第7章沉管隧道施工_精品文档.ppt
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第七章沉管隧道施工第七章沉管隧道施工沉管法沉管法修筑水底隧道的主要方法修筑水底隧道的主要方法1810年年-伦敦试验伦敦试验1894年年1904年年1984年年-高雄海底隧道高雄海底隧道1993年年-广州珠江海底隧道广州珠江海底隧道1995年年-宁波甬江海底隧道宁波甬江海底隧道沉管法预制管段沉放法沉管法预制管段沉放法沉管法修隧道首先是在隧址以外的预制场制作隧道沉管法修隧道首先是在隧址以外的预制场制作隧道管段,管段两端用临时封墙封闭,待达到设计强度后管段,管段两端用临时封墙封闭,待达到设计强度后托运到隧址位置,沉放管段到已预先进行了沟槽浚挖托运到隧址位置,沉放管段到已预先进行了沟槽浚挖的设计位置上,然后进行管段水下连接,处理管段接的设计位置上,然后进行管段水下连接,处理管段接头及基础,覆土回填,以完成隧道构筑的全部工作。
头及基础,覆土回填,以完成隧道构筑的全部工作。
上海外环沉管隧道上海外环沉管隧道管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中管节在黄埔江上运输中水上作业,下锚碇水上作业,下锚碇水上作业水上作业水上作业水上作业图片:
沉管法优点:
沉管法优点:
()施工方法简单,对地质水文条件适应性强;()施工方法简单,对地质水文条件适应性强;采用管段预制,浮运沉放的方法,可避免难度较采用管段预制,浮运沉放的方法,可避免难度较大的水下作业工作,施工简便。
隧址开挖较浅,基槽开大的水下作业工作,施工简便。
隧址开挖较浅,基槽开挖和基础处理的施工技术比较简单,地质适应性强。
挖和基础处理的施工技术比较简单,地质适应性强。
()施工工期短,施工质量容易保证;()施工工期短,施工质量容易保证;管段地面预制,施工场地集中,管理方便,管段管段地面预制,施工场地集中,管理方便,管段的结构与防水措施质量得到充分保证,在隧址的施工时的结构与防水措施质量得到充分保证,在隧址的施工时间短。
间短。
()工程造价低;()工程造价低;管段预制,水底的土石方量小。
管段预制,水底的土石方量小。
()有利于多车道和大断面布置。
()有利于多车道和大断面布置。
第一节沉管隧道的结构与设计第一节沉管隧道的结构与设计一、沉管隧道的基本结构一、沉管隧道的基本结构圆形圆形矩形矩形船台型船台型干坞型干坞型
(一)圆形管段
(一)圆形管段圆形管段的内轮廓线为圆形,外轮廓线有圆形、八圆形管段的内轮廓线为圆形,外轮廓线有圆形、八角形和花篮形,还有组合形断面。
角形和花篮形,还有组合形断面。
圆形管段一般在造船厂的船台上制造,所以又称圆形管段一般在造船厂的船台上制造,所以又称为船台型管段为船台型管段制作时是先预制钢壳,然后沿船台滑道滑行下水制作时是先预制钢壳,然后沿船台滑道滑行下水成为浮体,在漂浮状态下灌注钢筋混凝土成为浮体,在漂浮状态下灌注钢筋混凝土圆形沉管隧道的特点:
圆形沉管隧道的特点:
优点:
优点:
(1)结构受力比较合理;)结构受力比较合理;
(2)底部宽度小,基础处理比较容易;)底部宽度小,基础处理比较容易;(3)钢壳既是浇注混凝土的外模,又是隧道的)钢壳既是浇注混凝土的外模,又是隧道的防水层,该防水层在浮运过程中不易碰损,防水效果也防水层,该防水层在浮运过程中不易碰损,防水效果也好。
好。
圆形沉管隧道的缺点:
圆形沉管隧道的缺点:
(1)断面空间利用率不高;)断面空间利用率不高;
(2)断面不便于建造多车道隧道;断面不便于建造多车道隧道;(3)管段制造钢材消耗量大,造价高)管段制造钢材消耗量大,造价高。
(二)矩形管段
(二)矩形管段矩形管段一般为钢筋混凝土结构,在临时干坞中制作,矩形管段一般为钢筋混凝土结构,在临时干坞中制作,制作后往坞内灌水使之浮起并拖运到隧址沉放。
制作后往坞内灌水使之浮起并拖运到隧址沉放。
矩形管段特点:
矩形管段特点:
优点:
优点:
(1)制作不占用造船厂设备,不妨碍造船工业生产;)制作不占用造船厂设备,不妨碍造船工业生产;
