第七章沉管结构
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沉管法施工技术
10.沉管法施工技术
10.1 基本原理
沉管法：在隧址附近修建的临时干坞内(或船厂船台)预制
管段，用临时隔墙封闭，然后浮运到隧址规定位置，此 时已于隧址处预先挖好水底基槽。待管段定位后灌水压 载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接，经 基础处理并最后回填覆土即成为水底隧道。
在已修筑好的干坞内预制管段
沉管法的主要缺点：
需要一个占用较大场地的干坞； 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， 增加施工难度和造价； 管节浮运、沉放作用需考虑水文、气象条件等的影响； 管段底面和基础的施工方法不妥时，会造成沉陷和不 均匀沉降
2. 压浆法：开控基槽时应超挖1m左右，然后摊铺一层厚40~60cm的 碎石。两侧抛堆沙石封闭槛后，通过隧道内预留压浆孔注入由水泥、 膨润土、黄砂和缓凝剂配成的混合砂浆。
3. 压砂法：与压浆法相似，但注浆材料为砂水混合物。
10.4 沉管隧道施工特点
（1）隧道深度与其它隧道相比，因能够设置在只要不妨碍通航的深度 下，故隧道全长可以缩短；
水力压接的步骤：1）对位；2）拉合；3）压接
10.3.8 基础施工
主要是垫平基槽底部，有刮铺、喷砂、压砂法。 一． 刮铺法
1. 在管段沉放前采用专用刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料(粗砂 或碎石或砂砾石)作为管段基础。
2. 采用刮铺法开挖基槽底应超挖60~80cm，在槽底两侧打数排短桩 安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。
地震调查：断层位置、地震记录、土层性质或成层状态，特
别注意液化问题
10.3.2 临时干船坞的构造与施工
（1）规模 取决于管段节数、管段宽度与长度、管段预制批量，同事考虑 工期因素。
10.1 基本原理
沉管法：在隧址附近修建的临时干坞内(或船厂船台)预制
管段，用临时隔墙封闭，然后浮运到隧址规定位置，此 时已于隧址处预先挖好水底基槽。待管段定位后灌水压 载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接，经 基础处理并最后回填覆土即成为水底隧道。
在已修筑好的干坞内预制管段
沉管法的主要缺点：
需要一个占用较大场地的干坞； 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， 增加施工难度和造价； 管节浮运、沉放作用需考虑水文、气象条件等的影响； 管段底面和基础的施工方法不妥时，会造成沉陷和不 均匀沉降
2. 压浆法：开控基槽时应超挖1m左右，然后摊铺一层厚40~60cm的 碎石。两侧抛堆沙石封闭槛后，通过隧道内预留压浆孔注入由水泥、 膨润土、黄砂和缓凝剂配成的混合砂浆。
3. 压砂法：与压浆法相似，但注浆材料为砂水混合物。
10.4 沉管隧道施工特点
（1）隧道深度与其它隧道相比，因能够设置在只要不妨碍通航的深度 下，故隧道全长可以缩短；
水力压接的步骤：1）对位；2）拉合；3）压接
10.3.8 基础施工
主要是垫平基槽底部，有刮铺、喷砂、压砂法。 一． 刮铺法
1. 在管段沉放前采用专用刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料(粗砂 或碎石或砂砾石)作为管段基础。
2. 采用刮铺法开挖基槽底应超挖60~80cm，在槽底两侧打数排短桩 安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。
地震调查：断层位置、地震记录、土层性质或成层状态，特
别注意液化问题
10.3.2 临时干船坞的构造与施工
（1）规模 取决于管段节数、管段宽度与长度、管段预制批量，同事考虑 工期因素。
7第七章-沉管法施工精讲
第七章 沉管法施工
第一节 沉管法施工技术流程
一． 沉管法施工流程
4. 管段结构外形 ① 圆形管段(船台型管段)
内轮廓为圆形，外轮 廓有圆形、八角形和 花篮形。 ② 矩形管段【最常用】 一般在临时船坞制作， 可容纳4~8车道。
第七章 沉管法施工
第一节 沉管法施工技术流程
一． 沉管法施工流程
4. 管段结构外形
2. 经检验合格后浮起的管段，还要在干坞中检查四边干舷 是否合乎规定，是否有侧倾现象。如有上述现象，可用 调整压载的办法来纠正。在一次制作多节管段的大型干 坞中，经检漏与调整好干舷的管段应再次注水压载沉置 坞底，待使用时再逐一浮升，拖运出坞。
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
广州生物岛——大学城沉管隧道管段预制
第四节 管段浮运与沉放
二． 管段沉放
1. 沉放方法(吊沉法与拉沉法) 吊沉法使用最多，分为起重船吊沉法，浮箱吊沉法，自 升式平台吊沉法和船组杠沉法。
① 起重船吊沉法(浮吊法)
浮吊法一般用2～4艘起重 能力为1000～2000kN的 起重船提着管段顶板预先 埋设的吊点，同时逐渐压 载，使管段慢慢沉放到规 定的位置上。
第七章 沉管法施工
第一节 沉管法施工技术流程
二． 沉管法优缺点
1. 优点 ① 对地质水文条件适应能力强(施工较简单、地基荷载较小) ② 可浅埋，与两岸道路衔接容易(无需长引道，线形较好) ③ 防水性能好(接头少漏水几率降低，水力压接滴水不漏) ④ 施工工期短(管段预制与基槽开挖平行，浮运沉放较快) ⑤ 造价低(水下挖土与管段制作成本较低，短于盾构隧道) ⑥ 施工条件好(水下作业极少) ⑦ 可做成大断面多车道结构(盾构隧道一般为两车道) 2. 缺点 ① 管段制作砼工艺要求严格，需保证干舷与抗浮系数； ② 车道较多时，需增加沉管隧道高度。导致压载混凝土量、
沉管法施工
沉管法施工沉管埋管段法隧道，常简称为沉管隧道，该工法是把预制好的管段通过浮运沉放，并在水下对接成一整体隧道的沉管段的工法简称，沉管隧道通常由两岸上段（或人工岛）、沉管段组成，一般用于建造道路、轨道交通水下隧道。
该工法将在预制场（岸上干坞或半潜驳）中预制好的钢筋混凝土结构管段，两端用临时的封板封闭，然后向坞内灌水使管段起浮出坞，或半潜驳下潜管段起浮脱离半潜驳，分节把处于正浮力的管段浮运至隧道水中沉管段沉放位置，然后向管段内灌水至一定的负浮力，借助水面船舶组成的吊挂系统，将管段按定线要求准确沉放于预先挖好并经过处理的水下沟槽内或经过处理的河（海）床面上，管段之间、管段与岸上段之间的接头由特制的GINA橡胶止水带，通过水压接原理形成初始密封，拆除临时封板，进行各接头最终处理，使各管段联成一整体隧道的沉管段。
沉管隧道纵断面根据规划航道通行限定的水深、水道排洪纳潮的要求结合河（海）床标高可按全埋式、半埋式或直接放置经过处理的河（海）床的方式进行设计。
相对其他工法修建的水下隧道，其埋深是最浅的。
一、沉管隧道施工方案沉管隧道的施工方法根据干坞类型的不同、沉管基础形式的不同而不同。
在选择确定沉管施工方法的时候要根据沉管隧道的长度、规模、既有设备、隧址周边环境等综合因素考虑，选择最经济使用的施工方法。
一般说来，距离较长的海底隧道多采用碎石基础+固定干坞；距离较短的过河隧道多采用灌砂基础+移动干坞、灌砂基础+移地干坞或灌砂基础+轴线干坞。
