第11章 沉管结构08.5.27.

2．建筑单价和工程总价均较低。
（1）水上挖土单价比地下挖土低；
（2）每节长达 100m左右的管段，整体制作，完成后从 水面上整体拖运，所需的制作和运输费用比大量管片 分块制作，完成后用汽车运送到隧址工地所需的费用 要低得多； （3）接缝数量少，费用随之亦少等。 （4）沉管所需覆土很薄，甚至可以没有，水底沉管隧 道的全长总比盾构隧道短得多，工程总价乃相应大幅 度降低。
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
11.1.2 沉管隧道施工
（一）沉管施工法简介
先在隧址以外建造临时干坞，在干坞内制作钢筋混凝土的
隧道管段（道路隧道用的管段每节长60～140m。 两端用临时封墙封闭。 向临时干坞内灌水，使管段逐节浮出水面，并用拖轮拖运 到指定位置。
（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
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Fra Baidu bibliotek
的一个关键。
总体几何设计的构思是否先进，对整个工程的经济性和合 理性常带来根本性的影响。
图11-3 沉管隧道的断面（矩形）
11.2 沉管结构的设计 11.2.1 沉管结构的类型
• 钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。
钢壳沉管为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。 钢壳在船坞内预制，下水后浮在水面浇灌钢壳内的大部分混 凝土，钢壳既是浇灌混凝土的外模板又是隧道的防水层，省 去了钢筋混凝土管段预制所需的干坞工程。 隧道耗钢量大，钢壳制作的焊接工作量大，防水质量难以保 证； 钢壳的防腐蚀、钢壳与混凝土组合结构受力等问题不易得到 较好解决，且施工工序复杂；钢壳沉管由于制造工艺及结构 受力等原因，断面一般为圆型，每孔一般只能容纳两车道， 断面利用率很低，不经济。
钢筋混凝土沉管主要由钢筋混凝土组成，外涂 防水涂料。 沉管预制一般在干坞内进行，临时干坞工程量
较大；管段预制时须采取严格的施工措施防止
混凝土产生裂缝。
钢筋混凝土沉管用钢量少，造价相对较低。钢
筋混凝土管段一般采用矩形断面，断面利用率
高，多管孔可随意组合。
11.2.2 沉管结构的荷载 作用在沉管结构上的荷载计有： 结构自重；水压力；土压力；浮力；施工
于设计隧位处预先挖好一个水底沟槽。
待管段定位就绪后，向管段里灌水压载，使之下沉。 沉设完毕的管段在水下联接起来。 进行基础处理，经覆土回填后，便筑成了隧道。
临时干坞 管段制作
出坞、系泊、舾 装 沉放、水下连接
基槽浚挖 沉放、 水下连 接
基础处理 沉放、 水下连 接 回填、覆盖 沉放、 水下连 接
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
（a）沉管隧道的施工工艺流程图
（b）沉管施工场景图 图11-2 沉管施工法
（二）沉管隧道的特点 1．隧道的施工质量容易控制。
预制管段在临时干坞里浇筑，施工场地集中，管理方 便，沉管结构和防水层的施工质量均比其它施工方法 易于控制。 在隧址现场施工的隧管接缝非常少，漏水的机会亦相 应地大为减少。 采用水力压接法，接缝能够保证达到“滴水不偏”。
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．隧位现场的施工期短。在市区里建设水底隧道时， 城市生活因施工作业而受干扰和影响的时间，以沉 管隧道为最短。 4．操作条件好。基本上没有地下作业，水下作业亦 极少，气压作业则完全不用。施工较为安全。 5．对地质条件的适应性强，能在流砂层中施工，不 需特殊设备或措施。
6．适用水深范围几乎是无限制的，以潜水作业的最 大深度作为限度，则沉管隧道的最大深度可达70m。
7．断面形状选择的自由度较大，断面空间的 利用率较高。一个断面内可容纳4～8个车道。 8．水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。
9．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。
11.1.3 沉管隧道的设计
水底道路用的沉管隧道，设计内容较多，涉及面较广，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。 其中总体几何设计非常重要，常是决定隧道工程设计成败
11 沉管结构
丁文其 教授 同济大学地下建筑与工程系
11.1 概述
11.2 沉管结构的设计
11.3 沉管的防水设计 11.4 变形缝与管段接头设计
11.5 沉 管 基 础 设 计
11.1 概述 江河湖海、港湾渡越有轮渡、桥梁、水底隧道 等。
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。桥梁的运营条