(2)车道断面利用率高;)车道断面利用率高;(3)建造多车道隧道时,工程量和施工费用均较省。
)建造多车道隧道时,工程量和施工费用均较省。
矩形管段的缺点:
矩形管段的缺点:
(1)需建造临时干坞;)需建造临时干坞;
(2)管段混凝土灌注及浮运过程要求严格。
)管段混凝土灌注及浮运过程要求严格。
二、沉管隧道设计二、沉管隧道设计设计内容:
设计内容:
几何设计、通风设计、结构设计几何设计、通风设计、结构设计照明设计、内装设计、给排水设计照明设计、内装设计、给排水设计供电设计、运营与安全设计等。
供电设计、运营与安全设计等。
(一)几何设计
(一)几何设计包括:
包括:
沉管管段的截面尺寸确定沉管管段的截面尺寸确定管段长度的确定管段长度的确定截面尺寸的确定:
截面尺寸的确定:
截面尺寸的确定需要考虑隧道的用途和施工。
要截面尺寸的确定需要考虑隧道的用途和施工。
要结合考虑隧道施工的结合考虑隧道施工的两个阶段(浮运阶段和沉放阶段)两个阶段(浮运阶段和沉放阶段)的要求,特别是外轮廓线要通过浮力设计才可最后确的要求,特别是外轮廓线要通过浮力设计才可最后确定,要有保证一定的干舷高度,抗浮安全系数。
定,要有保证一定的干舷高度,抗浮安全系数。
长度的确定:
长度的确定:
长度的确定要考虑长度的确定要考虑:
经济条件经济条件航道条件航道条件纵断面的形状纵断面的形状管段的形状管段的形状管段及其他的施工条件管段及其他的施工条件珠江水下隧道是连接广州市中心区和芳村区的重珠江水下隧道是连接广州市中心区和芳村区的重要交通廊道,是水下道路与地铁共管的隧道。
其横断要交通廊道,是水下道路与地铁共管的隧道。
其横断面为四孔钢筋砼箱型结构,其中两孔为双线机动车孔,面为四孔钢筋砼箱型结构,其中两孔为双线机动车孔,一孔为上下行地铁孔,另一孔为管线廊,隧道建筑全一孔为上下行地铁孔,另一孔为管线廊,隧道建筑全长长1238m,隧管段长,隧管段长721m,沉管(预制)段,沉管(预制)段457m,宽宽33m,高,高8m,是我国首次采用沉管法施工的大型过,是我国首次采用沉管法施工的大型过江隧道。
江隧道。
(二)结构设计
(二)结构设计.沉管隧道所承受的荷载沉管隧道所承受的荷载包括:
包括:
运营使用阶段荷载运营使用阶段荷载施工阶段荷载施工阶段荷载特殊荷载特殊荷载结构自重:
结构自重:
取决于几何尺寸和选用的材料,使用阶段要考虑各种取决于几何尺寸和选用的材料,使用阶段要考虑各种内部管线的作用。
内部管线的作用。
水压力:
水压力:
设计时要分别考虑高、低潮水位的压力,同时还要考设计时要分别考虑高、低潮水位的压力,同时还要考虑当地最大台风或特大洪水水位的压力。
虑当地最大台风或特大洪水水位的压力。
土压力:
土压力:
垂直土压力和侧向土压力。
垂直土压力和侧向土压力。
波浪力:
波浪力:
必须有适当措施防止波浪力使管段翻转。
必须有适当措施防止波浪力使管段翻转。
沉放摩擦力:
沉放摩擦力:
回填土之后,沟槽底部受荷不均、沉放不均而引起的回填土之后,沟槽底部受荷不均、沉放不均而引起的摩擦力。
摩擦力。
地基反力:
地基反力:
(假设)(假设)直线分布;反力强度与各处地基沉降量成正直线分布;反力强度与各处地基沉降量成正比;弹性理论。
比;弹性理论。
沉船荷载:
沉船荷载:
船只失事后沉在隧道顶上引起。
船只失事后沉在隧道顶上引起。
温度应力:
温度应力:
由于沉管内外侧之间存在温差引起的。
由于沉管内外侧之间存在温差引起的。
.沉管隧道结构受力分析沉管隧道结构受力分析沉管的横断面结构形式多采用矩形,管段顶板、沉管的横断面结构形式多采用矩形,管段顶板、底版和侧壁的连接为刚接,多车道的沉管,横断面一底版和侧壁的连接为刚接,多车道的沉管,横断面一般为多孔矩形结构,为高次超静定结构,通常先假定般为多孔矩形结构,为高次超静定结构,通常先假定沉管构件尺寸进行内力计算,经过几次循环,最后确沉管构件尺寸进行内力计算,经过几次循环,最后确定结构尺寸。
定结构尺寸。
(1)由于隧道纵坡和河底标高的变化,各处断面所)由于隧道纵坡和河底标高的变化,各处断面所受水土压力不同,特别是接近岸边时,荷载变化较大。
受水土压力不同,特别是接近岸边时,荷载变化较大。
