1、第八章第八章 沉管法隧道施工沉管法隧道施工8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 管段制作管段制作8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接8.4 8.4 基础处理及回填基础处理及回填第1页，共26页。8.1 8.1 概述概述一、基本概念一、基本概念沉管隧道：沉管隧道：按照隧道的设计形状和尺寸，先在遂按照隧道的设计形状和尺寸，先在遂址以外的干坞中或船台上址以外的干坞中或船台上预制预制隧道管段，并在两隧道管段，并在两端用临时封墙封闭，然后舾装好托运、定位、沉端用临时封墙封闭，然后舾装好托运、定位、沉放等设备，将其放等设备，将其托运托运至遂址位置，至遂址位置，沉放沉放到江河中到江河中预先浚挖
2、好的沟槽中，并连接起来，最后充填基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。础和回填砂石将管段埋入原河床中。http:/ 8.1 概述概述二、沉管的基本结构二、沉管的基本结构1 1、整体结构、整体结构:由基槽、基础、管段、覆盖由基槽、基础、管段、覆盖层等组成，整体坐落于河海水底，如图层等组成，整体坐落于河海水底，如图所示所示 第3页，共26页。8.1 8.1 概述概述二、沉管的基本结构二、沉管的基本结构第4页，共26页。2 2、管段断面结构、管段断面结构 8.1 8.1 概述概述第5页，共26页。钢壳混凝土管段钢壳混凝土管段 （单层、双层）（单层、双层）钢筋混凝
3、土管段钢筋混凝土管段 （常用）（常用）钢筋混凝土管段的优缺点钢筋混凝土管段的优缺点优点：优点：（1 1）隧道横断面空间利用率高，建造多车道隧道时优势显著；）隧道横断面空间利用率高，建造多车道隧道时优势显著；（2 2）车道路面最低点的高程较高，隧道的全长相应较短，所需浚挖的）车道路面最低点的高程较高，隧道的全长相应较短，所需浚挖的土方量较少；土方量较少；（3 3）不用钢壳防水，节约大量钢材；）不用钢壳防水，节约大量钢材；（4 4）利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。）利用管段自身防水的性能，能做到隧道内无渗漏水。缺点：缺点：（1 1）需修建临时干坞，征地搬迁及施工费用高；）需修建临时干
4、坞，征地搬迁及施工费用高；（2 2）制作管段时，对混凝土施工要求严格，保证干舷和抗浮安全系数；）制作管段时，对混凝土施工要求严格，保证干舷和抗浮安全系数；（3 3）须另加混凝土防水措施。）须另加混凝土防水措施。8.1 8.1 概述概述第6页，共26页。三、沉管法的优点三、沉管法的优点（1 1）对地质水文条件的适应性强，施工方法简单；）对地质水文条件的适应性强，施工方法简单；（2 2）施工工期短，对航运干扰小，施工质量容易保证；）施工工期短，对航运干扰小，施工质量容易保证；（3 3）工程造价低；）工程造价低；（4 4）有利于多车道和大断面布置；）有利于多车道和大断面布置；（5 5）接头少、密实度
5、高、隧道防渗效果好；）接头少、密实度高、隧道防渗效果好；（6 6）具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。）具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。8.1 8.1 概述概述第7页，共26页。四、主要施工工艺流程四、主要施工工艺流程修建临时干坞修建临时干坞预制管段预制管段基槽浚挖、临基槽浚挖、临时支座设置时支座设置沉放与连接沉放与连接基础处理基础处理回填覆盖回填覆盖内部安装于装修内部安装于装修竣工。竣工。8.1 8.1 概述概述http:/ 因其埋深小、工期短、对地基承载力无特殊要因其埋深小、工期短、对地基承载力无特殊要求，特别适用于软弱地层。求，特别适用于软弱地层。与城市总体规划要求的两岸
