沉管法施工技术精品PPT课件
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沉管隧道的组成
一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。
沉埋段两端通常设置竖井作为起讫点,竖井起到通风、 供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件, 也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。
沉管隧道的横断面结构
整体结构: 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。
10.2.2 沉管隧道结构设计要点
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。
一般管段结构设计
(1)横断面的设计 用干船坞制作的钢筋混凝土管段,从施工的角度看,在 应力方面是不会有问题的。决定横断面时,就是要注意 对浮力的平衡。决定断面尺寸时,一般都按采用平面框 架结构进行应力计算。
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
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。
小型干圬:分批制作 瑞典Tingstad隧道(5节管段,长93.5 m,80 m,宽30 m):干圬 3500 平米(100×35 m) 大型干圬:一批制作 日本东京港水底隧道(9节管段,长115 m,宽37.4 m):干圬 81270 平米(645×126 m)
覆盖层
管段
基槽 基础
10.2 沉管隧道结构
10.2.1 沉管隧道结构分类
按断面形状:
圆形 矩形等
按建筑材料:
钢壳混凝土 钢筋混凝土
按管段的制作方式:
船台型 干圬型
船台型 1)造船厂船台上预制钢壳 2)滑行下水,水上悬浮状态灌注混凝土 3)横断面一般为圆形、八角形、花篮形,多为圆形 优点: 1)圆形,弯矩较小;水深大时,较经济 2)管段底面积小,基础容易处理 3)钢外壳既是外模,又是防水层,同时保护内侧混凝土 缺点: 1)断面空间不能充分利用;车道数少 2)隧道深度增加,基槽土方量增加 3)耗钢量大,造价高,焊接质量无法保证,没完没了的堵漏 4)钢壳防锈问题、防水问题。
(2)深度 保证管段制作好后能顺利浮运出坞。
(3)坞底与边坡 坞底 20-30 cm无筋混凝土或钢筋混凝土(铺砂砾或碎石层) 或1-2.5 m的黄砂;上覆20-30 cm砂砾或碎石 一般坞底强度不存在问题 边坡 需进行边坡稳定性分析 可采用防渗墙及井点系统 分批制作时,需分析干圬排水时边坡的稳定性
(2)底板 地层不均匀沉降可能引起管段裂缝。一般在坞底沙层上铺设一块6mm 厚的钢板,与底板混凝土浇筑在一起,既防水,又防止外力对底板 的破坏。或者用9-10cm的钢筋混凝土板代替钢板,并贴上防水膜。 (3)侧墙与顶板 侧墙外周可用钢板(做外模板和侧防水),应确保焊接质量。也可 用防水膜,并做好防水膜保护。 顶板上通常铺设防水膜,浇筑15-20cm厚的钢筋混凝土保护层,一直 包到侧墙上部,并做成削角,避免被船锚钩住。
横断方向的钢壳断面,一般决定于混凝土灌注时的应力。
随着混凝土的灌注,吃水深度增加,而水压增大。设计 断面也随之变化。因此,应对每一施工阶段的混凝土重 量和水压进行应力计算,而后按最危险状态,决定钢壳 断面。
(2)纵断面的设计 施工阶段:主要计算浮运、沉设等阶段时主要由施工荷 载引起的弯矩,浮运管段越长,所受弯矩越大。 使用阶段:弹性地基梁理论计算纵向内力 钢壳作为整体梁分析,保证纵向发生变形而横截面方向 无显著变形,可利用横柱和支柱增强截面的刚度
10.3.4 管段浮运
管段制作完成后开始向干船坞注水,检查管段内部漏水情况,一旦 发现漏水,立即停止注水并修补。 船坞内水位接近干舷量时,向压载水箱内注水,防止管段上浮。完 全淹没后,排出水箱内的水,使管段上浮。浮运时干舷量一般取1015cm左右。调整完后,打开坞门,拽出管段。 一般清晨托运至隧址,以便沉设。提前12h做好水流与气象条件预报 工作,并提前2h复核。一般要求:风力小于5-6级,能见度大于 1000m,气温高于-30C,可进行沉设作业。
(3)预应力混凝土管段设计 跨度较大时,并且土、水压力较大时,采用管段顶、底 及隔墙预应力设计,改善管段结构的抗裂性能。
10.3 沉管隧道施工工艺
10.3.1 沉管法施工前期调查工作
水力调查:流速、流向、密度差异、潮汐、水位变化、
海浪和波浪影响、水质情况
地质调查:地基承载力、水下障碍物、浚挖技术
气象调查:风、温度、能见度等
(4)坞首、坞门 一批制作时:一般不采用坞门,仅用土围堰、钢板桩围堰; ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部拆除围堰,将管段拖运出坞 分批制作时:双排钢板桩围堰;单排钢板桩作坞门
10.3.3 管段制作
(1)施工缝、变形缝的控制 纵向施工缝:竖墙下端30-50cm处 横向施工缝:垂直缝(水密性难以保证) 设置垂直于隧道轴线方向的变形缝,以防止管段开裂,长短一般为15-20 m
(4)临时隔墙 设置于管段两端50-100 cm处 木料、钢材或钢筋混凝土制成 设计时按最大静水压力考虑 封端墙上需设排水阀(下部)、进气阀(上部)、人员出入孔 (5)压载设备 石碴、矿碴或者水,多数用加载水箱 每只管段>4只水箱,均匀布置于四角 水箱容量取决于干舷大小、下沉力、基础压重等 (6)预应力张拉 管段预制完成后,在干船坞内全部预应力一次施加完毕。
干圬型 1)临时干圬中制作钢筋混凝土管段,外涂
防水涂料 2)圬内灌水,管段上浮;拖运到隧址陈设 3)断面多为矩形 优点: 1)管段在干船坞内制造,不需钢壳,节约钢材 2)断面大小不受限制 缺点: 1)必须在合适地点修建干船坞 2)需设置防水层,并加以保护,以保证防水性 3)混凝土工艺要求高,特别是水密性要求 4)底面积大,基础处理麻烦