所以不能只从一个断面的结构分析确定内力,进行配所以不能只从一个断面的结构分析确定内力,进行配筋。
筋。
(2)为改善结构受力性能,减少裂缝出现,避免采)为改善结构受力性能,减少裂缝出现,避免采用剪刀钢筋,采用变截面或折拱结构或椭圆形结构。
用剪刀钢筋,采用变截面或折拱结构或椭圆形结构。
(三)浮力设计(三)浮力设计浮力设计包括:
浮力设计包括:
干舷的选定干舷的选定抗浮安全系数的验算抗浮安全系数的验算确定沉管高度与外轮廓尺寸确定沉管高度与外轮廓尺寸.干舷干舷为了保持管段稳定,管段顶面必须露出水面,其露出高为了保持管段稳定,管段顶面必须露出水面,其露出高度称为干舷。
度称为干舷。
100150mm400500mm确定合理的干舷高度确定合理的干舷高度过小管段不稳定;过大则管段不容易沉放过小管段不稳定;过大则管段不容易沉放确定浮力计算干舷高度确定浮力计算干舷高度计算浮力时,根据混凝土的最大容重和水的最小计算浮力时,根据混凝土的最大容重和水的最小容重进行容重进行.抗浮安全系数抗浮安全系数抗浮安全系数:
抗浮安全系数:
浮运时浮力大小与其自身重力之比。
浮运时浮力大小与其自身重力之比。
在施工阶段,临时施工设备的重量可以不计,抗浮系在施工阶段,临时施工设备的重量可以不计,抗浮系数在数在1.05-1.1之间。
之间。
在使用阶段取在使用阶段取.,计算是可以考虑两侧填土,计算是可以考虑两侧填土对管壁的摩擦力。
对管壁的摩擦力。
浮力计算:
混凝土最小密度和水的最大密度计算。
浮力计算:
混凝土最小密度和水的最大密度计算。
第二节沉管管段制作第二节沉管管段制作矩形沉管隧道施工:
矩形沉管隧道施工:
干坞修筑干坞修筑管段预制管段预制基槽与航道浚挖基槽与航道浚挖管段浮运管段浮运与沉放与沉放管段水下连接和基础处理。
管段水下连接和基础处理。
一、临时干坞的修筑一、临时干坞的修筑满足条件:
满足条件:
能分节预制管段,在管段制成后灌水浮起,距离能分节预制管段,在管段制成后灌水浮起,距离隧址较近,地质条件较好,并便于管段出坞和浮运。
隧址较近,地质条件较好,并便于管段出坞和浮运。
(一)干坞的规模
(一)干坞的规模根据工程规模、管段长度尺寸和管段数量,并结根据工程规模、管段长度尺寸和管段数量,并结合坞址的地形、地质条件、工期、土地使用费和施工合坞址的地形、地质条件、工期、土地使用费和施工设备等情况综合考虑决定。
设备等情况综合考虑决定。
一次预制管段干坞优点:
一次预制管段干坞优点:
一次预制管段干坞是在干坞内一次完成所有管段一次预制管段干坞是在干坞内一次完成所有管段的制作,它只需放一次水进坞,干坞不需要采用闸门,的制作,它只需放一次水进坞,干坞不需要采用闸门,施工简便,干坞仅用土围堰或钢板桩围堰作坞首施工简便,干坞仅用土围堰或钢板桩围堰作坞首一次预制管段干坞缺点:
一次预制管段干坞缺点:
干坞规模较大、占地多、土地使用费用较大。
干坞规模较大、占地多、土地使用费用较大。
适用条件:
适用条件:
工程量小、管段数量少、土地使用价格低和坞址地工程量小、管段数量少、土地使用价格低和坞址地质条件差的工程。
质条件差的工程。
.分批预制管段干坞分批预制管段干坞优点:
优点:
干坞规模小、占地少,造价低,重复使用率高,而且有干坞规模小、占地少,造价低,重复使用率高,而且有利于与其他施工程序配合以缩短工期。
利于与其他施工程序配合以缩短工期。
缺点:
缺点:
(1)需要采用闸门式坞门,造价高;)需要采用闸门式坞门,造价高;
(2)先批出坞沉放的管段需待几个月才能与后批管段相接,)先批出坞沉放的管段需待几个月才能与后批管段相接,不利于先沉放的管段稳定,安全难于保证;不利于先沉放的管段稳定,安全难于保证;(3)已开挖的基槽可能会有回淤,影响后批管段基础质量;)已开挖的基槽可能会有回淤,影响后批管段基础质量;(4)干坞反复灌水、排水,影响坞墙的稳定性;)干坞反复灌水、排水,影响坞墙的稳定性;(5)重复使用还会造成坞底垫层上的淤泥清除困难,影响)重复使用还会造成坞底垫层上的淤泥清除困难,影响
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