1、碎石基础+固定干坞的施工方法首先根据隧止周边环境，选择一地质条件好、拆迁少、岛四周水深大、离隧道近的地方修建固定干坞，干坞修建的同时开始水下基槽的开挖，水下基槽开挖可根据地址情况及工期要求采用抓斗、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船开挖，当采用挖泥船挖不动时，可采用水下爆破的方法开挖；干坞修建完成后开始管段制作，一般说来对于这样的长隧道需要多批次制作管段，管段制作完成一批次后，放水将管段浮在水面上，然后打开坞门，将管段浮运至临时存放区（部分管段可直接浮运至隧址沉放），基槽开挖一般是先粗挖再精挖，在管段满足沉放要求的前提下，开挖一段，马上进行碎石铺设，并及时进行管段的沉放对接施工。
沉管结构.
沉 管 结 构设计
4）预应力的应用
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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，
9、沉井结构与沉管结构
（1）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效 ）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好， 利用； 利用； （2）施工场地占地面积较小，可靠性良好； ）施工场地占地面积较小，可靠性良好； （3）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）； ）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）； （4）施工深度大； ）施工深度大； （5）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工， ）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工， 尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小，目前在日本已有离开箱体边缘30cm 尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小，目前在日本已有离开箱体边缘 以外的地层无沉降的压气沉箱施工实例； 以外的地层无沉降的压气沉箱施工实例； （6）具有良好的抗震性能。 ）具有良好的抗震性能。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 1）井壁 ） 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（ 所示）、 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（如图8-5a所示）、阶梯形井壁两 所示）、阶梯形井壁两 当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。 种。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。其优点是周围土层 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。此 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响， 外， 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时， 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时，考虑到水土 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，故往往将井壁外侧 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大， 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（ ），以减小沉井的截面尺寸 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（如图8-5c），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 ），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 当土层密实，且下沉深度很大时， 当土层密实，且下沉深度很大时，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井按缝 宽度△一般为10~20cm。最下面一级阶梯宜设于 1=（1/4~1/3）H高度处（见 高度处（ 处，宽度△一般为 。最下面一级阶梯宜设于h （ ） 高度处 ），或 过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。 图8-5b），或h1=1.2~2.2m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施 ）， 处 工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆以减少摩擦力并防止土体破 坏过大。 坏过大。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 1）井壁 ） 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（ 所示）、 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（如图8-5a所示）、阶梯形井壁两 所示）、阶梯形井壁两 当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。 种。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。其优点是周围土层 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。此 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响， 外， 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时， 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时，考虑到水土 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，故往往将井壁外侧 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大， 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（ ），以减小沉井的截面尺寸 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（如图8-5c），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 ），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 当土层密实，且下沉深度很大时， 当土层密实，且下沉深度很大时，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井按缝 宽度△一般为10~20cm。最下面一级阶梯宜设于 1=（1/4~1/3）H高度处（见 高度处（ 处，宽度△一般为 。最下面一级阶梯宜设于h （ ） 高度处 ），或 过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。 图8-5b），或h1=1.2~2.2m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施 ）， 处 工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆以减少摩擦力并防止土体破 坏过大。 坏过大。
