第11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。
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。
沉管隧道结构的设计与施工105页
Underground Structure Engineering Chapter 13
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
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
第11章沉管结构
基梁理论进行计算。
2. 沉管结构的设计
结构分析与配筋： 沉管结构的混凝土强度等级，宜采用C30-C40。 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级和III级以上的钢 筋。
2. 沉管结构的设计
设计时采用的容许应力可按不同的荷载组合条 件，分别加队相应的提高率．
• 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
浮力设计时，按照最大混凝土容重、
沉设困难。
最大混凝土体积和最小河水的比重
来计算干舷。
2. 沉管结构的设计
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
2）后填法
• 在后填法中，安设水底临时支座，临 时支座大多数为道渣堆上设置钢筋混 凝土支承板，也可以采用短桩简易墩。
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 ：
公路或城市道路遇到江河、港湾时，渡越的 办法根多，有轮渡、桥梁、水底隧道等。 a.轮渡是最简易的，它的优点是基本建设投资 少，运营费用亦小;但无法适应较大的交通量。 b.桥梁的主要优点是单位长度造价低。在渡越不 通行海轮的江、河或海轮达不到的上游河段时， 一般总是首先考虑建桥
1. 概述
c.水底隧道主要是用在市区港湾或通行海轮的江、 河上。
2. 沉管结构的设计
结构分析与配筋： 沉管结构的混凝土强度等级，宜采用C30-C40。 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级和III级以上的钢 筋。
2. 沉管结构的设计
设计时采用的容许应力可按不同的荷载组合条 件，分别加队相应的提高率．
• 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
浮力设计时，按照最大混凝土容重、
沉设困难。
最大混凝土体积和最小河水的比重
来计算干舷。
2. 沉管结构的设计
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
2）后填法
• 在后填法中，安设水底临时支座，临 时支座大多数为道渣堆上设置钢筋混 凝土支承板，也可以采用短桩简易墩。
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 ：
公路或城市道路遇到江河、港湾时，渡越的 办法根多，有轮渡、桥梁、水底隧道等。 a.轮渡是最简易的，它的优点是基本建设投资 少，运营费用亦小;但无法适应较大的交通量。 b.桥梁的主要优点是单位长度造价低。在渡越不 通行海轮的江、河或海轮达不到的上游河段时， 一般总是首先考虑建桥
1. 概述
c.水底隧道主要是用在市区港湾或通行海轮的江、 河上。
11-沉管隧道施工
顶管法与箱涵法施工复习题
1、顶管法施工定义； 2、中继间与触变泥浆在顶管施工中的作用； 3、水平定向钻的施工原理； 4、水平定向钻施工前的勘察设备； 5、箱涵法施工的工艺流程。
*
转灿吧碴魔瞎搅肖佐块饱祁瘟没仆殷亦褥安尖编缴踏浊胺奸裴耳欧芜臻弗11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
沉井法施工复习题
1、沉井施工工法定义及应用； 2、沉井的分类与构造； 3、沉井下沉的施工工艺及不同工法中施工注意事项； 4、沉井封底方法； 5、沉井下沉系数计算； 6、沉井不下沉或突沉实的处理措施 7、沉井下沉时产生偏差的原因及纠偏措施
*
妨箩品笋穆朔炕滴别郑叮底炔材棒底孕袋净胡辱片账给怠查配之阁衬肪掩11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
管段制作
管段制作中，最重要的是保证浮运时能有规定的干舷，使用时不产生管壁渗漏，对施工缝、变形缝的布置要慎重安排。 施工缝分为二种，一种是底板与竖墙之间的施工缝，亦可称作纵向施工缝；一种是管段长度方向分段施工时的留缝，可称作横向施工缝。在软土地层的沉管隧道中，一般将横向施工缝成为变形缝。
沉管隧道的防水设计
*
坞疡较邢北难半觅骂箔窗歹狐拜很羹婚练钎质刻干菌府澡等伊腺索橇茂钙11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
沉管隧道的防水设计
*
盅苟礁叭臆芜轴瓶务托年爹纂七纶值鬼嘛厅限武贫乾伞竟擒楞硬考剐肆止11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
§5 基础处理
沉管隧道的基础所承受的荷载通常较低，只作一般的处理，如用砂或碎石作为垫层就能满足要求。 在沉管隧道中，仍须进行基础处理，主要工作是垫平，其目的避免槽底表面与沉管底面之间的不规则空隙会导致地基土受力不均匀局部破坏，从而引起不均匀沉降，导致沉管开裂。
*
是旁挚芦瘁弓眺拳丁姜恫枷揪泞城打吗守卵芦鞋退氦非遮停话拔长忿纤般11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
1、顶管法施工定义； 2、中继间与触变泥浆在顶管施工中的作用； 3、水平定向钻的施工原理； 4、水平定向钻施工前的勘察设备； 5、箱涵法施工的工艺流程。
