设、海上工程等领域中得到了广泛的应用。
本文将对沉井结构和沉管结构进行详细介绍，并比较它们的特点和适用范围。
一、沉井结构沉井结构是指将施工完成的钢筒沿垂直方向下沉至水下，并与海底或河底形成一种稳定的基础形式。
沉井结构通常由一个钢筒或多个钢筒组成，通过水下安装机械设备和管线来实现相应的功能。
沉井结构的特点：1.适用范围广：沉井结构可以应用于各种深水条件下，包括平缓的海底或陡峭的河底。
2.抗风浪能力强：沉井结构由于其自重大，可以提供较强的抗风浪能力，适合于暴露在海上的工程。
3.维护便利：沉井结构相对于其他水下结构来说，更容易进行检修和维护，对于设备的更换和维护工作来说，更加方便。
4.抗底层气侵蚀：沉井结构可以通过设计合理的气流控制系统，防止底部产生气体浮力影响结构稳定。
二、沉管结构沉管结构是指将已经制作完成的混凝土沉管下沉至水下形成基础的结构形式。
沉管结构通常由单个或多节沉管组合而成，通过水压和重力来稳定在水下地层。
沉管结构的特点：1.安全性高：沉管结构由于其重力作用，稳定性较好，可以保证工程的安全性。
2.施工便利：沉管结构的制作和安装相对较为容易，可以通过水压和水位控制系统来实现，对施工要求相对较低。
3.适用于浅水区：沉管结构通常适用于水深较浅的区域，如河道、港口等。
4.隐蔽性好：沉管结构可以埋入水下地层，不对水面交通和风景线产生明显影响，有利于环境保护和美化城市景观。
三、沉井结构与沉管结构的比较1.结构形式：沉井结构一般为一个或多个垂直的钢筒组合而成，而沉管结构则是由混凝土沉管组成。
2.施工难度：沉井结构相对来说更加复杂，需要进行焊接、安装等环节，而沉管结构的施工相对简单，只需制作完成后进行下沉安装即可。
3.应用范围：沉井结构适用于各种深水条件下，包括海上和河底工程，而沉管结构适用于相对较浅的水域，如河道、港口等。
钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量控制
钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量控制摘要：通常情况下，沉管隧道有钢筋混凝土沉管和钢壳混凝土沉管两种基本类型，其中钢壳混凝土沉管在施工便利性、结构规模、承载能力、抗沉降、抗震以及受混凝土开裂影响等方面具有一定优势。
基于此，本文将对钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量控制进行探讨，以供参考。
关键词：钢壳沉管；自密实混凝土；浇筑；质量控制一、沉管结构特点与混凝土性能1.钢壳沉管结构特点沉管隧道采用钢壳混凝土组合结构,钢壳主要由内外面板、横纵隔板、横纵加劲肋及焊钉组成。
内外面板和横纵隔板连接形成受力框架、内填混凝土的独立隔仓,单个标准隔仓尺寸为3m×3.5m×1.5m。
纵向加劲肋采用T型钢及角钢,与焊钉保证面板与混凝土的有效连接,与横向扁肋共同作用,以增强面板刚度。
隔仓中央设置1个50mm高的ϕ273mm浇筑孔,周边边角及T肋附近设置10个50mm高的ϕ89mm排气孔。
隔仓浇筑时,浇筑孔外套管为长1000mm的PE管,排气孔外套管为长600mm的透明亚克力管,混凝土浇筑完成后进行等强水密封堵。
单节标准管节的尺寸为165m×46m×10.6m(长×宽×高),其被纵横隔板划分为2255个相互独立的隔仓,混凝土浇筑方量约为2.93万m³。
钢壳沉管管节结构构造见图1。
(a)管节结构构造图(半幅) (b)隔仓构造图图1钢壳沉管管节结构构造图2.自密实混凝土性能要求为保证钢壳管节自密实混凝土在无需振捣的条件下依靠自身流动性和填充性在隔仓内部形成密实结构,并最终与钢壳共同作用,达到协同受力的效果,要求采用的自密实混凝土具备良好的流动性、填充性、抗离析性等工作性能,实现混凝土在钢壳内的流动和自动填充密实,同时还要有一定的黏聚性,防止混凝土发生分层。
自密实混凝土工作性能主要以流动性、填充性、黏聚性、间隙通过性、抗离析性为主。
二、原材料及配合比1.原材料钢壳沉管自密实混凝土采用的原材料及性能指标见表1。
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孔的内净宽度，以及车行道净空高度。
沉管结构的全高以及其它外廓尺寸的确定必须满足沉管 的抗浮设计要求，必须经过浮力计算和结构分析的多次 试算与复算，才能予以确定。
11.2.4 沉管结构计算与配筋
（一）横向结构计算
横截面多是多孔（单孔的极少）箱形框架。
管段横断面内力一般按弹性支承箱形框架结构计算。 由于荷载组合的种类较多，而箱形框架的结构分析必须经 过“假定构件尺寸—分析内力―修正尺寸―复算内力”的 几次循环，而且即使在同一节管段（一般为100m长）中， 因隧道纵坡和河底标高变化的关系，各处断面所受水、土 压力不同（尤其是接近岸边时，荷载常急剧地变化）。