《沉管结构》PPT课件
2）抗浮安全系数
在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安 全系数。
管段沉设完毕后，务必大于1.05，防止“复浮”。 设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体
积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。
3）沉管结构的外廓尺寸
沉管结构的外廓尺寸，必须通过浮力设计才能确 定;
沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶 底板厚度之和。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三 根毗邻的管子，这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的 空间。最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到 隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸回去，从而 形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以一种良好限定和良好 控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上面并可使管子绕一垂 直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空间都可以达到。 隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是干净的， 砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与喷 出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
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 。 （解决了两项关键技术——水力压接法和基 础处理， ）
混凝土管段沉管隧道大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰。
日本第一座沉管隧道是1944年为大阪地铁网修建的。至 1994年11月，共修建了18座沉管隧道。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从 岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混 合物通过在隧道管段内的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空间直到砂 堆接触到隧道管段的底部为止。这样就在隧道管段下面形成一个扩大的 砂饼。直到砂饼内部的水压超过了预先指定的最大值，然后才打开下一 个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满 一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。
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。
沉管法
我国应用沉管法修建水底隧道虽然起步较晚，但发展较快。1972年， 香港修建了我国第一条跨港沉管隧道，1984年台湾修建了高雄海底隧道， 1993年在广州珠江下建成了大陆第一条沉管隧道，1996年在浙江宁波成 功修建了甬江沉管隧道，这两条隧道都是我国自行设计和施工的，标志着 我国在这一领域进入一个新的发展阶段。到1997年，全国建成有8条沉管 隧道（其中香港5座，台湾1座）。进入21世纪，我国内地又有宁波常洪、 杭州湾、上海外环路三条沉管隧道相继建成，其中上海外环路沉管隧道 2880m，结构为3孔、双向8车道（左右孔分别为单向3车道，中间一孔为 两车道，这2条车道并不固定 ），宽44m、高9.55m（有3层楼高）、最 大节长108m（共7节），单节管重达到4.5万吨，号称亚洲第一世界第二 沉管隧道。目前在广州、浙江等地有多座沉管隧道正在建设之中，初步估 算，我国（含港台）已建和在建的沉管隧道至少在15座以上。另外，琼州 海峡、长江流域等有多座隧道规划采用沉管法施工。
8.3.2.2 管段的水密性控制
水密性控制的目的是为了确保管段的防水性能，使隧 道投入使用后无渗漏。管段的防水按材料分又刚性防水、 柔性防水；按防水部位分有外防水、结构自防水和接缝 防水。 外防水：要求不透水、耐久、耐压、耐腐蚀、能适应 温度变化、施工方便、比较经济。外防水分刚性防水和 柔性防水。刚性防水主要用钢板或塑料板防水，柔性防 水主要用卷材和涂料防水。
钢筋混凝土管段
其横断面多为矩形，可同时容纳2～8个车道，有的还设置 有维修、避险、排水设施等的专用管廊。如上海外环路沉管隧 道为8车道，设有三个车辆通行孔和两个管廊孔（设于每两个通 行孔之间）。矩形管段一般比圆形管段经济，故目前国内外多 采用矩形沉管。 优点：隧道横断面空间利用率高，建造多车道（4～8车道） 隧道时，优势显著；车道路面最低点的高程较高，隧道的全长 相应较短，所需浚挖的土方量亦较小；不用钢壳防水，节约大 量钢材；利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。 缺点：需要修建临时干坞，征地搬迁及施工费用高；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；须 另加混凝土防水措施。
沉管法施工工艺ppt课件
预应力筋承受浮运时的纵向弯矩。 B. 只将所有外排纵向钢筋切断，内排纵向钢筋保留，管段
拼装式脚手架、千斤顶、混凝土振捣与养护设备
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
二． 管段预制
1. 管段浇筑 ① 需保证管段混凝土的均质性与水密性。 ② 保证均质性的意义：若管段混凝土容重变化幅度超过1％
以上，管段常会浮不起来。若管段各部分板厚局部偏差 较大，或管段各部分混凝土密度不均匀将导致侧倾。 ③ 保证措施：采用刚度大、精度高、可微动调位的大型滑 动内、外模板台车；实行严格的密实度管理制度。 ④ 密实度要求: (ρ－ρm)/ ρm ≤0.6% ⑤ 保证水密性的措施： A. 结构自身防水(采用防水混凝土；防止管段裂缝) B. 结构物外侧防水(钢壳、钢板防水；卷材、保护层防水； 涂料防水) C. 施工接缝防水(横向施工变形缝设置1~2道止水带)
板桩坞首与坞门(闸门或浮动钢筋砼沉箱)。 ④ 排水系统：井点降水；坞底明沟、盲沟与集水井泵排；
堤外截、排水沟。 ⑤ 车道
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
3. 干坞构造
1.坞底；2.边坡(坞墙)；3.运输车道；4.坞首围堰
