10.沉管法施工技術(shù)

10.1基本原理沉管法：在隧址附近修建的臨時(shí)干塢內(nèi)(或船廠船臺)預(yù)制管段，用臨時(shí)隔墻封閉，然后浮運(yùn)到隧址規(guī)定位置，此時(shí)已于隧址處預(yù)先挖好水底基槽。待管段定位后灌水壓載下沉到設(shè)計(jì)位置，將此管段與相鄰管段水下連接，經(jīng)基礎(chǔ)處理并最后回填覆土即成為水底隧道。在已修筑好的干塢內(nèi)預(yù)制管段 一般由敞開段、暗埋段、岸邊豎井與沉埋段等組成。

沉埋段兩端通常設(shè)置豎井作為起訖點(diǎn)，豎井起到通風(fēng)、供電、排水和監(jiān)控等作用。根據(jù)兩岸地形與地質(zhì)條件，也可將沉埋段與暗埋段直接相接而不設(shè)豎井。沉管隧道的組成整體結(jié)構(gòu)：水下沉管隧道的整體結(jié)構(gòu)是由管段基槽、基礎(chǔ)、管段、覆蓋層等組成，整體坐落于河（海）水底。沉管隧道的橫斷面結(jié)構(gòu)覆蓋層管段基礎(chǔ)基槽10.2沉管隧道結(jié)構(gòu)10.2.1沉管隧道結(jié)構(gòu)分類按斷面形狀：圓形矩形等按建筑材料：鋼殼混凝土鋼筋混凝土按管段的制作方式：船臺型干圬型船臺型1）造船廠船臺上預(yù)制鋼殼2）滑行下水，水上懸浮狀態(tài)灌注混凝土3）橫斷面一般為圓形、八角形、花籃形，多為圓形優(yōu)點(diǎn)：1）圓形，彎矩較?。凰畲髸r(shí)，較經(jīng)濟(jì)2）管段底面積小，基礎(chǔ)容易處理3）鋼外殼既是外模，又是防水層，同時(shí)保護(hù)內(nèi)側(cè)混凝土缺點(diǎn)：1）斷面空間不能充分利用；車道數(shù)少2）隧道深度增加，基槽土方量增加3）耗鋼量大，造價(jià)高，焊接質(zhì)量無法保證，沒完沒了的堵漏4）鋼殼防銹問題、防水問題。干圬型1）臨時(shí)干圬中制作鋼筋混凝土管段，外涂防水涂料2）圬內(nèi)灌水，管段上??；拖運(yùn)到隧址陳設(shè)3）斷面多為矩形優(yōu)點(diǎn)：1）管段在干船塢內(nèi)制造，不需鋼殼，節(jié)約鋼材2）斷面大小不受限制缺點(diǎn)：1）必須在合適地點(diǎn)修建干船塢2）需設(shè)置防水層，并加以保護(hù)，以保證防水性3）混凝土工藝要求高，特別是水密性要求4）底面積大，基礎(chǔ)處理麻煩10.2.2沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要要有：總體幾何設(shè)計(jì)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)；通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)；照明設(shè)計(jì)計(jì)；內(nèi)裝設(shè)計(jì)計(jì)；給排水設(shè)設(shè)計(jì)；供電設(shè)設(shè)計(jì)；運(yùn)行管管理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)等。（1）橫斷面的設(shè)設(shè)計(jì)用干船塢制作作的鋼筋混凝凝土管段，從從施工的角度度看，在應(yīng)力力方面是不會會有問題的。。決定橫斷面面時(shí)，就是要要注意對浮力的的平衡。決定斷面尺尺寸時(shí)，一般般都按采用平面框架結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算算。一般管段結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)橫斷方向的鋼鋼殼斷面，一一般決定于混凝土灌注時(shí)時(shí)的應(yīng)力。