*
转灿吧碴魔瞎搅肖佐块饱祁瘟没仆殷亦褥安尖编缴踏浊胺奸裴耳欧芜臻弗11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
沉井法施工复习题
1、沉井施工工法定义及应用； 2、沉井的分类与构造； 3、沉井下沉的施工工艺及不同工法中施工注意事项； 4、沉井封底方法； 5、沉井下沉系数计算； 6、沉井不下沉或突沉实的处理措施 7、沉井下沉时产生偏差的原因及纠偏措施
*
妨箩品笋穆朔炕滴别郑叮底炔材棒底孕袋净胡辱片账给怠查配之阁衬肪掩11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
管段制作
管段制作中，最重要的是保证浮运时能有规定的干舷，使用时不产生管壁渗漏，对施工缝、变形缝的布置要慎重安排。 施工缝分为二种，一种是底板与竖墙之间的施工缝，亦可称作纵向施工缝；一种是管段长度方向分段施工时的留缝，可称作横向施工缝。在软土地层的沉管隧道中，一般将横向施工缝成为变形缝。
沉管隧道的防水设计
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坞疡较邢北难半觅骂箔窗歹狐拜很羹婚练钎质刻干菌府澡等伊腺索橇茂钙11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
沉管隧道的防水设计
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§5 基础处理
沉管隧道的基础所承受的荷载通常较低，只作一般的处理，如用砂或碎石作为垫层就能满足要求。 在沉管隧道中，仍须进行基础处理，主要工作是垫平，其目的避免槽底表面与沉管底面之间的不规则空隙会导致地基土受力不均匀局部破坏，从而引起不均匀沉降，导致沉管开裂。
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是旁挚芦瘁弓眺拳丁姜恫枷揪泞城打吗守卵芦鞋退氦非遮停话拔长忿纤般11-沉管隧道施工11-沉管隧道施工
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
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。
第11章 沉管结构08.5.27.
（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。
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
水土压力、结构自重、管段内外压载重 管内建筑及车辆荷载 混凝土收缩应力 浮力、地基反力 施工荷载 温差应力 不均匀沉降产生的应力 沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载 地震荷载
注：表中“★”标记表示作用有该种荷载。 表中 1、2、3、4 项为基本荷载；5、6、7 为附加荷载；8、9 为偶然荷载。
只有结构自重及其相应的地基反力是恒载。
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
件也受气候条件的影响。
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
表 11 -1 沉管法 可紧贴河床甚至高出 河床 相对较短
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
地下空间沉管PPT教案
第276页/共5620页
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; •
第287页/共5620页
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。
• 作用在沉管上的水压力是主要荷载 。
第65页/共620页
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。
第87页/共5620页
第5409页/共5620页
•
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
第510页/共5620页
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
第521页/共5620页
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。
第98页/共5620页
• 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。 第第190页页//共共6502页页
采用钢筋等级不宜过高，不宜采用III级和III级以上的钢筋。
第165页/共5620页
4）预应力的应用
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; •
第287页/共5620页
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。
• 作用在沉管上的水压力是主要荷载 。
第65页/共620页
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。
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•
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
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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