6、交通疏解方案相协调；与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调；具有较为合适的河海航道、水文及河床条件。具有较为合适的河海航道、水文及河床条件。施工条件是否满足要求施工条件是否满足要求。8.1 8.1 概述概述第9页，共26页。六、技术发展简介六、技术发展简介最早起源于英国伦敦泰晤士河（最早起源于英国伦敦泰晤士河（18101810）18941894建成美国波士顿第一条城市排水隧道；建成美国波士顿第一条城市排水隧道；19101910底特律水底铁路隧道的建成，标志沉管法修建水底底特律水底铁路隧道的建成，标志沉管法修建水底隧道技术的成熟；隧道技术的成熟；加拿大、美国、日本加拿大、美国、日本国内：国内
7、：19721972年香港修建第一条跨港沉管隧道；年香港修建第一条跨港沉管隧道；19841984台湾高雄海底隧道；台湾高雄海底隧道；19941994年珠江沉管隧道；年珠江沉管隧道；9696年宁波甬江沉管隧道。年宁波甬江沉管隧道。2121世纪，常洪、杭州湾、上海外环沉管隧道相继建成。世纪，常洪、杭州湾、上海外环沉管隧道相继建成。8.1 8.1 概述概述第10页，共26页。8.2 8.2 管段制作管段制作一、干坞一、干坞 干干坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需场所。通常是在遂址附近开挖一块低洼沉管隧道的必需场所。通常是在遂址附近开挖一块
8、低洼场地用于预制隧道管段，属于临时工程。场地用于预制隧道管段，属于临时工程。1.1.干坞形式干坞形式固定干坞（固定干坞（3 3千万千万-4-4千万）：洼地，船厂的船台千万）：洼地，船厂的船台移动干坞：半潜驳（大型轮船）移动干坞：半潜驳（大型轮船）2 2、干坞位置、干坞位置遂址设计轴线上，仅一个工程使用；遂址设计轴线上，仅一个工程使用；隧道设计轴线之外，有利于多个工程同时使用隧道设计轴线之外，有利于多个工程同时使用 第11页，共26页。固定干坞选择原则：固定干坞选择原则：离遂址较近，附近航道具备浮运条件，以便离遂址较近，附近航道具备浮运条件，以便管节浮运和缩短运距；管节浮运和缩短运距；附近应有可
9、浮存若干节预制好的管节的水域；附近应有可浮存若干节预制好的管节的水域；地质条件，场地土具备一定的承载能力；地质条件，场地土具备一定的承载能力；交通运输方便，有良好的外部输运条件；交通运输方便，有良好的外部输运条件；征地拆迁费用低，可重复利用。征地拆迁费用低，可重复利用。8.2 8.2 管段制作管段制作第12页，共26页。8.2 8.2 管段制作管段制作3 3、干坞规模、干坞规模大型干坞；小型干坞大型干坞；小型干坞干坞的平面形状干坞的平面形状干坞的深度干坞的深度4 4、构造、构造边坡，坞底，坞首边坡，坞底，坞首干舷：管节浮起时露出水面的高度。干舷：管节浮起时露出水面的高度。第13页，共26页。二
10、、管段制作二、管段制作 管段制作对混凝土要求很严格，要保证干舷管段制作对混凝土要求很严格，要保证干舷（10-15cm），），和抗浮安全系数以及防水要求。和抗浮安全系数以及防水要求。1.1.钢筋混凝土矩形管段制作钢筋混凝土矩形管段制作 与一般土建钢筋混凝土结构基本相同，应注意：与一般土建钢筋混凝土结构基本相同，应注意：混凝土的防水性及抗渗性要求高；混凝土的防水性及抗渗性要求高；混凝土的重度控制严格；混凝土的重度控制严格；均质性要求；均质性要求；施工缝及变形缝的处理要慎重。施工缝及变形缝的处理要慎重。8.2 8.2 管段制作管段制作第14页，共26页。2.2.管段的水密性控制管段的水密性控制（1
11、1）外防水（刚性、柔性）；）外防水（刚性、柔性）；（2 2）结构自身防水；）结构自身防水；（3 3）接缝防水。）接缝防水。3.3.封墙封墙 管段在浮运前，在两端离端面管段在浮运前，在两端离端面50-100cm50-100cm处，设封墙，以便使管段能在水中浮起。材料可处，设封墙，以便使管段能在水中浮起。材料可用木材、钢材或钢筋混凝土。封墙上需设排水阀用木材、钢材或钢筋混凝土。封墙上需设排水阀、进气阀及出入人孔。、进气阀及出入人孔。8.2 8.2 管段制作管段制作第15页，共26页。4.4.压载设施压载设施 水箱的容量取决于管段干舷的大小、下沉力的水箱的容量取决于管段干舷的大小、下沉力的大小、管段