隨著混凝土土的灌注，吃吃水深度增加加，而水壓增增大。設(shè)計(jì)斷斷面也隨之變變化。因此，，應(yīng)對每一施工階段段的混凝土重重量和水壓進(jìn)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算算，而后按最危危險(xiǎn)狀態(tài)，決決定鋼殼斷面面。（2）縱斷面的設(shè)設(shè)計(jì)施工階段：主主要計(jì)算浮運(yùn)運(yùn)、沉設(shè)等階階段時(shí)主要由由施工荷載引引起的彎矩，，浮運(yùn)管段越越長，所受彎彎矩越大。使用階段：彈彈性地基梁理理論計(jì)算縱向向內(nèi)力鋼殼作為整體體梁分析，保保證縱向發(fā)生生變形而橫截截面方向無顯顯著變形，可可利用橫柱和和支柱增強(qiáng)截截面的剛度（3）預(yù)應(yīng)力混凝凝土管段設(shè)計(jì)計(jì)跨度較大時(shí)，，并且土、水水壓力較大時(shí)時(shí)，采用管段段頂、底及隔隔墻預(yù)應(yīng)力設(shè)設(shè)計(jì)，改善管管段結(jié)構(gòu)的抗抗裂性能。10.3沉管隧道施工工工藝10.3.1沉管法施工前前期調(diào)查工作作水力調(diào)查：流速、流向、、密度差異、、潮汐、水位位變化、海海浪和波波浪影響、水水質(zhì)情況地質(zhì)調(diào)查：地基承載力、、水下障礙物物、浚挖技術(shù)術(shù)氣象調(diào)查：風(fēng)、溫度、能能見度等地震調(diào)查：斷層位置、地地震記錄、土土層性質(zhì)或成成層狀態(tài)，特特別注意液化化問題10.3.2臨時(shí)干船塢的的構(gòu)造與施工工（1）規(guī)模取決于管段節(jié)節(jié)數(shù)、管段寬寬度與長度、、管段預(yù)制批批量，同事考考慮工期因素素。小型干圬：分批制作瑞典Tingstad隧道（5節(jié)管段，長93.5m，80m，寬30m）：干圬3500平米（100×35m）大型干圬：一批制作日本東京港水水底隧道（9節(jié)管段，長115m，寬37.4m）：干圬81270平米（645×126m）（2）深度保證管段制作作好后能順利利浮運(yùn)出塢。。（3）塢底與邊坡坡塢底20-30cm無筋混凝土或或鋼筋混凝土土（鋪砂礫或或碎石層）或1-2.5m的黃砂；上覆覆20-30cm砂礫或碎石一般塢底強(qiáng)度度不存在問題題邊坡需進(jìn)行邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性分析可采用防滲墻墻及井點(diǎn)系統(tǒng)統(tǒng)分批制作時(shí)，，需分析干圬圬排水時(shí)邊坡坡的穩(wěn)定性（4）塢首、塢門門一批制作時(shí)：：一般不采用用塢門，僅用用土圍堰、鋼鋼板樁圍堰；；局部拆除圍圍堰，將管段段拖運(yùn)出塢分批制作時(shí)：：雙排鋼板樁樁圍堰；單排排鋼板樁作塢門10.3.3管段制作（1）施工縫、變變形縫的控制制縱向施工縫：：豎墻下端30-50cm處橫向施工縫：：垂直縫（水水密性難以保保證）設(shè)置垂直于隧隧道軸線方向向的變形縫，，以防止管段段開裂，長短短一般為15-20m（2）底板地層不均勻沉沉降可能引起起管段裂縫。。一般在塢底底沙層上鋪設(shè)設(shè)一塊6mm厚的鋼板，與與底板混凝土土澆筑在一起起，既防水，，又防止外力力對底板的破破壞?；蛘哂糜?-10cm的鋼筋混凝土土板代替鋼板板，并貼上防防水膜。（3）側(cè)墻與頂板板側(cè)墻外周可用用鋼板（做外外模板和側(cè)防防水），應(yīng)確確保焊接質(zhì)量量。也可用防防水膜，并做做好防水膜保保護(hù)。