东京港沉管隧道一次预制管段干坞
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
3. 干坞构造
广州生物岛——大学城沉管隧道预制管段干坞
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
4. 干坞施工 一般用“干法”土方开挖。具体：施作干坞周围防渗墙 →由端部向坞口开挖(部分回填、大部分弃渣) →坞底与 坞外设排水沟、截水沟与集水井→塑料膜铺坡面并压沙 袋→坞底处理(铺填砂与碎石) →坞内车道修筑
拼装式脚手架、千斤顶、混凝土振捣与养护设备
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
二． 管段预制
1. 管段浇筑 ① 需保证管段混凝土的均质性与水密性。 ② 保证均质性的意义：若管段混凝土容重变化幅度超过1％
以上，管段常会浮不起来。若管段各部分板厚局部偏差 较大，或管段各部分混凝土密度不均匀将导致侧倾。 ③ 保证措施：采用刚度大、精度高、可微动调位的大型滑 动内、外模板台车；实行严格的密实度管理制度。 ④ 密实度要求: (ρ－ρm)/ ρm ≤0.6% ⑤ 保证水密性的措施： A. 结构自身防水(采用防水混凝土；防止管段裂缝) B. 结构物外侧防水(钢壳、钢板防水；卷材、保护层防水； 涂料防水) C. 施工接缝防水(横向施工变形缝设置1~2道止水带)
板桩坞首与坞门(闸门或浮动钢筋砼沉箱)。 ④ 排水系统：井点降水；坞底明沟、盲沟与集水井泵排；
堤外截、排水沟。 ⑤ 车道
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
3. 干坞构造
1.坞底；2.边坡(坞墙)；3.运输车道；4.坞首围堰
东京港沉管隧道一次预制管段干坞
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
3. 干坞构造
广州生物岛——大学城沉管隧道预制管段干坞
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
4. 干坞施工 一般用“干法”土方开挖。具体：施作干坞周围防渗墙 →由端部向坞口开挖(部分回填、大部分弃渣) →坞底与 坞外设排水沟、截水沟与集水井→塑料膜铺坡面并压沙 袋→坞底处理(铺填砂与碎石) →坞内车道修筑
第7章沉管隧道施工
（２）精挖：超前２－３节管段长度，精挖层应在临近管
段沉放前再挖，以避免淤泥沉积。
基槽开挖:
(1)用吸泥船疏浚，自航泥驳运泥。 (2)土层坚硬，水深超过２０－２５m时，可用抓斗挖泥船
（3）建造多车道隧道时，工程量和施工费用均较省。
矩形管段的缺点：
（1）需建造临时干坞；
（2）管段混凝土灌注及浮运过程要求严格。
二、沉管隧道设计 设计内容：
几何设计、通风设计、结构设计
照明设计、内装设计、给排水设计
供电设计、运营与安全设计等。
（一）几何设计
包括：
沉管管段的截面尺寸确定
管段长度的确定
（1）由于隧道纵坡和河底标高的变化，各处断面所
受水土压力不同，特别是接近岸边时，荷载变化较大。
所以不能只从一个断面的结构分析确定内力，进行配 筋。 （2）为改善结构受力性能，减少裂缝出现，避免采 用剪刀钢筋，采用变截面或折拱结构或椭圆形结构。
（三）浮力设计 浮力设计包括： 干舷的选定 抗浮安全系数的验算
浮力计算：混凝土最小密度和水的最大密度计算。
第二节
矩形沉管隧道施工：
沉管管段制作
干坞修筑→管段预制→基槽与航道浚挖→管段浮
运与沉放→管段水下连接和基础处理。
一、临时干坞的修筑
满足条件：
能分节预制管段，在管段制成后灌水浮起，距离
隧址较近，地质条件较好，并便于管段出坞和浮运。
（一）干坞的规模
根据工程规模、管段长度尺寸和管段数量，并结
（３）变形前后均能防水
在管段浮运时，为保持管段的整体性，变形缝一定要
能传递由波浪及施工荷载引起的纵向弯矩。
（１）把变形缝处所有的管壁内、外纵向（水平）钢筋切 断，另外设置临时预应力钢筋承受浮运时的纵向弯矩； （２）只将变形缝处所有管壁外排纵向钢筋切断，内排纵 向钢筋保持连续并通过变形缝，待管段沉放完后再予切断，
第七章1 沉井与沉管法施工——沉井法施工
当沉井到设计标高后，将 槽内的泥浆臵换固化，再在 井底部位压密注浆封闭，最 后挖除“中心岛”部分的土 体。
沉井施工
5.接高井筒
第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1~2m时，应停止挖土 下沉，然后立模浇注，接长井壁及内隔墙，再接现沉
6.筑井顶围堰 （沉井顶面低于地面或水面） 7.地基检验和处理
检验地基土质情况，场地是否平整，对地基进行必要的处理， 保证井底地基尽量平整，浮土及软土清除干净，使封底砼、沉 井及地基紧密连接。
岩土工程施工技术
王丽琴 主讲
西 安 理 工 大 学
第七章 沉井与沉管法施工
第一节 沉井法施工 第二节 沉管隧道施工技术
第一节 沉井法施工
一.沉井类型与构造
沉井：无盖无底筒状构筑物，砖砌、钢结构、钢混凝土。 先挖基坑，在垫层上制作沉井筒，在井筒保护下挖土， 随着土体挖深，沉井在自重作用下逐渐下沉，直至设计 标高，再浇注底板、内部结构和顶盖。
沉井的分类 （1）按建筑材科分类
①混凝土沉井 ②钢筋混凝士沉井 ③钢壳沉井
（2）按平面形状和内部构件的布置分类
单孔圆沉井、单孔方形沉井、多孔方形沉井、 多孔椭圆形沉井、多排多孔沉井。
圆形沉井
圆形有良好受力性能，故通常都采用单孔圆形沉 井，直径最大可达80m。
矩形沉井
矩形沉井只有平面尺寸较小时才做成单孔的。当边长 大于20m时，应增加底框架、顶框架或采用内隔墙分成 多孔沉井，以加强沉井结构的刚度。
图 2 井壁上凹槽结构 (a)普通凹槽;(b)凸榫凹槽;(c)沉箱凹槽;(d)不设凹槽
底梁和框架
在大型沉井中为了增加沉井下沉过程中的整体刚度，可 在沉井底部增设底梁，并与井壁一起构成底框架，以增加 沉井施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。
沉管结构
12 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
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
沉管隧道结构设计
《地下铁道》8.2 沉管隧道结构设计隧道与地下工程系8.2 沉管隧道结构设计□概述◆沉管隧道设计涉及面广，设计内容多，设计质量直接影响隧道的施工和使用。
因此设计指导思想必须考虑先进性、合理性、安全性及经济性等。
1.确定管段长度的主要因素(1)经济条件(2)航道条件(3)纵断面形状(4)管段形状(5)管段及其他的施工条件(6)轴向应力2.管段长度◆每节管段长度为60～140m，一般为100m左右。
◆目前已经制作的最长管段是在赫姆(Hem)铁路隧道中采用的，长度为268m。
图 8-4 管段干舷与反馈力矩h1.干舷◆一般矩形断面的管段，干舷高度为10～25cm；如果管段在波浪较大的水中浮运，则干舷要保持在15～25cm。
◆干舷高度不宜过小，否则稳定性差。
但亦不宜过大，干舷过大就不经济。
◆在极个别的情况下，由于沉管的结构厚度较大，无法自浮，即没有干舷时，则必须在顶部设置浮筒助浮，或在管段上设置钢围堰，以产生必要的干舷。
1.干舷◆制作管段时，其制作允许误差见表。
◆在进行浮力设计时，应按最大的混凝土容重，最大的混凝土体积和最小的河水比重来计算干舷。
名称管段外包宽度管段外包高度管段长度顶、底板厚度内孔净宽内孔净高外墙、内墙厚度允许误差+5~-10mm+5~-10mm+30~-30mm+0~-5mm+0~+10mm+0~+5mm+0~-10mm管段制作尺寸允许误差表max w γ⨯=管体所占空间管体重量抗浮安全系数7.沉船荷载◆是指船只因失事后恰巧沉在隧道顶上的所产生的一种特殊荷载，不能作统一规定。