设计时应按不利组合分别取用其最小值与最大值。
浮力也不是个常量。浮力应等于排水量，但作用于沉设
在粘性土层中的管段上的浮力，有时也会由于“滞后现
象”的作用而大于排水量。
施工荷载主要是端封墙、定位塔、压载等重量。
波浪力一般不大，不致影响配筋。 水流压力对结构设计影响亦不大，但必须进行水工模拟 试验予以确定，以便据以设计沉设工艺及设备。 沉降摩擦力是在覆土回填之后，沟 槽底部受荷不均，沉降亦不均的情 况下发生的。在沉管侧壁防水层之 外再喷涂一层软沥青，则 可使此项沉降摩擦力大为减小。
钢筋混凝土沉管主要由钢筋混凝土组成，外涂防水涂料。 沉管预制一般在干坞内进行，临时干坞工程量较大；管 段预制时须采取严格的施工措施防止混凝土产生裂缝。
钢筋混凝土沉管用钢量少，造价相对较低。钢筋混凝土
管段一般采用矩形断面，断面利用率高，多管孔可随意
组合。
11.2.2 沉管结构的荷载
作用在沉管结构上的荷载计有：
3．隧位现场的施工期短。在市区里建设水底隧道时，城市 生活因施工作业而受干扰和影响的时间，以沉管隧道为 最短。 4．操作条件好。基本上没有地下作业，水下作业亦极少， 气压作业则完全不用。施工较为安全。
5．对地质条件的适应性强，能在流砂层中施工，不需特殊 设备或措施。
6．适用水深范围几乎是无限制的，以潜水作业的最大深度 作为限度，则沉管隧道的最大深度可达70m。
在覆土完毕后的使用阶段，应采用1.2～1.5的抗浮安全
系数。
计算使用阶段的抗浮安全系数时，可考虑两侧填土的部
分负摩擦力作用。
进行浮力设计时，应按最小的混凝土容重和体积，最大 的河水比重来计算各个阶段的抗浮安全系数。
（三）沉管结构的外轮廓尺寸
根据沉管隧道使用阶段的通风要求及行车限界等确定隧
（一）干舷 管段在浮运时，为了保持稳定，必须使其管顶露出水面， 露出的高度就称作为干舷。 具有一定干舷的管段，遇到 风浪而发生倾侧后，它就会自动产生一个反倾力矩M，使 管段恢复平衡。
一般矩形断面的管段，干舷多为 10～15cm，而圆形、八角形或花 篮形断面的管段，则因顶宽较小， 故干舷高度多采用40－50cm。
VI
K1 K2
VII
K1 K1 K2
=5kN/m2 =50kN/m2
III IV VI K=50kN/m2
0
200
400
图11-5 地基反力假设的一例
有采用单一地基系数的，亦有采用多种地基系数的。
混凝土收缩影响系由施工缝两侧不同龄期混凝土的（剩 余）收缩差所引起，应按初步的施工计划，规定龄期差 并设定收缩差。 变温影响主要由沉管外璧的内外侧温差所引起。设计时 可按持续5～7天的最高气温或最低气温计算。计算时可 采用日平均气温，不必按昼夜最高或最低气温计算。计
结构自重；水压力；土压力；浮力；施工荷载；预应力；
波浪和水流压力；沉降摩擦力；车辆活载；沉船荷载； 地基反力；混凝土收缩影响；变温影响；不均匀沉陷影 响；地震荷载等。
沉 管 荷 载 表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 荷 载 类 型
表 11-2 横 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 向 纵 ★ ★ 向
影响。 水底隧道经济、合理，运营可以是全天候的，不需地面
土地动迁、影响环境。
11.1.1 水底隧道的主要施工方法
构筑围堰，明挖施工最为简单，较常用的是盾构法和沉管
法。 沉管法的主要优点是： （1）隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短。 （2）隧道主体结构在干坞中工厂化预制，因而可保持良好的
7．断面形状选择的自由度较大，断面空间的利用率较高。一 个断面内可容纳4～8个车道。
8．水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。
9．施工时须与航道部门密切配合，采取措施（如暂时的航道
迁移等）以保证航道畅通。
11.1.3 沉管隧道的设计
水底道路用的沉管隧道，设计内容较多，涉及面较广，
主要有： 总体几何设计；结构设计；通风设计；照明设计；内装 设计；给排水设计；供电设计；运行管理设施设计等。 其中总体几何设计非常重要，常是决定隧道工程设计成
于设计隧位处预先挖好一个水底沟槽。
待管段定位就绪后，向管段里灌水压载，使之下沉。
沉设完毕的管段在水下联接起来。
进行基础处理，经覆土回填后，便筑成了隧道。
（a）沉管隧道的施工工艺流程图
临时干坞 管段制作
出坞、系泊、舾 装 沉放、水下连接
基槽浚挖 沉放、 水下连 接