12、基础处理时抗浮所需的压重。大小、管段基础处理时抗浮所需的压重。5.5.检漏与干舷调整检漏与干舷调整 一般在干坞灌水之前，先往压载水箱里灌压载一般在干坞灌水之前，先往压载水箱里灌压载水，然后向干坞灌水，水，然后向干坞灌水，24-4824-48小时后，进入管段内小时后，进入管段内对管壁进行检漏，如有渗漏及时修补；同时进行干对管壁进行检漏，如有渗漏及时修补；同时进行干舷调整，通过调整压载水的重量，使干舷达到设计舷调整，通过调整压载水的重量，使干舷达到设计要求。要求。8.2 8.2 管段制作管段制作第16页，共26页。8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接一、基槽浚挖一、基槽浚挖 基槽横断面
13、设计，主要由底宽、深度和边坡坡度。底宽基槽横断面设计，主要由底宽、深度和边坡坡度。底宽一般比管段底宽一般比管段底宽4-10m，边坡稳定性与土层物理力学性质，边坡稳定性与土层物理力学性质相关。相关。纵断面：形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致。纵断面：形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致。浚挖方式：一般分层，分段进行。浚挖方式：一般分层，分段进行。浚挖设备：链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、抓斗挖泥船等。浚挖设备：链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、抓斗挖泥船等。第17页，共26页。二、管段沉放与连接二、管段沉放与连接管段出坞管段出坞 预制完备，安装了全部浮运、沉放、水下对接的附属预制完备，安装了全部浮运、沉放、
14、水下对接的附属设备后，向干坞内灌水使预制管段逐渐浮起，到干坞内设备后，向干坞内灌水使预制管段逐渐浮起，到干坞内外水位平衡为止，打开坞门或破坞堤，由布置在坞定的外水位平衡为止，打开坞门或破坞堤，由布置在坞定的绞车将管段逐节牵引出坞。绞车将管段逐节牵引出坞。管段浮运：管段浮运：将管段从干坞托运到沉放位置的过程叫浮运。将管段从干坞托运到沉放位置的过程叫浮运。可采用拖轮拖运或岸上绞车托运。托运到沉放位置后，可采用拖轮拖运或岸上绞车托运。托运到沉放位置后，要转向或平移，对准隧道中线待沉。要转向或平移，对准隧道中线待沉。管段就位管段就位管段沉放：吊沉法、拉沉法管段沉放：吊沉法、拉沉法8.3 8.3 管段的
15、沉放与连接管段的沉放与连接第18页，共26页。吊沉法又分为：吊沉法又分为：（1 1）起重船吊沉法）起重船吊沉法用用2-4艘艘1000-2000KN起重船，提着预埋在管段上的起重船，提着预埋在管段上的3-4个个吊点，逐渐将管段沉放至基槽中的规定位置。多用于钢吊点，逐渐将管段沉放至基槽中的规定位置。多用于钢壳型、规模较小隧道。壳型、规模较小隧道。（2 2）浮箱吊沉法）浮箱吊沉法 4 4只只1000-1500KN1000-1500KN的方形浮箱。位于管段顶板上方，分前的方形浮箱。位于管段顶板上方，分前后后2 2组，每组以钢桁架联系，并以四根锚索定位，管段本组，每组以钢桁架联系，并以四根锚索定位，管段
16、本身另用身另用6 6根锚索定位，浮箱通过吊索和管段起吊点连在一根锚索定位，浮箱通过吊索和管段起吊点连在一起。起吊提升机和浮箱定位提升机均安放在浮箱顶部，起。起吊提升机和浮箱定位提升机均安放在浮箱顶部，吊索起吊力要作用在各浮箱中心。适用小型沉管。吊索起吊力要作用在各浮箱中心。适用小型沉管。改装后，用前后改装后，用前后2 2只大浮箱，适用于大型沉管，目前应用只大浮箱，适用于大型沉管，目前应用广泛。广泛。8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接第19页，共26页。（3）四驳扛吊法 4 4艘方驳，左右两艘之间架设型钢或钢板梁组艘方驳，左右两艘之间架设型钢或钢板梁组成的成的“扛棒扛棒”，来承受吊