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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。
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• 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。 第第190页页//共共6502页页
采用钢筋等级不宜过高，不宜采用III级和III级以上的钢筋。
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4）预应力的应用
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。
沉管法
沉管折拱形结构
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，一般按照弹 性地基梁理论进行计算。
3） 配 筋
沉管结构的混凝土强度等级，宜采用C30-C40。 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级和III级以上 的钢筋。
浮筒吊沉法
浮箱吊沉法
2）扛吊法
最主要的大型工具就是四艘小型方驳；
3）骑吊法 SEP
4）拉沉法
1－拉合千斤顶；2－拉沉卷扬机；3－拉沉索；4－压载水
本讲要点
理解变形缝的设置原则 了解防水措施； 了解沉设方法。
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
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，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。
过程
4）预应力的应用
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 。
(a)Almendares (b)Lafontaine 1-预应力索；2－临时拉索；3－防水层
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11.4 变形缝与管段接头设计
变形缝的布置与构造
两侧浇筑的混凝土，龄期、 弹性模量、剩余收缩率均 不相同，后浇筑的混凝土 不能自由收缩，而受到偏 心受拉内力的作用，常产 生收缩裂缝。
常见的收缩裂缝
பைடு நூலகம் 有效措施是设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，把每 节管段分剖成若干节段。节段长度一般为15~20m 变形缝的构造满足三个要求：
钢壳与防水钢板
钢壳的缺点： a. 耗钢量大； b. 焊接质量不保证； c. 防锈问题仍未切实解决； d. 钢板与混凝土之间粘结不良。
钢壳防水昂贵而不可靠，逐渐改用钢板防水。
防水钢板的构造
卷材防水与涂料防水
卷材防水层是用胶料把多层沥青类卷材或合 成橡胶卷材胶合成的粘贴式防水层。 卷材粘贴完毕后，需在外边加保护层。 因为延伸率还不够，涂料在管段防水上尚未 普遍推广 涂料防水施工工艺较繁，抗拉伸能力较差。
附加 荷载
偶然 荷载
6 7 8 9
作用在管段结构上的水压力是主要荷载。 沉降摩擦力是在覆土回填后，沟槽底部受荷不均， 沉降也不均的情况下发生的。
地基反力分布规律 a. 反力按直线分布； b. 反力强度与各点地基沉降量成正比； c. 假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。 管段计算根据不同阶段进行荷载组合，一般有以 下几种： a. 基本荷载 b. 基本荷载+附加荷载 c. 基本荷载+偶然荷载
GINA止水带接头构造图
水下连接方法
水下混凝土连接法和水力压接法。 常用的是水力压接法， 其工艺简单、施工方便、质量可靠、 工料费省。
水下压接示意图
11.5 沉管基础设计
地质条件与沉管基础
在水底沉管隧道中，因作用在沟槽底面的荷载，在设置沉 管后非但未增加，反而减小了。
P0
s
H
C
阿尔曼德斯隧道断面
•
在隧孔跨中，于顶、底板之间设置临时性的对拉预应力筋。
勒方汀隧道断面
11.3 沉管的防水设计
沉管的防水措施
早起的沉管隧道，管段沉设以后使用阶段的防水 层是钢壳。 20世纪40年代初，采用四边包裹的钢壳。 20世纪50年代后，采用三边包裹的钢壳。 20世纪60年代初，在一些沉管隧道中采用柔性防 水，完全不用钢板。
钢边橡胶止水带
管段接头
管段接头的功能和要求
a. b. c. d. 水密性的要求，在施工和运营各阶段均不漏水。 接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力。 接头的各构件功能明确，造价适度。 接头的施工性好，施工质量能保证。并尽量做到 能检修。
常用接头
GINA止水带、OMEGA止水带以及水平剪切键、竖直剪 切键、波形连接件、端钢壳及相应的连接件。
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 防水性能 对航运影响 水文、气象条件 地质条件影响 施工期对地面的 影响 盾构法 应保持一定的覆土厚度最小宜为 （0.6-1）D，D为隧道直径 相对较长 基本为圆形，一般容纳两车道 纵、环向接头数量多、 防水性能相对较差 无影响 不受限制 与地质条件密切相关 可能产生地面变形 沉管法 可紧贴河床甚至高出河床 相对较短 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 较弱地层均可适应 施工期岸边隧道开挖有影响
h. 水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。 i. 施工时须与航道部门密切配合，采取措施保证坑道畅通。
