沉管隧道设计简介

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结构设计
沉管隧道结构设计包括： (1)管段结构设计 (2)管段浮力设计 (3)附属结构设计 (4)管段基础设计
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结构设计
(1)管段结构设计
A) 包括设计结构横断面、端钢壳、管段接头等 B) 荷载：结构自重、设备荷载、土压力、水压力、基础抗力、混凝土收缩、地基沉 降、车辆荷载、温度荷载、施工荷载、爆炸荷载、沉船荷载、地震力等。 C) 计算模型：
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结构设计
D) 荷载组合 管段横向静力计算工况
工况号 工况描述 荷 载
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
管段预制阶段
施工 阶段 管段浮运阶段 管段沉放阶段 考虑永久荷载 运营 阶段 考虑车辆荷载 考虑温度荷载 考虑车辆与温度荷载 考虑爆炸荷载 特殊 工况 考虑沉船荷载 考虑地震荷载
自重、施工荷载
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结构设计
剪切键与鼻托：包括垂直剪切键与水平剪切键。根据管段不均匀沉降时产生的垂直 剪切力设计垂直剪切键，根据由地震所引起的水平剪切力设计水平剪切键。水平剪 切键在拆除压舱水箱之后安装，上垂直剪切键（鼻托）在管段预制时制作，下垂直 剪切键须待管段沉放对接之后方可施工 临时支撑：管段沉放时，一段支撑在鼻托上，另一段用千斤顶支撑于临时支撑（钢 管桩、垫块等）。临时支撑须提供满足设计要求的承载力和负浮力 管顶设施：包括吊点、人孔、定位塔、拉合装臵等。



道)

中国于1993年建成第一条沉管隧道广州珠江沉埋隧道，之后相继建成了宁波甬江隧 道、常洪隧道、上海外环隧道等
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沉管隧道优点
采用沉管法施工的水下隧道，比用盾构法施工具有较多优点,主要有： (1)容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较 长,接缝很少,漏水概率大为减少 (2)工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运 送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以 很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低 (3)在隧道现场的施工期短。因预制管段等大量工作均不在现场进行 (4)操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业 (5)断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳4～8车 道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道 (6)容易与周边道路和立交相连接。因沉管隧道埋深浅，要求更短的进（出）口段长度
沉管隧道设计 （Design of Immersed Tube Tunnel）
ห้องสมุดไป่ตู้
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内容 (Content)

何为沉管施工法？ 沉管隧道类型 发展历史 沉管隧道优点 沉管隧道适应条件 典型沉管隧道布臵 设计内容


施工步序
结构设计 防水设计
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何为沉管施工法？
隧道种类
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发展历史

第一条沉管隧道：美国波士顿的雪莉排水管隧洞于1894年建成，直径2.6米，长96 米，由6节钢壳圆管加砖砌的管段连接而成(第一代沉管隧道)