基础处理 沉放、 水下连 接 回填、覆盖 沉放、 水下连 接
断面形状多为矩形，可容纳 4、6 或更多车道 接头数量少，防水性能好 有影响 要考虑水文、 气象条件 影响
11.1.2 沉管隧道施工
（一）沉管施工法简介
先在隧址以外建造临时干坞，在干坞内制作钢筋混凝土的
隧道管段（道路隧道用的管段每节长60～140m。 两端用临时封墙封闭。 向临时干坞内灌水，使管段逐节浮出水面，并用拖轮拖运 到指定位置。
不能仅按一个横断面的结图11-8 沉管的结构截面
§ 11
沉
管
结
构
目录
§ 11.1 概述 § 11.2 沉管结构的设计 § 11.3 沉管的防水设计 § 11.4 变形缝与管段连接设计
§ 11.5 沉管基础设计
§ 11.1 概述
江河湖海、港湾渡越有轮渡、桥梁、水底隧道等。 桥梁跨度、桥下净空高度、引桥长度都受到水文地质条
件和航道要求的制约。桥梁的运营条件也受气候条件的
钢壳在船坞内预制，下水后浮在水面浇灌钢壳内的大部分混 凝土，钢壳既是浇灌混凝土的外模板又是隧道的防水层，省 去了钢筋混凝土管段预制所需的干坞工程。 隧道耗钢量大，钢壳制作的焊接工作量大，防水质量难以保 证。
钢壳的防腐蚀、钢壳与混凝土组合结构受力等问题不易 得到较好解决，且施工工序复杂；钢壳沉管由于制造工 艺及结构受力等原因，断面一般为园型，每孔一般只能 容纳两车道，断面利用率很低，不经济。
算变温应力时，还应考虑徐变影响。
管段计算应根据管段在预制、浮运、沉设和运营等各不同阶 段进行荷载组合，一般考虑以下三种：
A 基本荷载； B 基本荷载+附加荷载； C 基本荷载+偶然荷载。
11.2.3 沉管结构的浮力设计
浮力设计的内容包括干舷的选定和抗浮安全系数的验算，
其目的是最终确定沉管结构的高度和外廓尺寸。
败的一个关键。
总体几何设计的构思是否先进，对整个工程的经济性和 合理性常带来根本性的影响。
图11-3 沉管隧道的断面（矩形）
§ 11.2 沉管结构的设计
11.2.1 沉管结构的类型
钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。
钢壳沉管为外壁或内外壁均为钢壳，中间为钢筋混凝土或混 凝土，钢壳和混凝土共同受力的复杂结构。
图11-6 管段的干弦与反倾力矩
也不宜过大，因为管段沉设时，首先要灌注一定数量的 压载水，以消除上述干舷所代表的浮力而下沉。干舷越
大，所需压载水罐〔或水柜）的容量就越大，就不经济。
干舷高度不宜过小，否则稳定性差。
a)
b)
c)
图11-7 圆形、八角形和花篮形断面
极个别的情况下，由于沉管的结构厚度较大，无法自浮
盾构法与沉管法优缺点对照表 项目 隧道埋深 隧道长度 断面形状 盾构法 应保持一定的覆土厚度最 小宜为 0.6~1D 相对较长 基本为圆形， 一般容纳两车 道 纵、环向接头数量多、防水 防水性能 对航运影响 水文、气象条件 性能相对较差 无影响 不受限制
表 11 -1 沉管法 可紧贴河床甚至高出 河床 相对较短
（二）抗浮安全系数
在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.10的抗浮安全系 数。
由于在管段沉设完毕，进行抛土回填时，周围的河水会 一时混浊，其比重将大于原来的河水比重，浮力亦即相 应增加。 施工阶段的抗浮安全系数，应针对覆土回填开始前的情 况进行计算，务必确保在1.05 以上，否则很易导致“复 浮”、使施工遭受麻烦。 临时安设在管段上的施工设备（如索具，定位塔，出入 筒，端封墙等）的重量，均应不计。
制作质量和水密性。
（3）对地基的适应性强。 （4）接头数量少，只有管节之间的连接接头，由于采用了 GINA和OMEGA止水带两道防水屏障，隧道的防水性能好。
沉管的主要缺点有：
（1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难
实施，需在远离市区较远的地方建造干坞。 （2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境 的影响较大。另外，河（海）床地形地貌复杂的情下， 会大幅增加施工难度和造价。 （3）管节浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的响， 有时需短期局部封航。另外，水体流速会影响管段沉放 的准确度，超过一定的流速可能导致沉管无法施工。
水压力是主要荷载之一。设计时要按各种荷载组合情况 分别计算正常的高、低潮水位的水压力，以及台风时或 若干年一遇（如100年一遇）的特大洪水位的水压力。 土压力是另一主要荷载，且常不是恒载。要考虑河床变
迁所产生的附加土荷载。作用在管段侧边上的水平土压