17、索的吊力。前后两组方驳，来承受吊索的吊力。前后两组方驳可用钢桁架联系，构成一个船组。驳船组及管段可用钢桁架联系，构成一个船组。驳船组及管段分别用锚索定位。由于四艘方驳承担下沉力，每分别用锚索定位。由于四艘方驳承担下沉力，每艘只需要艘只需要1000-2000KN的小方驳就足够了。的小方驳就足够了。（4）双驳扛吊法8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接第20页，共26页。（5）骑吊法 将管段插入水上作业平台下，使平台“骑”在管段上，将其慢慢吊放下沉。水上作业平台实际上是个矩形钢浮箱。目前最常用的是浮箱吊沉法和双驳扛吊法；最主要的大型工具，四艘方型浮箱或小型方驳，吨位1000-1500KN
18、。主要起重设备是6-14台定位卷扬机和3-4台起吊卷扬机。8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接第21页，共26页。管段下沉管段下沉初次下沉：初次下沉：先灌注压载水至沉力达到规定值的先灌注压载水至沉力达到规定值的50%，进，进行位置校正，然后再注水使下沉力达到设计值的行位置校正，然后再注水使下沉力达到设计值的1 100%，下沉速度：下沉速度：400-500mm/min，直到离管底设计高程，直到离管底设计高程4-5m为止。为止。靠拢下沉：靠拢下沉：先将管段向前一节已沉管段的方向平移，至先将管段向前一节已沉管段的方向平移，至距距2m左右处，将管段下沉到管底设计高程左右处，将管段下沉到管底
19、设计高程0.5-1m左左右，并校正管位。右，并校正管位。着地下沉：着地下沉：将管段前移至前节已沉管段约将管段前移至前节已沉管段约500mm处，处，校正后开始着地下沉。最后校正后开始着地下沉。最后1m的下沉，速度要放慢，并的下沉，速度要放慢，并随沉随测。随沉随测。8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接第22页，共26页。三、管段连接三、管段连接1.1.水力压接法（水下连接）水力压接法（水下连接）基本原理：利用作用在管段后端的端面上的巨大压力，基本原理：利用作用在管段后端的端面上的巨大压力，使安装在管段前端端面周边上的一圈橡胶垫环发生压缩变使安装在管段前端端面周边上的一圈橡胶垫环发生压缩
20、变形，构成一个水密性良好，且相当可靠的管段接头。形，构成一个水密性良好，且相当可靠的管段接头。水力压接接头胶垫水力压接接头胶垫 主要工序：对位，拉合，压接、拆除端封墙。主要工序：对位，拉合，压接、拆除端封墙。2.2.管段的内部连接（永久性连接）管段的内部连接（永久性连接）管段接头：刚性，柔性管段接头：刚性，柔性最常用的最常用的“先柔后刚先柔后刚”8.3 8.3 管段的沉放与连接管段的沉放与连接第23页，共26页。8.4 8.4 基础处理及回填基础处理及回填基础处理基础处理一、先铺法一、先铺法 也叫刮铺法，分为刮砂法和刮石法。基本工序：在浚也叫刮铺法，分为刮砂法和刮石法。基本工序：在浚挖沟槽时，
21、向下超挖挖沟槽时，向下超挖600-800mm；在槽底两端打两排短；在槽底两端打两排短桩，安设导轨以控制高程桩，安设导轨以控制高程向沟底投放铺垫材料，粗砂或向沟底投放铺垫材料，粗砂或碎石，铺垫宽度比沉管底加宽碎石，铺垫宽度比沉管底加宽1.5-2.0m，长度取一节管节，长度取一节管节的长度。的长度。安导轨所规定的厚度，高程以及坡度，用钢犁或刮平安导轨所规定的厚度，高程以及坡度，用钢犁或刮平机刮平。为使沉管底面和垫层密贴，可在沉没完毕后，机刮平。为使沉管底面和垫层密贴，可在沉没完毕后，加一加一“压密压密”工序。工序。第24页，共26页。8.4 8.4 基础处理及回填基础处理及回填二、后填法二、后填法 先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后补填垫实，包括喷砂法、灌砂法、灌随后补填垫实，包括喷砂法、灌砂法、灌囊法、压砂法、压浆法等。囊法、压砂法、压浆法等。第25页，共26页。回填：回填：基础处理结束后，要对管段两侧和顶部进行覆土回填，以确保隧道的永久稳定。回填材料为级配良好的砂、石。为了使回填材料紧密地包裹在沉管管段上面和侧面不致散落，需要在回填材料上面再覆盖石块、混凝土块。8.4 8.4 基础处理及回填基础处理及回填第26页，共26页。