因发生的概率极小，近年来对计算这项荷载的必要性，已有不同的看法。
9.混凝土收缩影响◆系由施工缝两侧不同龄期混凝土的收缩差所引起，因而应按初步的施工计划，规定龄期差并设定收缩差。
10.温度应力◆变温影响主要由沉管外壁的内外侧温差所引起。
沉管四壁外侧壁面温度也可视作四季恒温。
沉管内侧的壁面温度和通风有关。
11.施工荷载◆指浮运阶段产生的荷载，通常为非均匀性的。
沉管结构解析
13.2 沉管结构设计
13.2.3 作用在沉管结构上的荷载
作用在沉管上的荷载有：结构自重、水压力、土压力、 浮力、施工荷载、波浪压力、水流压力、沉降摩擦力、 车辆活荷载、沉船荷载，以及地基反力、温度应力、不 均匀沉降所产生的附加应力、地震等作用。
作用在沉管上的水压力是主要荷载。分别计算高、低潮 位和特大洪水位的水压力。
沉降摩擦力则是由于回填后，沉管沉降和沉管侧土体沉 降并不同步，管侧土体大于沉管，因此在沉管侧壁外承 受向下摩擦力。为了降低摩擦系数， 常在侧壁外喷涂软 沥青，以减少摩擦。
13.2 沉管结构设计
13.2.2 沉管的浮力设计
2）抗浮安全系数
抗浮安全系数K＝管段总重/管段排水重(浮力) 在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安全系数。 在覆土完毕后的使用阶段，抗浮安全系数应采用1.2～1.5。 设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体积和最大
河水的比重来计算抗浮安全系数。
地下结构工程
沉管结构
13.1 概述 13.2 沉管结构设计 13.3 接缝管段处理与防水措施 13.4 沉管隧道道的施工方法：围堤明挖法、矿山法、气压沉箱法、盾 构法以及沉管法。
二十世纪50年代解决了两项关键技术——水力压接法和基础处 理，沉管法已经成为水底隧道最主要的施工方法
13.1 概述
13.1.2 沉管隧道的分类
3）按管段制作方法：分为船台型和干坞型。 干坞型：在临时干坞中制作钢筋混凝土管段，制成后往坞内
灌水使之浮起并拖运至隧址沉放。主要制作矩形钢筋混凝土 沉管。 优点： 不占船厂设备，不影响造船生产；断面利用率高，车道数多， 4-8车道；隧道埋深减小，全长缩短，土方量小；节约钢材， 降低造价。 缺点： 必须建造临时干坞；混凝土工艺要求高（干舷、抗浮安全系 数）；普通混凝土难以防水，需考虑防水措施。
地下建筑结构-第九讲- 沉管结构
石料覆盖层
服务通道
射风机
逃生通道
电缆沟
卓戈登沉管隧道工程技术特点：
代表了欧洲混凝土沉管隧道的最新进展，是目前世 界最长的用于交通的混凝土沉管隧道； 在陆地上工厂条件下以工业化的方式生产沉管节段 单元；
采用无裂缝混凝土防水，通过全断面无施工缝连续 浇注实现无裂缝混凝土。
首次采用砂砾基床作为如此大尺寸的混凝土沉管单 元的基础；
我国修建沉管隧道起步较晚，已建成有广州珠江隧道、宁波
甬江隧道、上海黄埔江隧道、香港维多利亚港2座海底沉管 隧道等
日本还修建了复合断面的沉管隧道
混凝土沉管—欧洲
沉管法修建工序
开挖基槽 预制管段
沉管拖运
沉管沉放
沉管联结
沉管填埋
隧道内部工程
沉管法修建工序
1.1 开挖江底/海底沉槽
Dredging 挖槽
计算时要考虑到混凝土的容重误差、河水容重可 能的变化等。 2、抗浮计算 施工阶段： K=1.05-1.1，要针对覆土前的情况来 计算，即土未覆，索具、定位塔等已拿走。
使用阶段：K=1.2-1.5，此时考虑侧摩阻力，用最 大水容重、最小混凝土容重计算。如压载混凝土 密实度差，一般按2.25t/m3计算。
受潜水作业限制，极限深度在水面以下70m；
底部不应软弱和不稳定到不能断续开挖基槽。 工地必须合理地避免被流动的淤泥迅速地淤积，淤泥能改 变基槽中水的密度并在沉放管段时影响浮力的平衡。
沉管法的发展方向：
目前沉管隧道的设计施工正向大型化方向发展。为适 应城市交通发展，隧道的车道数已由最初的双车道发展 到目前城市隧道通用的六车道，甚至八车道
沉船荷载：大小与船型、装载、沉没方式、覆土厚 度、河底情况等有关。一般取 5-13t/m 。目前认为 可不考虑，因几率很小。
地下结构设计9：沉管结构设计
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。
2、基础处理
先铺法（刮砂法、刮石法）
是在管段沉设之前，先在槽底上铺好砂、石垫层， 然后将管段沉设在这垫层上，这种方法适用于底宽较小 的沉管工程。
后填法（主要包括灌砂法、喷砂法、灌囊法、 压砂浆法压混凝土法）
是在管段沉设完毕之后，向管段底部空间回填垫料 以进行垫平作业，大多（灌砂法除外）适用于底宽较大 的沉管工程。
1.2 沉管隧道施工
优点：
⑴隧道的施工质量容易控制 ⑵建筑单价和工程总价均较 低。 ⑶隧位现场的施工期短。 ⑷操作条件好。 ⑸对地质条件的适应性强。 ⑹适用水深范围几乎是无限 制的。 ⑺断面形状选择的自由度较 大，断面空间的利用率较高。
缺点：
⑴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。 ⑵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。 ⑶管段浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的 影响。 ⑷水体流速会影响管段沉放的准确度。水流较急时 ，沉设困难，须用作业台施工；超过一定的流速可能 导致沉管无法施工。 ⑸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，有时需短期局部 封航。
2、基础处理
先铺法（刮砂法、刮石法）
是在管段沉设之前，先在槽底上铺好砂、石垫层， 然后将管段沉设在这垫层上，这种方法适用于底宽较小 的沉管工程。
后填法（主要包括灌砂法、喷砂法、灌囊法、 压砂浆法压混凝土法）
是在管段沉设完毕之后，向管段底部空间回填垫料 以进行垫平作业，大多（灌砂法除外）适用于底宽较大 的沉管工程。
1.2 沉管隧道施工
优点：
⑴隧道的施工质量容易控制 ⑵建筑单价和工程总价均较 低。 ⑶隧位现场的施工期短。 ⑷操作条件好。 ⑸对地质条件的适应性强。 ⑹适用水深范围几乎是无限 制的。 ⑺断面形状选择的自由度较 大，断面空间的利用率较高。
缺点：
⑴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。 ⑵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。 ⑶管段浮运、沉放作业需考虑水文、气象条件等的 影响。 ⑷水体流速会影响管段沉放的准确度。水流较急时 ，沉设困难，须用作业台施工；超过一定的流速可能 导致沉管无法施工。 ⑸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，有时需短期局部 封航。
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合物通过在隧道管段内的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空间直到砂 堆接触到隧道管段的底部为止。这样就在隧道管段下面形成一个扩大的 砂饼。直到砂饼内部的水压超过了预先指定的最大值，然后才打开下一
个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满