頂板上通常鋪鋪設(shè)防水膜，，澆筑15-20cm厚的鋼筋混凝凝土保護(hù)層，，一直包到側(cè)側(cè)墻上部，并并做成削角，，避免被船錨錨鉤住。（4）臨時(shí)隔墻設(shè)置于管段兩兩端50-100cm處木料、鋼材或或鋼筋混凝土土制成設(shè)計(jì)時(shí)按最大大靜水壓力考考慮封端墻上需設(shè)設(shè)排水閥（下下部）、進(jìn)氣氣閥（上部））、人員出入入孔（5）壓載設(shè)備石碴、礦碴或或者水，多數(shù)數(shù)用加載水箱箱每只管段>4只水箱，均勻勻布置于四角角水箱容量取決決于干舷大小小、下沉力、、基礎(chǔ)壓重等等（6）預(yù)應(yīng)力張拉拉管段預(yù)制完成成后，在干船船塢內(nèi)全部預(yù)預(yù)應(yīng)力一次施施加完畢。10.3.4管段浮運(yùn)管段制作完成成后開始向干干船塢注水，，檢查管段內(nèi)內(nèi)部漏水情況況，一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)漏水，立即即停止注水并并修補(bǔ)。船塢內(nèi)水位接接近干舷量時(shí)時(shí)，向壓載水水箱內(nèi)注水，，防止管段上上浮。完全淹淹沒后，排出出水箱內(nèi)的水水，使管段上上浮。浮運(yùn)時(shí)時(shí)干舷量一般般取10-15cm左右。調(diào)整完完后，打開塢塢門，拽出管管段。一般清晨托運(yùn)運(yùn)至隧址，以以便沉設(shè)。提提前12h做好水流與氣氣象條件預(yù)報(bào)報(bào)工作，并提提前2h復(fù)核。一般要要求：風(fēng)力小小于5-6級，能見度大大于1000m，氣溫高于-30C，可進(jìn)行沉設(shè)設(shè)作業(yè)。寧波甬江沉管管隧道管段預(yù)預(yù)制干塢注水與管管段檢漏調(diào)整整管段內(nèi)部檢漏漏10.3.5溝槽浚挖基槽斷面底寬：大于管管段寬度4－10cm深度：覆蓋層層厚+管段高度+基礎(chǔ)處理所需需超挖深度坡度：土層條條件、基槽留留置時(shí)間、水水流情況等浚挖方式挖泥船選擇吸揚(yáng)式挖泥船船生產(chǎn)效率高；；成本低；開開挖面平整度度好抓揚(yáng)式挖泥船船造價(jià)低；浚挖挖深度大；可可開挖硬土鏈斗式挖泥船船生產(chǎn)效率高；；成本低；能能浚挖硬土；；平整度好；；占用水面大大鏟揚(yáng)式挖泥船船浚挖費(fèi)用高；；占用水面小小耙吸式挖泥船船絞吸式挖泥船船鏈斗式挖泥船船抓斗式挖泥船船鏟斗式挖泥船船10.3.6管段沉沉放影響因因素：：管段段尺寸寸、地地形、、水流流條件件、氣氣象條條件、、航運(yùn)運(yùn)條件件管段下下沉全全過程程一般般需要要2~4h。下沉沉作業(yè)業(yè)分為為初步下沉、、靠攏下沉與與著地下沉3個(gè)步驟驟。初步下下沉壓載至至下沉沉力達(dá)達(dá)50％規(guī)定定值后后校正正位置置，之之后再再繼續(xù)續(xù)壓載載至下下沉力力達(dá)100％規(guī)定定值，，然后后20-50cm/min的速度度下沉沉，直到管管段底底部離離設(shè)計(jì)計(jì)高程程4~5m為止?？繑n下下沉將管段段向前前節(jié)既既設(shè)管管段方方向平平移至至距前前節(jié)管管段2~2.5m處，再再將管管段下下沉到到管段段底部部離設(shè)設(shè)計(jì)高高程0.5m左右，，再次次校正正管段段位置置。著地下下沉先將管管段底底降至至距設(shè)設(shè)計(jì)高高程10~20cm處，再再將管管段繼繼續(xù)前前移至至距既既設(shè)管管段20~50cm處，校校正位位置后后即開開始著著地下下沉。。下沉沉速度度緩慢慢，隨隨時(shí)校校正管管段位位置。。