沉管施工

图9-11 自升式平台吊沉法 1-沉管；2-自升式平台(SEP)
1.4拉沉法

利用预先设置在沟槽底面上的水下桩 墩作为地垄，依靠安设在管段上面的 钢桁架上的卷扬机，通过扣在地垄上 的钢索，将管段缓慢地“拉下水”， 沉设于桩墩上，而后进行水下连接。
1 3 2
图9-12 拉沉法 拉沉法 1-沉管；桩墩；3-拉索 1 沉管 2桩墩 3拉索

第三节 沉管施工
沉管管节在干坞中预制好之后，必须浮运到 隧址指定位置上进行沉放就位，并进行水下 连接。这是沉管隧道施工中至关重要的工序 ，必须精心组织方能确保万无一失。 1沉设方法 1· 1分吊法 管段制作时，预先埋设3～4个吊点，分吊法 沉设作业时分别用2～4艘100～200t浮吊（即 起重船）或浮箱提着各个吊点，逐渐将管段 沉放到规定位置。

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。

4)检漏与干舷调整 管段制作完成后，须作一次检漏。如有渗 漏，可在浮运出坞前作好处理。一般在干 坞灌水之前，先往压载水箱里注水压载， 然后再往干坞坞室里灌水，灌水24～48h后 ，工作人员进入管段内对管段进行水底检 漏。
3)配筋



因抗剪的需要，沉管应采用较高标号的混 凝土，一般采用28天强度为30～45Mpa的混 凝土。 沉管结构不容许出现任何通透性（即管壁 内、外穿透的）裂缝；非通透性裂缝开展 宽度应控制在0.15～0.2mm以下，因此，不 宜采用Ⅲ级及Ⅲ级以上的钢筋。 设计时，混凝土与钢筋的容许应力可参照 《铁路隧道设计规范》。
150t
(a)
(b)
排水 (c)
静水压
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
图9-15 水力压接法

1）对位 着地下沉时必须结合管段连接工作进行对 位。对位精度一般要求，见表13-3。自采 用鼻托后，对位精度很容易控制。上海金 山沉管工程中曾用一种卡式托座，只要前 端的“卡钳”套上，定位精度就自然控制 在水平方向为±1cm之内。
10～20m V=20～50cm/min 2～2.5m 0.2～0.5m 3 1
管段下沉作业步骤 图9-13 管段下沉作业步骤 1初步下沉 2靠拢下沉 3着地下沉 1-初步下沉;2-靠拢下沉;3-着地下沉
0.5m
4～5m
Байду номын сангаас
2
3水下连接
（一）水力压接法的发展
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。
2.3管段制作



1).管段的制作 管段制作在干坞中进行，其工艺与一般混凝土结 构基本相同。但考虑到浮运沉设对匀质性与水密 性的特殊要求，应注意以下几点： 1、要保证混凝土的防水性及抗渗性； 2、要严格控制混凝土的重度，若重度超过1%以上 ，管段将浮不起来，则不能满足浮运要求； 3、必须严格控制模板的变形，以保证对混凝土均 质性的要求，否则，若出现管段板、壁厚度的局 部较大偏差，或前后、左右混凝土重度不均匀， 浮运中会发生管段倾侧；

采用沉管法修筑水下隧道最早于1810年在 伦敦进行了施工试验，到1894年采用此法 在美国波士顿建成一条城市下水道工程和 1904年建成底特律水底铁路隧道才宣告沉 管法的成果诞生。自1959年加拿大迪斯（ Deas）隧道成功采用水力压接法进行管段 水下连接后，很快为世界各国普遍采用， 使得沉管法变得更加优越。
2.4管段防水
1)管段自身防水
早期采用外包钢板防水，后来发展到卷材防水。七 十年代以来，欧洲沉管隧道取消了外防水层，为保 证管段不渗漏，除严格控制混凝土级配、振捣密实 、加强养护外，还采取了许多防裂措施： 1、分段浇注，设后浇带 2、采用低水化热水泥 3、设置水冷散热系统 4、采用预应力混凝土 5、外表使用防水涂料
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 段遇风浪发生倾侧后，会自动产生一个反倾力矩 ，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多为40～50cm。 干舷高度不宜过小，否则稳定性差；但也不宜过 大，干舷越大，所需压载水箱（或水罐）的容量 就越大，不经济。我国广州珠江隧道沉管干舷为 14.22cm，而宁波甬江隧道则采用10.14cm。
1.2沉管法的优越性





