沉管隧道ppt

三、优点
• 7 沉管可作成大断面多车道
–一个隧道横断面可同时容纳 4 ～ 8 条车道 。 一个隧道横断面可同时容纳4 条车道。 一个隧道横断面可同时容纳 而结构尺寸不限。对盾构受尺寸限制， 而结构尺寸不限。对盾构受尺寸限制，一般 只能双车道
四、沉管隧道类型 • 按断面形状
–圆形 圆形
• 矩形
四、沉管隧道类型
第10章 沉管隧道 10章 （沉埋法施工隧道） 沉埋法施工隧道）
§10.1 概述 10.
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一、发展史
根据国际隧道协会沉管与悬浮式隧道到1994年的统计资料，世界各国已建、 在建或拟建的沉管隧道共有93条，就管段制作而言，混凝土隧道59条，钢 壳隧道34条；从使用功能上来看，公路隧道61条，铁路隧道26条（包括地 铁隧道），公路、铁路两用隧道4条，人行隧道2条；就管段横截面形状来 说，矩形截面隧道73条，圆形（含花篮形、八角形、马蹄形、椭圆形）截 面隧道20条；从规模上看，早期的沉管多为双车道或四车道，从60年代中 期，陆续建成一些六车道隧道，到目前世界已建的6／8车道共有19条。 19世纪末，美国首先用沉管法建成波士顿的下水道工程，之后，于1910年 用此法建成底特律河水底铁路隧道，这是世界上第一条沉管建造的铁路隧 道。日本是东亚第一个建成沉管隧道的国家。自1944年第一条沉管道路隧 道－庵治河隧道通车以来，已建成铁路和公路隧道18条。目前世界上最长 的沉管隧道是美国旧金山海湾地区快速交通隧道，全长5825米，由58节管 段组成。管段最宽的隧道是比利时亚珀尔隧道，宽达53.1m，全长336m。单 节管段最长的隧道是荷兰海姆斯普尔隧道，最长一节管段长268m，宽21.5m 重50000KN。
§10.1 概述 10.
• 二、方法实质 – 先在干坞中或船台上预制大型砼箱形构件，或是砼和钢的组合箱形 构件，每个构件长60～140m，并于两端用临时隔墙封闭，用拖轮拖 至预沉位置，定位后，将这些构件沉放在河床上预先浚挖好的沟槽 中并联接起来，回填砂石，拆除隔墙形成隧道
三、优点
• 1 对地质水文适应能力强 –因在基槽中开挖较浅，基槽开挖和基础处理 的施工技术比较简单 –因沉管受到水的浮力，作用于地基的荷载较 小 –因管段采用先预制再浮运沉放的施工工艺， 避免了难度较大的水下作业，故可在深水施 工，且对潮差和水流速的适应能力强
二、作用在沉管上的荷载
• 5 施工荷载：封端墙、定位塔、出入洞、压载水柜、 施工荷载：封端墙、定位塔、出入洞、压载水柜、 索具、浮箱等重量。 索具、浮箱等重量。 • 6 • 7 波浪力： 波浪力：在浮运时发生 流水压力： 流水压力：在浮运时发生
二、作用在沉管上的荷载
• 8 负摩阻力：管段横向外侧覆土沉降到管段的向下摩擦力 负摩阻力：
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分批预制管段时的干坞
分批预制管段是在干坞内分批制作管段，每批管段预制完成， 分批预制管段是在干坞内分批制作管段 ， 每批管段预制完成 ， 就 放一次水进坞，使之浮运出坞，干坞的坞门需开启多次， 放一次水进坞，使之浮运出坞，干坞的坞门需开启多次，这种干 坞规模小，占地少，造价低，重复使用率高， 坞规模小，占地少，造价低，重复使用率高，而且有利于与其它 施工程序配合缩短工期。但这种方式也有不少缺点： 施工程序配合缩短工期。但这种方式也有不少缺点： 若不采用启闭式坞门（闸门） 则每次修复坞门难度大。 ① 若不采用启闭式坞门（闸门），则每次修复坞门难度大。若采 用闸门式坞门，造价又高。 用闸门式坞门，造价又高。 先批出坞后沉放的管段， ② 先批出坞后沉放的管段，至少有一端搁置在基槽中的临时支座 需待几个月时间才能与后批管段相接， 上，需待几个月时间才能与后批管段相接，这样不利于先沉放管 段的稳定，其安全难于保证。 段的稳定，其安全难于保证。 原已开挖的基槽， 在后批管段出坞时己有回淤，且难于清除， ③ 原已开挖的基槽 ， 在后批管段出坞时己有回淤 ， 且难于清除 ， 将影响后批管段基础的质量。 将影响后批管段基础的质量。
三、优点
• 2 可浅埋与两岸道路衔接容易 –与埋深较大的盾构隧道相比，沉管隧道路面标高可 抬高，与岸上道路隧道很容易衔接
三、优点
•3 防水性能好
–每节预制管段很长， 一般约 100m, 而盾构隧 每节预制管段很长，一般约100m,而盾构隧 100m, 每节预制管段很长 道预制管片环宽仅为1 道预制管片环宽仅为1m，因而沉管隧道接缝 数量少
§10.3 管段制作 10.
