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，
沉 管 结 构概 述
圆形沉管、矩形沉管
沉 管 结 构设计
沉管折拱形结构
沉 管 结 构设计
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，一般按照弹 性地基梁理论进行计算。
沉 管 结 构设计
3） 配 筋


沉管结构的混凝土强度等级，宜采用C30C40。 由于沉管结构对贯通裂缝非常敏感，非贯通 裂缝宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用 钢筋等级不宜过高，不宜采用III级及III级 以上的钢筋。
沉 管 基 础

灌砂法 喷砂法 灌囊法 压浆法 压砂法
沉 管 基 础
（1）灌砂法（2）喷砂法

1－预制支承板；2－喷砂台架； 3－喷砂管；4－喷入砂垫层
沉 管 基 础
（3）灌囊法



灌囊法系于砂、石垫 层面上用砂浆囊袋将 剩余空隙切实垫密。 空囊下沉，水面灌 注混合砂浆。 防止顶管，需严密观 测。


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
本章要点


接缝管段处理与防水措施
9.3.5卷材防水


用胶料粘结多层沥青类卷材或合成橡胶类 卷材而成的粘贴式（亦称外贴式）防水层。 均用浇油摊铺法粘贴 ; 卷材粘贴完毕后，须在外边加设保护层。 施工工艺较繁；
接缝管段处理与防水措施
9.3.6涂料防水


抗拉伸能力较差。 自生长涂料。
管段沉设与水下连接
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
9.4管段沉设与水下连接

1)分吊法 2～4艘起重船或浮 箱
管段沉设与水下连接
浮筒吊沉法
管段沉设与水下连接
浮箱吊沉法
管段沉设与水下连接
2）扛吊法

最主要的大型工具就是四艘小型方驳；
管段沉设与水下连接
3）骑吊法
SEP
管段沉设与水下连接
4）拉沉法
1－拉合千斤顶；2－拉沉卷扬机；3－拉沉索；4－压载水
沉 管 结 构概 述
过程


沉管法亦曾称作预制管段沉放法； 先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时 封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。 预先在设计位置处，挖好水底沟槽。待管段定位就 绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设 完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道， 此之谓“沉管隧道”。
沉 管 结 构设计

浮力设计时，按照最大混凝土重度、最 大混凝土体积和最小河水的比重来计算 干舷。
沉 管 结 构设计
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。
接缝管段处理与防水措施
形式：

由本体部与锚着部两部分组成; 变形缝的张开度、本体部的宽度。这两个因素 共同决定着止水带所受拉力。
接缝管段处理与防水措施
2)钢边橡胶止水带

钢边橡胶止水带，系于橡胶止水带两侧锚着 部中加镶一段薄钢板，其厚度仅0.7mm左 右，初于荷兰的凡尔逊（Velsen,1957）。
沉 管 基 础
9.6 沉管基础

在水底沉管隧道中，因作用在沟槽底 面的荷载，不因设置沉管而有所增加， 相反，却有所减小。
沉 管 基 础
9.6.2基础处理——垫平


沉管隧道的基础处理方法，大体上分为 先铺法和后填法两大类； 先铺法有刮砂法，刮石法等； 后填法有灌囊法，压浆法，压砂法等。
沉 管 基 础
沉 管 结 构设 计
9.2 沉管结构设计

沉管式水底隧道的设计： 包括几何设计、通风设计、照明设计、 结构设计、内装设计、给排水设计、供 电设计、运营安全等设计。
沉 管 结 构设计
9.2.1沉管结构所受的荷载


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。 作用在沉管上的水压力是主要荷载 。
沉 管 基 础
（4）压浆法
压砂法
隧道内部用通常的压浆设备，经预埋在管段底板上带 单向阀的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。
沉 管 基 础
9.6.3软弱土层上的沉管基础

一般的解决办法有： （1）以粗砂置换软弱土层； （2）打砂桩，并加荷预压； （3）减轻沉管重量 （4）采用桩基。
沉 管 基 础
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
沉 管 结 构概 述


二十世纪50年代解决了两项关键技术——水力压 接法和地基处理，沉管法已经成为水底隧道最主 要的施工方法，尤其在荷兰。 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。
沉管结构的概念和施工步骤。 沉管运输中干舷设计的意义。 沉管结构设计的方法和原则。 理解变形缝的设置原则 了解防水措施； 了解沉设方法。 理解水下连接的原理； 了解基础垫平及处理措施；
沉 管 结 构设计
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。
沉 管 结 构设计
9.2.3结构分析与配筋


1）.断面结构分析 其结构内力分析须经过“假定截面尺寸——分析内 力——修正尺度——复算内力”的几次循环。 避免采用剪力钢筋 ,常采用变截面或折拱形结构 。 不能只以一个断面的结构分析来代表整节管段， 以及河中段全长的横断面配筋计算，所以目前一 般采用电算分析。
地 下 结 构 工 程
沉管结构
沉 管 结 构概 述
9 沉管结构


9.1 概述 水底隧道的施工方法： 围堤明挖法、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 。

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