1、隧道埋深浅，隧道较短，总工程量小。 2、管段比重小，对地质适应性强，能在流砂层中 施工。 3、管段在干坞中制作，能保证施工质量，结构水 密性良好。 4、沉管隧道段施工可与岸坡隧道平行或交叉作业 ，工期短。 5、各种拖航设备的现代化，能够施做大断面多管 隧道。 6、管段接缝远少于其它方法修建的隧道，防水性 能远比盾构好。

4、必须慎重处理施工缝及变形缝。纵向施 工缝（横断面上的施工留缝），对于管段 下端，靠近底板面一道留缝，应高于底板 面以上30～50cm；横向施工缝（沿管段长 度方向上分段施工时的留缝）需采取慎重 的防水措施，为防止发生横向通透性裂缝 ，通常可把横向施工缝做成变形缝，每节 管段由变形缝分成若干节段，每节段15～ 20m左右长。
第十三章 沉管法施工

本章学习的内容：
掌握隧道沉管沉设的方法，沉放作业的步骤；了解沉 管的种类；熟悉基础处理的方式。

重难点：
重点：沉管沉设的方法和步骤； 难点：沉管下沉的步骤。
目录
1 概述 2 沉管隧道设计 3 沉管施工 4 基础处理
1.1几种修建水下隧道方法评述

第一节 概述

目前，在世界各国水底隧道的建设中，就 是采用盾构法和沉管法施工。 用作水下隧道施工的盾构，一般外径尺寸 为10m左右，可容纳双车道通过。如需建造 四车道的水底隧道，则需平行地建造二条 盾构隧道。如需建造六车道的水底隧道， 则往往需建三条盾构隧道。沉管法则不受 上述尺寸限制。

沉管法（亦称预制管段沉放法）。先在隧 址以外的预制场（多为临时干坞或船坞） 制作隧道管段（每节长60~140m，多数为 100m左右，最长达268m），管段两端用临 时封墙密封，制成后运到指定位置上，在 已预先挖好的基槽上沉放下去，通过水力 压接进行水下连接，再覆土回填，完成隧 道。用这种沉管法修建的水下隧道，称之 为沉管隧道。
4 3 2 1 图9-8 起重船吊沉法 起重船吊沉法 1-沉管；2-压载水箱；3-起重船；4-吊点 1沉管 2压载水箱 3起重船 4吊点
4 2

浮箱吊沉法
图9-9 浮箱吊沉法
1.3骑吊法
采用水上作业平台“骑”于管段上方，将管 段慢慢地吊放沉设

2
1

自升式平台吊沉法 1 沉管 2自升式平台吊沉法（SEP）
1.3沉管隧道的分类

1、圆形沉管 施工时多利用船厂的船坞制作钢壳，制成 后滑行下水，并系泊于码头边上，进行水 上钢筋混凝土作业。这类沉管的横断面， 内部均为圆形，外表有圆形、八角形或花 篮形。
各种圆形沉管 (a)圆形 (b)八角形 (c)花篮形
圆形沉管的优点




（1）圆形断面，受力合理衬砌弯矩较小， 在水深较大时，比较经济有利； （2）沉管的底宽较小，基础处理比较容易 ； （3）钢壳既是浇筑混凝土的外模，又是浇 筑隧道的外防水层，这种防水层不会在浮 运过程中被碰损； （4）当具备利用船厂设备的条件时，工期 较短，在管段需要量较大时，更为明显。
155 50 4
38
65 45 165 215 255 45
图9-14 尖肋型胶垫 尖肋型胶垫
108
158
二、水力压接法施工 水力压接系利用作用在管段后端（亦称自由 端）端面上的巨大水压力，使安装在管段前 端（即靠近已设管段或管节的一端）端面周 边上的一圈橡胶垫环（Gina带，在制作管段 时安设于管段端面上）发生压缩变形，并构 成一个水密性良好，且相当可靠的管段间接 头。
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。
矩形折拱形结构 图9-2 矩形折拱形结构 (a）六车道矩形沉管 (b)八车道矩形沉管