一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。
5、超载能力远高于桥梁； 6、对生态环境干扰影响小，不会引起河床的变化； 7、水下隧道结构抗腐蚀性强，耐久性好； 8、结构维护保养费用比桥梁低得多； 9、建设用钢量比桥梁少； 10、设计时比较容易做到一隧多用，可以安排城市供水、供电、供气、 通信管道等通过。
基槽开挖方法: 对开挖来说，人们所熟悉的技术例如戽斗式挖泥 机、带切泥头或吸泥头的吸泥机或挖泥机和带抓斗的起重机都是 可以选择的。切泥头挖泥机是对要浚挖的泥土进行混搅成浆后吸 走。如使用浮放管路排泥时，这种挖泥机的垂直运输是封闭的， 而且最后的水平运输也是封闭的。这样对环境的影响就比较小。 戽斗式挖泥机在垂直运输泥土时，以及当泥土卸进驳船中供水平 运走时产生的溢出都会对环境造成污染。与戽斗式挖泥机一样， 带抓斗的起重机对环境也有同样不利的影响。
接头设计和处理技术是沉管隧道的关键技术之一，接
头的设计应能承受温度变化、地震力以及其它作用并 保证隧道接头具有良好的水密性。
接头可分为两种形式：一种接头具有与其连接管段相 似的断面刚度和强度——刚性接头；另一种接头则允 许在三个主轴方向上有相对位移——柔性接头。 接头的位置、间距和形式应按照土壤条件、基础形式、 抗震以及可加工性来决定。同时，还应考虑接头的强 度、变形特性、防水、材料以及细部构造。
沉管隧道设计
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；
圆形沉管、矩形沉管
沉管结构设计
钢壳沉管；
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结构。
钢筋混凝土沉管。 主要有钢筋混凝土组成，外涂防水涂料。
侧的两根管子又将水吸回去，从而形成一种流动作用，使砂在隧道管段 下面以一种良好限定和良好控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上 面并可使管子绕一垂直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空 间都可以达到。隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是 干净的，砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与 喷出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
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。
浮力设计时，按照最大混凝土容重、最大混凝土
体积和最小河水的比重来计算干舷。
2）抗浮安全系数
√ √
√ √ √ √
水压力
分别计算正常的高、低潮水位的水压力；
台风或百年一遇的特大洪水位水压力。
浮力
等于沉管排水量。
施工荷载
端封墙； 定位塔； 压载。
沉船荷载
50—130KN/m2
地基反力分布假设
反力按直线分布； 反力强度与各点地基沉降量成正比； 地基为半无限弹性体，按弹性理论计算 反力。
日本第一座沉管隧道是1944年为大阪地铁网修建的。至
1994年11月，共修建了18座沉管隧道。
我国现有6条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5条在宁 波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香 港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。
沉管法的主要优点、缺点
与建桥相比
1、不影响任何航运； 2、不受恶劣气候影响； 3、抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力强； 4、能做到不拆迁或少拆迁，可降低造价；
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 。 （解决了两项关键技术——水力压接法和基 础处理， ）
混凝土管段沉管隧道大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从
岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混
可以调节以补偿潮汐水位的变化。为了尽可能排除来自水面的影
响，可以采用按半潜水的原则制成的特殊设备。这种方法允许样 板直接连到锚墩上。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三 根毗邻的管子，这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的 空间。最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到 隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸回去，从而 形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以一种良好限定和良好 控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上面并可使管子绕一垂 直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空间都可以达到。 隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是干净的， 砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与喷 出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
作用在沉管上的水压力是主要荷载 。
沉管荷载
序号 荷载类型 横向 1 水土压力、结构自重、管段内外压载重 √ 2 管内建筑及车辆荷载 √ 3 混凝土收缩应力 √ 4 浮力和地基反力 √ 5 施工荷载 √ 6 温差应力 √ 7 不均匀沉降产生的应力 8 沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载 √ 9 地震荷载 √ 竖向 √ √
潮汐水位的变化。为了尽可能排除来自水面的影响，可以采用按半
潜水的原则制成的特殊设备。这种方法允许样板直接连到锚墩上。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即 使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三根毗邻的管子， 这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的空间。最大的管子在中 间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子两
钢壳与混凝土沉管对比
材料 截面形状 空间利用率 造价 抗腐蚀性 耐久性
钢壳沉管
钢壳、钢混、 混凝土
圆形
较低
高
较差
较差
钢混沉管 钢筋混凝土
矩形
大
较低
较好
较好
沉管结构所受的荷载Fra bibliotek结构自重、水压力、土压力、浮力、施工荷载、波浪
和水流压力、沉降摩擦力、车辆活荷载、沉船荷载， 地基反力、温度应力、不均匀沉降所产生的附加应力、 地震等作用。
安徽建筑工业学院
地下结构工程
第7章
主讲教师 ： 席培胜
沉管结构