沉管隧道的设计
设计内容主要有： 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。
11.2 沉管结构的设计
沉管结构的类型
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的复杂结构。
• •
抗浮安全系数 a. 在管段沉设施工阶段，应采用1.05~1.10的抗 浮安全系数； b. 施工阶段的抗浮安全系数必须大于1.05； c. 覆土完毕厚的使用阶段，应采用1.2~1.5的抗 浮安全系数； d. 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。
沉管隧道施工
沉管施工法简介
沉管施工法，也称为预 制管段施工法、沉放施 工法等。
沉管施工场景图
沉管隧道的特点
a. 隧道的施工质量容易控制。 b. 建筑单价和工程总价均较低。 c. 施工工期短。 d. 操作条件好。 e. 对地质条件的适应性强。 f. 适用水深范围几乎是无限制的。 g. 断面形状选择的自由度大，断面空间的利用率较高。
不同荷载组合条件相应的提高率 序号 荷载组合 提高率
A
B C
结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+高潮水压力
结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+低潮水压力 结构自重+保护层、路面、压载重量+覆土荷载+土压力+台风时或特 大洪水位水压力
0%
0% 30%
D
E F
A+变温影响
P t 10 H
管段底面上的压力变化
沉管隧道对各种地质条件的适应性很强。
基础处理
开槽作业中，挖成后的槽底表面总有相当程度的不平整， 因此必须进行基础处理——垫平。 刮砂法 先铺法 刮铺法 刮石法 基础处理 后填法 灌砂法 喷砂法 灌囊法 压砂浆法
压混凝土法
软弱土层中的沉管基础
a. 水下混凝土传力法 b. 砂浆囊袋传力法 c. 活动桩顶法
水下混凝土传力法
矿浆囊袋传力法
活动桩顶法之一
活动桩顶法二
解决办法
a. b. c. d. 以砂置换软弱土层 打砂桩并加荷预压 减轻沉管重量 采用桩基
砂置换
这些方法中，a会增加工程费用，且在地震时有液化危险。B会 增加工程费用，对工期影响大，一般不用。C对减少沉降固然 有效，但沉管的抗浮安全系数本来就不大，并不实用。因此常 用的办法是采用桩基。
为使桩基受力均匀，解决办法有三种。
a. 施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设
时施工荷载所引起的内力。 b. 施工阶段的纵向受力分析，一般按弹性地基梁理论计算。
结构验算及配筋
a. 沉管结构的混凝土28天强度等级，宜采用C30~C45。
b. 沉管结构在外防水层保护下的最大容许裂缝宽度为 0.15~0.2mm，因此不宜采用Ⅲ级或Ⅲ级以上的钢筋。
第11章
概述
沉管结构
沉管结构的设计 沉管的防水设计
变形缝与管段接头设计
沉管基础设计
11.1 概述
水底隧道的主要施工方法
水底隧道的施工中，采用明挖施工最为简单，较常用的是盾 构法和沉管法。20世纪50年代起，沉管法的主要技术难关相 继突破，它的施工方便、防水可靠、造价便宜，逐渐取代了 盾构法。 沉管法的主要优点：
a. 能适应一定幅度的线变形与 角变形。 b. 施工阶段能传递弯矩，使用 阶段能传递剪力。 c. 变形前后均能防水。
变形缝的布置
变形缝的临时传力措施图
变形缝的抗剪措施
止水缝带
在变形缝的各组成部分中，最为主要，既能适 应变形，又能有效的堵住渗漏的止水缝带。 普遍的是橡胶止水带和钢边橡胶止水带。 橡胶止水带式用天然橡胶或含胶率大于70%的天 然橡胶，或合成橡胶制成。形式有平板形和带 管孔的。
A+特殊荷载（如沉船、地震等）混凝土的主拉应力 其他应力
15%
30% 50%
预应力的应用
• • • 沉管的结构厚度不是由强度决定，而是由抗浮安全系数决 定，所以沉管隧道多采用普通钢筋混凝土结构。但当隧道 跨度大，而且水、土压力较大时，这时采用预应力。 在沉管结构的横断面上采用预应力时，有两种做法：一种 是全预应力，一种是部分预应力。 哈瓦那市的阿尔 曼德斯河下的水 底道路隧道是世 界上第一条采用 预应力混凝土的 沉管隧道。
钢筋混凝土沉管。
主要由钢筋混凝土组成，外涂防水材料。
沉管结构形式
圆形
八角形
花篮形
沉管结构的荷载
沉管荷载表 序号 1 基本 荷载 2 3 4 5 荷载类型 水土压力、结构自重、管段内外压载重 管内建筑及车辆荷载 混凝土收缩应力 浮力、地基反力 施工荷载 温差应力 不均匀沉降产生的应力 沉船抛锚及河道疏浚产生的特殊荷载 地震荷载 ★ ★ 横向 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 纵向 ★ ★
沉管结构的外轮廓尺寸
沉管结构的全高以及其他外廓尺寸的确定必须满足抗浮设
计要求。
沉管的结构
沉管结构计算与配筋
横向结构计算
a. 结构分析经过“假定构件尺寸——分析内力——修正尺 寸——复算内力”的几次循环。 b. 不能仅按一个横断面的结构分析结果来进行整节管段的横 向配筋。
纵向结构计算
隧道可紧贴河床最低点设置，隧道较短； 隧道主体结构在干坞中工厂化预制，可保持 良好的制作质量和水密性； 对地基的适应性强； 接头数量少，防水性能好。
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、气息条件 等的影响。
沉管结构的浮力设计
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 就是干舷。具有一定干 舷的管段，遇到风浪而 发生倾侧后，产生一个 反倾力矩，保持平衡。 干舷高度过小稳定性差， 过大不容易沉设。 浮力设计时，应按最大的混凝土重度，最大的混凝土体积 和最小的河水密度来计算干舷。