一、临时干坞： 临时干坞：
位置应选择距隧址较近，地质条件较好， 位置应选择距隧址较近，地质条件较好，便于浮运的地方 干坞规模：根据工程规模、管段长宽尺寸和管段数量， （ 一 ） 干坞规模 ： 根据工程规模 、 管段长宽尺寸和管段数量 ， 结合坞址的地形、地质条件、工期、 结合坞址的地形 、 地质条件 、 工期 、 土地使用费和施工设备 综合考虑。 综合考虑。
–水底挖基槽土方量少 ， 比地下挖土单价低 ， 水底挖基槽土方量少， 比地下挖土单价低， 水底挖基槽土方量少 管段预制与盾构相比，所需费用低。 管段预制与盾构相比，所需费用低。
三、优点
•6 施工条件好
–沉管隧道施工时 ， 预制和浮运沉放管段等 沉管隧道施工时， 沉管隧道施工时 主要工序大部分在水上进行，水下作业极少， 主要工序大部分在水上进行，水下作业极少， 除少数潜水工外，工人们都在水上作业， 除少数潜水工外，工人们都在水上作业，且 不需在气压下工作
• 对矩形断面，太小，制作困难； 对矩形断面，太小，制作困难； • 太大，消除干舷下沉的压载水容量太大 太大，
– 计算方法 ： 按最大的砼容重 ， 最大的砼体积和最小的河水比 计算方法：按最大的砼容重， 重计算干舷
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抗浮安全系数
K
K＝管段总重／管段排水重 管段总重／ • K=1.05～1.10 管段沉放阶段 K=1 05～ • K=1.2～1.5 K=1 管段使用阶段
• 按管段制 作方式 –船台型 船台型
干坞型
浮船坞
§10.2 沉管结构设计 10.
• 一、沉管结构浮力计算 – 计算内容 • 干舷浮力计算 • 抗浮安全系数计算 – 1 干舷：能保持管顶露出水面的管段外露高度，对矩形截面 干舷：能保持管顶露出水面的管段外露高度， 管段，高度多为10 15cm 10～ cm。 管段，高度多为10～15cm。
百度文库 二、作用在沉管上的荷载
• 2 水压力
–主要荷载之一，分别计算高、低潮位和百年一遇的 主要荷载之一，分别计算高、 主要荷载之一 特大洪水位的水压力
二、作用在沉管上的荷载
• 3 土压力
–主要荷载，但不一定是常荷载，表示河床底面到管 主要荷载，但不一定是常荷载， 主要荷载 段顶面的土重。隧道刚建时，可能很小， 段顶面的土重。隧道刚建时，可能很小，以后逐渐 增加 • 4 浮力 –浮力＝排水重 浮力＝ 浮力
车行隧管内的爆炸力
二、作用在沉管上的荷载
• • 1 其他荷载：砼收缩、变温影响、不均匀沉降、 其他荷载：砼收缩、变温影响、不均匀沉降、地震 （二）、结构分析 横断面结构
在水底隧道沉管结构中，常采用变截面或折线形结构。 在水底隧道沉管结构中 ， 常采用变截面或折线形结构 。即使在 同一节管段（ 一般长度为100 左右） 100m 同一节管段 （ 一般长度为 100m 左右 ） 中 ， 因隧道纵坡和河底 标高的变化，各处断面所受水、土压力也不同（ 标高的变化，各处断面所受水、土压力也不同（特别在接近岸 边时） 边时），因此一般不能只以一个横断面的结构分析来进行整节 管段的分析计算。工作量大，常采用电算的方式进行。 管段的分析计算。工作量大，常采用电算的方式进行。可采用 一般的平面杆系结构分析的通用程序进行计算。 一般的平面杆系结构分析的通用程序进行计算。 2 纵向结构
1 一次预制管段时的干坞：在干坞内一次完成所有管段的制作， 一次预制管段时的干坞：在干坞内一次完成所有管段的制作， 它只需放一次水进干坞，干坞不需要闸门，施工简便， 它只需放一次水进干坞，干坞不需要闸门，施工简便，干坞仅用 土围堰或钢板围堰作坞首。管段出坞时， 土围堰或钢板围堰作坞首。管段出坞时，拆除坞首围堰便可将管 段浮运出坞。规模大，占地多，适用于：工程量较小， 段浮运出坞。规模大，占地多，适用于：工程量较小，管段数量 土地价格低和坞址地质条件较差的工程。 少，土地价格低和坞址地质条件较差的工程。