（亦曾称作预制管段沉放法）
沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。
其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢
板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑 移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位 置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。 管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除 封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用 块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工 具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的 突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。用这 种方法建成的隧道称为沉管隧道。
样板刮平的砾石基础
一般用于北美的钢壳管段隧道。地槽浚瓦好后，接着便在地槽底
上铺一层粗砂或砾石。砾石和砂的粒度级配必须与水力条件相适 应：即水流越大级配越高。这层厚度约0.7mm。必须注意砾石基 础的刮平度。要求的平顺精度为±3cm，这取决于当地条件、砂 或砾石的级配以及使用的设备。刮平是用一块样板来进行的，样 板从滑架上的绞盘车上悬挂下来，滑架沿支承在两个浮筒上的轨 道滚动。这套设备锚定在要刮平处的水面上，样板的的悬挂高度
沉管结构设计
假定构件尺寸
横向结构设计
管段横断面内力一般 按照弹性支撑箱形 框架结构计算；
分析内力 修正尺寸 复算内力
纵向结构设计
施工阶段
计算浮运、沉设施工荷载所引起的内力。
使用阶段
按照弹性地基梁理论进行计算；
沉管基础设计
开槽前槽底上的压力
管段沉设、覆土完毕后
基础施工方法:现有三种不同的基础，欧洲普遍使用喷
在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安
全系数。
管段沉设完毕后，务必大于1.05，防止“复浮”。 设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体 积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。
3）沉管结构的外廓尺寸
沉管结构的外廓尺寸，必须通过浮力设计才能确
定;
沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶 底板厚度之和。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从 岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混 合物通过在隧道管段内的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空间直到砂 堆接触到隧道管段的底部为止。这样就在隧道管段下面形成一个扩大的 砂饼。直到砂饼内部的水压超过了预先指定的最大值，然后才打开下一 个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满 一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。
个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满
一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。
5、超载能力远高于桥梁； 6、对生态环境干扰影响小，不会引起河床的变化； 7、水下隧道结构抗腐蚀性强，耐久性好； 8、结构维护保养费用比桥梁低得多； 9、建设用钢量比桥梁少； 10、设计时比较容易做到一隧多用，可以安排城市供水、供电、供气、 通信管道等通过。
基槽开挖方法: 对开挖来说，人们所熟悉的技术例如戽斗式挖泥 机、带切泥头或吸泥头的吸泥机或挖泥机和带抓斗的起重机都是 可以选择的。切泥头挖泥机是对要浚挖的泥土进行混搅成浆后吸 走。如使用浮放管路排泥时，这种挖泥机的垂直运输是封闭的， 而且最后的水平运输也是封闭的。这样对环境的影响就比较小。 戽斗式挖泥机在垂直运输泥土时，以及当泥土卸进驳船中供水平 运走时产生的溢出都会对环境造成污染。与戽斗式挖泥机一样， 带抓斗的起重机对环境也有同样不利的影响。
接头设计和处理技术是沉管隧道的关键技术之一，接
头的设计应能承受温度变化、地震力以及其它作用并 保证隧道接头具有良好的水密性。
接头可分为两种形式：一种接头具有与其连接管段相 似的断面刚度和强度——刚性接头；另一种接头则允 许在三个主轴方向上有相对位移——柔性接头。 接头的位置、间距和形式应按照土壤条件、基础形式、 抗震以及可加工性来决定。同时，还应考虑接头的强 度、变形特性、防水、材料以及细部构造。
沉管隧道设计
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；
圆形沉管、矩形沉管
沉管结构设计
钢壳沉管；
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结构。
钢筋混凝土沉管。 主要有钢筋混凝土组成，外涂防水涂料。
侧的两根管子又将水吸回去，从而形成一种流动作用，使砂在隧道管段 下面以一种良好限定和良好控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上 面并可使管子绕一垂直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空 间都可以达到。隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是 干净的，砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与 喷出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
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。
浮力设计时，按照最大混凝土容重、最大混凝土
体积和最小河水的比重来计算干舷。
2）抗浮安全系数
√ √
√ √ √ √
水压力
分别计算正常的高、低潮水位的水压力；
台风或百年一遇的特大洪水位水压力。
浮力
等于沉管排水量。
施工荷载
端封墙； 定位塔； 压载。
沉船荷载
50—130KN/m2
地基反力分布假设
反力按直线分布； 反力强度与各点地基沉降量成正比； 地基为半无限弹性体，按弹性理论计算 反力。
日本第一座沉管隧道是1944年为大阪地铁网修建的。至
1994年11月，共修建了18座沉管隧道。
我国现有6条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5条在宁 波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香 港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。
沉管法的主要优点、缺点
与建桥相比