六车道矩形沉管
八车道矩形沉管
1.4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。
2管段沉放作业
管段沉放作业全过程可按以下三阶段进行： （一）沉放前的准备 沉放前必须完成航道疏浚清淤，设置临时支座， 以保证管段顺利沉放到规定位置。应事先与港务 、港监等有关部门商定航道管理事项，并及早通 知有关方面。 作好水上交通管制准备，需抓紧时间做好封锁线 标志（浮标、灯号、球号等）。暂短封锁的范围 ：上下游方向各100～200m，沿隧道中线方向的封 锁距离视定位锚索的布置方式而定。
竖井 竖井
敞开段
暗埋段
沉埋段
暗埋段
敞开段
第二节 沉管隧道设计

沉管隧道设计的主要内容有：断面几何形 状、结构类型、结构设计及计算、起浮抗 浮设计、管节长度的选定、接头设计、防 水设计、通风、照明供电、给排水设计、 内装设计、运营与安全设施设计、抗震设 计、基础处理及回填设计等。其设计质量 直接影响隧道的施工与使用，应做到设计 思想明确，综合考虑到先进性、合理性、 安全性和经济性。



（二）管段就位 在高潮平潮之前，将管段浮运到指定位置，此时可 距规定沉设位置10m～20m处，并挂好地锚，校正好 方向，使管段中线与隧道轴线基本重合，误差不应 大于10cm。管段纵向坡度调至设计坡度。定位完毕 后，既可开始灌水压载，至消除管段的全部浮力为 止。 （三）管段下沉 下沉时的水流速度，宜小于0.15m/s，如流速超过 0.5m/s，需采取措施。每段下沉分三步进行：即初 次下沉、靠拢下沉和着地下沉.


1.2扛吊法 亦称方驳扛吊法。方驳扛吊法是以四艘 方驳，分前后两组，每组方驳肩负一副“杠 棒”，即这两副“杠棒”由位于沉管中心线 左右的两艘方驳作为各自的两个支点；前后 两组方驳用钢杵架联接起来，构成一个整体 驳船组，“杠棒”实际上是一种型钢梁或是 钢板组合梁，其上的吊索一端系于卷扬机上 ，另一端用来吊放沉管；驳船组由六根锚索 定位，沉管管段另用六根锚索定位。
5
0m 2 ×
施工缝
变形缝
管段接头
图8-5 管段侧壁上的施工缝
管段侧壁上的设造裂缝
图9-6 管段的节段与变形缝
管段的节段与变形缝


2) 封端墙 管段浮运前必须于管段的两端离端面50～ 100cm处设置封端墙。封端墙可用木料、钢 材或钢筋混凝土制成。封端墙设计按最大 静水压力计算。 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。
2.1钢筋混凝土沉管的结构设计
1沉管结构所受的荷载与组合



荷载作用组合应遵循以下原则： 1、应按施工阶段和运营阶段分别进行作用组合， 施工阶段的安全系数可比运营阶段酌情降低。 2、作用组合除常规办法进行外，高温作用应与最 高水位作用组合，低温作用应与最低水位组合。 3、地震作用、沉船荷载、抛锚力、拖锚力等偶然 荷载在施工阶段不考虑，在运营阶段亦不同时组 合。偶然荷载中任一个作用与其它作用组合时， 应按规范酌情降低安全系数。
2结构分析与配筋 1)横断面结构分析
为避免采用剪力钢筋，改善结构受力性能， 减少裂缝出现，在水底隧道沉管结构中，常 采用变截面或折拱形结构。

图9-4 沉管折拱型结构 沉管折拱型结构
2)纵向结构分析


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、波 浪力所引起的内力。 使用阶段的沉管纵向受力分析，一般 按弹性地基梁理论进行计算。