重复使用干坞，反复灌水、排水， ④ 重复使用干坞，反复灌水、排水，抽水时难以保证干坞边坡的稳 定性。 定性。 重复使用干坞还会造成难以彻底清除坞底垫层上的淤泥， 重复使用干坞还会造成难以彻底清除坞底垫层上的淤泥 ， 必然影 响坞底的透水性，削弱坞底防排水能力与承载力， 响坞底的透水性 ， 削弱坞底防排水能力与承载力 ， 从而影响再次 预制管段的质量，对管段上浮也不利， 预制管段的质量 ， 对管段上浮也不利 ，甚至造成吸附现象而使管 段平衡失控。 段平衡失控。 分批预制管段会增加坞底施工设备的拆迁和再组装工作， ⑤ 分批预制管段会增加坞底施工设备的拆迁和再组装工作，使临时 工程费用增加。 工程费用增加。 后批管段浮运时，可能需要再次对临时航道进行疏浚工作。 ⑥ 后批管段浮运时，可能需要再次对临时航道进行疏浚工作。 为克服上述缺点，在丹麦至瑞典跨海联络线的厄勒海峡水底沉管隧 为克服上述缺点， 道的分批预制管段干坞中采用了两级干坞的型式 干坞中采用了两级干坞的型式， 道的分批预制管段 干坞中采用了两级干坞的型式 ， 即干坞由浅水 槽和深水槽组成。采用船闸的方式逐段发送管段单元。 槽和深水槽组成。采用船闸的方式逐段发送管段单元。
• 9 车辆荷载 ： 在道路隧道中 ， 如果路面铺设在压载混凝土层 车辆荷载：在道路隧道中， 上面，则可略去车辆活载对管段的影响。 上面，则可略去车辆活载对管段的影响。 • 10 地基反力
二、作用在沉管上的荷载
• 偶然荷载： 偶然荷载： –11 11 –12 12 沉船荷载 投锚与拖锚荷载
–13 13
三、优点
•4 沉管隧道施工工期短
–由于每节预制管段较长 ， 一条沉管隧道只 由于每节预制管段较长， 由于每节预制管段较长 用几节预制管段就可完成， 用几节预制管段就可完成，预制管段和基槽 开挖可同时进行，且预制管段不在隧址， 开挖可同时进行，且预制管段不在隧址，施 工干扰时间短
三、优点
•5 沉管隧道造价低
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在我国，香港和台湾借助国内外先进技术共建成四条沉管隧道，中国大陆 第一条沉管道路隧道－广州珠江隧道于1993年底通车，已建成宁波甬江隧 道。我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段，但我国经 济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的条件。如上海外环线吴淞口越 江隧道确定采用沉管法隧道。由于多车道沉管隧道明显节约投资，因此沉 管隧道在我国具有广阔的前景。
• 设计计算时，应按最小的混凝土容重和体积，最大的河水 设计计算时，应按最小的混凝土容重和体积， 比重来计算各阶段的抗浮安全系数。 比重来计算各阶段的抗浮安全系数。
二、作用在沉管上的荷载和结构分析
• （一）、作用在沉管上的荷载 • 1 结构自重
–管段重量：砼(23.7～24.1)+钢筋(1.6～2.05) KN/m3 管段重量： 管段重量 23. 24. )+钢筋( 钢筋 05) –压载混凝土重量：22.5KN/m3 压载混凝土重量：22. 压载混凝土重量 –路面铺装重量 路面铺装重量
施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运， 施工阶段的沉管纵向受力分析 ， 主要是计算浮运 ， 沉设时的施工荷 波浪力所引起的内力。 载、波浪力所引起的内力。
使用阶段的沉管纵向受力分析， 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。 进行计算。 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 因抗剪的需要 ， 沉管应采用较高标号的混凝土 ， 一般采用 天 混凝土。 强度为300～450kg/cm2混凝土。 强度为 ～ 由于沉管结构不容许出现任何通透性的裂缝； 由于沉管结构不容许出现任何通透性的裂缝 ； 非通透性的裂缝 开展的宽度应控制在0.15 ～ 0.2mm以下。因此不宜采用Ⅲ 以下。 开展的宽度应控制在 以下 因此不宜采用Ⅲ 级及Ⅲ级以上的钢筋。 级及Ⅲ级以上的钢筋。