管段下下沉作作業(yè)步步驟浮箱分分吊法法1-沉放管管段;2-壓載水水箱;3-浮箱;4-定位塔塔;5-指揮室室;6-吊索;7-定位索索;8-既設(shè)管管段;9-鼻式托托座a)就位前前;b)加載下下沉;c)沉放定定位浮箱分分吊法法管段頂頂板上上方用用4只浮力力1000～1500kN的方型浮浮箱直接吊吊起，，吊索索起吊吊力作作用于于各浮浮箱中中心，，前后后每組組兩只只浮箱箱用鋼桁架架連接，，并用用4根錨索索定位位。起起吊卷卷揚(yáng)機(jī)機(jī)與浮浮箱定定位卷卷揚(yáng)機(jī)機(jī)均安安放在在浮箱箱頂部部，管管段本本身則則另用用6根錨索索定位位，其其定位位卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)則則安設(shè)設(shè)在定定位塔塔頂部部。船組(四駁)杠吊法法每組船船體由由兩只只鐵駁駁或兩兩組浮浮箱構(gòu)構(gòu)成，，將每每組鋼鋼梁(杠棒)兩頭擔(dān)擔(dān)在兩兩只船船體上上構(gòu)成成一個(gè)個(gè)船組組，再再將先先后兩兩個(gè)船船組用用鋼桁桁架梁梁連接接成整整體船船組(前后兩個(gè)個(gè)船組也也可不用用鋼桁架架梁連接接)。船組與與管段各各用6根錨索定定位(均為四邊邊錨與前前后錨)，所有定定位卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)均安安設(shè)在船船體上，，起吊卷卷揚(yáng)機(jī)安安設(shè)在““杠棒””上，吊吊索的吊吊力通過過“杠棒棒”傳到到船體上上。1-沉管;2-鐵駁;3-船組定位位索;4-沉管定位位索;5-杠棒;6-連接梁;7-定位塔10.3.7水下連接接水下混凝凝土連接接法應(yīng)用范圍圍早期均使使用該法法，目前前只用于于最終接接頭連接接。施工方法法水中安放放圓弧形形堰板，，圍成圓圓形鋼圍圍堰，往往圍堰內(nèi)內(nèi)灌筑水水下混凝凝土，形形成管段段連接。。水力壓接接法作用原理理利用作用用在管段段上的巨巨大水壓壓力使安安裝在管管段前端端面周邊邊上的一一圈膠墊墊發(fā)生壓壓縮變形形，形成成一個(gè)水水密性相相當(dāng)可靠靠的管段段接頭。。水力壓接接的步驟驟：1）對位；；2）拉合；；3）壓接主要是墊墊平基槽槽底部，，有刮鋪鋪、噴砂砂、壓砂砂法。刮鋪法在管段沉放前采采用專用用刮鋪船船上的刮刮板在基基槽底刮刮平鋪墊墊材料(粗砂或碎碎石或砂砂礫石)作為管段段基礎(chǔ)。。采用刮鋪鋪法開挖挖基槽底底應(yīng)超挖挖60~80cm，在槽底底兩側(cè)打打數(shù)排短短樁安設(shè)設(shè)導(dǎo)軌，，以便在在刮鋪時(shí)時(shí)控制高高程和坡坡度。10.3.8基礎(chǔ)施工工噴砂法從水面上用砂泵泵將砂、、水混合合料通過過伸入管管段底下下的噴管管向管段段底噴注注、填滿滿空隙。。砂墊層層厚度1m左右?？裳刂壾壍揽v向向移動的的臺架外外側(cè)掛三三根L形鋼管，，中間為為噴管兩兩側(cè)為吸吸管。壓砂法在管段沉沉放后向向管段底底面壓注注水泥砂砂漿或砂砂作為管管段基礎(chǔ)礎(chǔ)。根據(jù)據(jù)壓注材材料不同同分成壓漿法和壓砂法兩種。壓漿法：開控基基槽時(shí)應(yīng)應(yīng)超挖1m左右，然然后攤鋪鋪一層厚厚40~60cm的碎石。。兩側(cè)拋拋堆沙石石封閉檻檻后，通通過隧道道內(nèi)預(yù)留留壓漿孔孔注入由由水泥、、膨潤土土、黃砂砂和緩凝凝劑配成成的混合合砂漿。。壓砂法：與壓漿漿法相似似，但注注漿材料料為砂水水混合物物。10.4沉管隧道道施工特特點(diǎn)（1）隧道深深度與其其它隧道道相比，，因能夠夠設(shè)置在在只要不不妨礙通通航的深深度下，，故隧