1、不影响任何航运； 2、不受恶劣气候影响； 3、抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力强； 4、能做到不拆迁或少拆迁，可降低造价；
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 。 （解决了两项关键技术——水力压接法和基 础处理， ）
混凝土管段沉管隧道大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从
岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混
可以调节以补偿潮汐水位的变化。为了尽可能排除来自水面的影
响，可以采用按半潜水的原则制成的特殊设备。这种方法允许样 板直接连到锚墩上。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三 根毗邻的管子，这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的 空间。最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到 隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸回去，从而 形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以一种良好限定和良好 控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上面并可使管子绕一垂 直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空间都可以达到。 隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是干净的， 砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与喷 出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
作用在沉管上的水压力是主要荷载 。
沉管荷载
序号 荷载类型 横向 1 水土压力、结构自重、管段内外压载重 √ 2 管内建筑及车辆荷载 √ 3 混凝土收缩应力 √ 4 浮力和地基反力 √ 5 施工荷载 √ 6 温差应力 √ 7 不均匀沉降产生的应力 8 沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载 √ 9 地震荷载 √ 竖向 √ √
潮汐水位的变化。为了尽可能排除来自水面的影响，可以采用按半
潜水的原则制成的特殊设备。这种方法允许样板直接连到锚墩上。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即 使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三根毗邻的管子， 这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的空间。最大的管子在中 间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子两
钢壳与混凝土沉管对比
材料 截面形状 空间利用率 造价 抗腐蚀性 耐久性
钢壳沉管
钢壳、钢混、 混凝土
圆形
较低
高
较差
较差
钢混沉管 钢筋混凝土
矩形
大
较低
较好
较好
沉管结构所受的荷载Fra bibliotek结构自重、水压力、土压力、浮力、施工荷载、波浪
和水流压力、沉降摩擦力、车辆活荷载、沉船荷载， 地基反力、温度应力、不均匀沉降所产生的附加应力、 地震等作用。
安徽建筑工业学院
地下结构工程
第7章
主讲教师 ： 席培胜
沉管结构
（亦曾称作预制管段沉放法）
沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。
其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢
板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑 移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位 置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。 管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除 封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用 块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工 具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的 突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。用这 种方法建成的隧道称为沉管隧道。
样板刮平的砾石基础
一般用于北美的钢壳管段隧道。地槽浚瓦好后，接着便在地槽底
上铺一层粗砂或砾石。砾石和砂的粒度级配必须与水力条件相适 应：即水流越大级配越高。这层厚度约0.7mm。必须注意砾石基 础的刮平度。要求的平顺精度为±3cm，这取决于当地条件、砂 或砾石的级配以及使用的设备。刮平是用一块样板来进行的，样 板从滑架上的绞盘车上悬挂下来，滑架沿支承在两个浮筒上的轨 道滚动。这套设备锚定在要刮平处的水面上，样板的的悬挂高度
沉管结构设计
假定构件尺寸
横向结构设计
管段横断面内力一般 按照弹性支撑箱形 框架结构计算；
分析内力 修正尺寸 复算内力
纵向结构设计
施工阶段
计算浮运、沉设施工荷载所引起的内力。
使用阶段
按照弹性地基梁理论进行计算；
沉管基础设计
开槽前槽底上的压力
管段沉设、覆土完毕后
基础施工方法:现有三种不同的基础，欧洲普遍使用喷
在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安
全系数。
管段沉设完毕后，务必大于1.05，防止“复浮”。 设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体 积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。
3）沉管结构的外廓尺寸
沉管结构的外廓尺寸，必须通过浮力设计才能确
定;
沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶 底板厚度之和。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从 岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混 合物通过在隧道管段内的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空间直到砂 堆接触到隧道管段的底部为止。这样就在隧道管段下面形成一个扩大的 砂饼。直到砂饼内部的水压超过了预先指定的最大值，然后才打开下一 个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满 一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。