第一条沉管铁路隧道：美国底特律河的铁路隧道于1910年建成，水下段由10节长80 米的钢壳圆管管段组成(第一代沉管隧道)
第一条沉管道路隧道 & 第一条钢筋混凝土沉管隧道：美国加利福尼亚州的奥克兰 与阿拉梅达之间的波西隧道，于1928年建成,水下段长744米，使用12节62米长的 钢筋混凝土圆形管段，其外径为11.3米(第一代沉管隧道) 第一条矩形断面沉管隧道：荷兰的马斯河道路隧道于1941年建成，管段用钢筋混凝 土制成矩形结构，内设4车道并附设自行车和人行的专用通道，管段断面为 24.8×8.4米,外面用钢板防水(第二代沉管隧道) 50年代以后，由于水下连接技术的突破──采用水力压接法，并应用橡胶垫圈作 止水接头，沉管法被广泛采用，并随之较快地发展。之后在世界上很多国家与地区 如丹麦、荷兰、日本、中国香港、中国台湾等建成了很多沉管隧道(第三代沉管隧
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结构设计
(3)附属结构设计 包括设计端封门、压舱水箱、剪切键、鼻托、临时支撑、管顶设施等。 端封门：密封管段的临时性结构，由钢梁、混凝土板和预埋枕梁构成，整扇封门按 梁板体系设计（简支梁+等跨连续板），考虑水压力及因四点支撑和管段对接时应力 集中的影响 压舱水箱：在管段起浮、拖运、沉放阶段调整管段平衡和提供必要的负浮力。水箱 容量（或个数）须满足沉放就位后管段抗浮安全系数大于规定值（如1.04)
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防水设计
施工顺序及作用机理 •GINA止水带固定方式：卡箍式 •管段连接方法：水力压接法 →用拉合千斤顶将刚沉放的管段拉向前一节管段，使胶垫的 尖肋略为变形，起初步止水作用 →将两管段封墙之间被止水带封闭的水，经前节管段封墙下 部的排水阀排出 → 更大的水压差将GINA止水带进一步压缩，达到完全止水 →拆除端封门 →安装OMEGA止水带。
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谢谢！
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施工 阶段
5
6
考虑地基不均匀
考虑沉船荷载
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结构设计
(2)管段浮力设计 浮运阶段管段干舷高度设计 •为保持稳定，管段在浮（拖）运阶段必须露顶， 设计干舷高度一般为10~15cm •计算干舷高度时，需考虑制作误差、结构含钢 量、水密度等的影响 沉放后管段抗浮设计 •工况一：未回填覆盖时管段的抗浮安全系数 •工况二：考虑回填覆盖时管段的抗浮安全系数
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沉管隧道适应条件
适合于沉管法施工的主要条件： (1)水道河床稳定--便于顺利开挖沟槽，减少土方量 (2)水流不能过急--便于管段浮运、定位和沉放
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典型沉管隧道布置
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设计内容
A. B. C. D. E.
F.
G. H. I.
J.
K. L.
工程总体及线路设计 隧道结构设计 施工步序设计 防水设计 通风设计 给排水、消防设计 照明设计 供电设计 交通设施设计 内装设计 监控系统设计 抗灾、防灾设计
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结构设计
管段纵向静力计算工况
工况号
1 2 3 4 运营 阶段
工况描述
管段浮运阶段 管段临时支撑阶段 考虑永久荷载 考虑车辆荷载
荷 载
自重、施工荷载、水压力 自重（含压重）、施工荷载、水压力、支 撑力 自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、 混凝土收缩 工况3荷载+车辆荷载 自重、设备荷载、水土压力、混凝土收缩、 不均匀基础抗力 工况4荷载+沉船荷载
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结构设计
(4)管段基础处理
目的：使管段沟槽底面平整 由于浮力的存在，沉管隧道对基础承载力要求不高，但由于开挖后的基槽非常 不平整，如不处理，会产生导致结构破坏的不均匀沉降 处理方法：灌砂法、喷砂法等 技术标准：灌砂基础压缩量和抗压强度
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防水设计
包括管段结构自身防水与管段接头密封防水，本培训仅简单介绍管段接头密封防 水 双止水带防水：GINA 和 OMEGA 为何采用双止水带？ • 防水双重保障，无需担心渗漏水 • GINA止水带与钢端壳结合不紧密（地震或基础不均匀沉降造成）时， OMEGA承担防水任务 • 可拆卸、修复、更换OMEGA止水带
自重、施工荷载、水压力 自重、施工荷载、水压力、基础抗力 自重、设备荷载、水土压力、基础抗力、 混凝土收缩 工况4荷载+车辆荷载（细分：考虑中孔满 载、边孔满载和全部满载情况） 工况4荷载+温度荷载（温升与温降） 工况5荷载+温度荷载（温升与温降） 工况5荷载或工况6荷载+爆炸荷载 工况5荷载或工况6荷载+沉船荷载 工况4荷载+地震荷载
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施工步序
沉管隧道施工大致包括以下八个步骤： 第一步：干坞开挖（用于制作预制管段） 第二步：预制管段制作 第三步：干坞进水，打开坞门
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施工步序
第四步：沉放基槽开挖及清淤 第五步：将预制管段浮运至基槽指定位臵 第六步：管段沉放及接头安装
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施工步序
第七步：基础处理 第八步：基槽回填覆盖
把预制好的钢管或混凝土管段，一段段浮运并沉 放在水中事先开挖好的沟槽中，在水中拼装连成一 体，形成沉管隧道
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沉管隧道类型
分类标准 用 途 （1）铁路隧道 （2）道路隧道 （3）人行隧道 （4）水工隧道 等 断面形状 （1）圆形 （2）八角形 （3）矩形等 材 料 （1）钢材 （2）钢筋混凝土