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1、彭第 长春工程学院地下工程施工第第 4 4 章章 沉管施工沉管施工CONTENTS主要内容主要内容沉管隧道的基本结构5.1沉管法施工工艺5.2干坞5.3管段制作5.4基槽开挖与航道疏浚5.5管段沉放5.6基础处理5.7覆土回填5.75.1 沉管隧道的基本结构 沉管法是预制管段沉放法的简称，沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方是在水底建筑隧道的一种施工方法，沉管隧道就是将若干个预制法，沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的浚好的基槽内，以此方法修
2、建的水下隧道。水下隧道。沉管法5.1 沉管隧道的基本结构 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。水底。5.1.1 沉管隧道横断面结构5.1 沉管隧道的基本结构 按制作材料分：按制作材料分：5.1.1 沉管隧道横断面结构钢壳混凝土管段钢壳混凝土管段钢筋混凝土管段钢筋混凝土管段 按断面形状分：按断面形状分：圆形、矩形和混合形圆形、矩形和混合形5.1 沉管隧道的基本结构 沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分组成。沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗
3、埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分组成。5.1.2 沉管隧道纵断面结构5.1 沉管隧道的基本结构 沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分组成。沉管隧道在纵断面上一般由敞开段、暗埋段、沉埋段以及岸边竖井等部分组成。5.1.2 沉管隧道纵断面结构5.2 沉管法施工工艺5.2.1 沉管法施工工艺5.2 沉管法施工工艺 （1）沉管施工的优点）沉管施工的优点5.2.2 沉管施工的特点 1）从工程地质条件来看，沉管隧道在地基上不受工程地质条件的限制。）从工程地质条件来看，沉管隧道在地基上不受工程地质条件的限制。 2）沉管隧道的埋深很浅，并且适用水深范围较大，水下作业少，故几乎不受水深
4、限制。）沉管隧道的埋深很浅，并且适用水深范围较大，水下作业少，故几乎不受水深限制。 3）断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。）断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。 4）沉管隧道工期短，施工质量高。）沉管隧道工期短，施工质量高。 5）工程造价较低。）工程造价较低。 6）具有较强的抵抗战争破坏和自然灾害的能力。）具有较强的抵抗战争破坏和自然灾害的能力。 7）国内外的沉管隧道施工技术较成熟。）国内外的沉管隧道施工技术较成熟。5.2 沉管法施工工艺 （2）沉管施工的缺点）沉管施工的缺点5.2.2 沉管施工的特点 1）管段制作钢筋混凝土工艺要求非常严格，以保证沉管管段的干舷与抗浮系数
5、；）管段制作钢筋混凝土工艺要求非常严格，以保证沉管管段的干舷与抗浮系数； 2）隧道截面较大，并且流速较急时，施工就会受到航道的影响，对管段的稳定也会带）隧道截面较大，并且流速较急时，施工就会受到航道的影响，对管段的稳定也会带来问题。来问题。5.3 干坞 干坞是用于预制混凝土管段的场所，管段需要在干坞内预制、存放、舾装，然后起浮、拖干坞是用于预制混凝土管段的场所，管段需要在干坞内预制、存放、舾装，然后起浮、拖运、沉放以及对接。运、沉放以及对接。5.3 干坞 移动干坞是修造或租用大型半潜驳作为可移动式干坞，在移动干坞上完成管段的预制，然移动干坞是修造或租用大型半潜驳作为可移动式干坞，在移动干坞上完
6、成管段的预制，然后利用拖轮将半潜驳拖运至隧道附近已建好的港池内下潜，实现管段与驳船的分离，再将后利用拖轮将半潜驳拖运至隧道附近已建好的港池内下潜，实现管段与驳船的分离，再将管段浮运到隧道位置完成沉放安装工作。管段浮运到隧道位置完成沉放安装工作。5.3.1 移动干坞5.3 干坞 固定干坞目前多为在隧址附近建造的临时性洼地式干坞。固定干坞目前多为在隧址附近建造的临时性洼地式干坞。5.3.2 固定干坞 （1）固定干坞的类型）固定干坞的类型 1）轴线干坞）轴线干坞是将干坞布置在隧道轴线岸上段主体结构位置。是将干坞布置在隧道轴线岸上段主体结构位置。5.3 干坞 （1）固定干坞的类型）固定干坞的类型5.3
7、.2 固定干坞 2）旁建干坞）旁建干坞干坞建在沉管法隧道的接线隧道旁边，将干坞和接线隧道采用坑中坑、干坞建在沉管法隧道的接线隧道旁边，将干坞和接线隧道采用坑中坑、深浅坑和并行坑等共坑设计，可节约用地和临建投入。深浅坑和并行坑等共坑设计，可节约用地和临建投入。5.3 干坞 （1）固定干坞的类型）固定干坞的类型5.3.2 固定干坞 3）异地干坞）异地干坞远离远离隧道选择合适的岸域独隧道选择合适的岸域独立建造干坞。异地干坞立建造干坞。异地干坞最大的优点是岸上段结最大的优点是岸上段结构、管段制作以及基槽构、管段制作以及基槽开挖等关键工序可以平开挖等关键工序可以平行作业，从而可以最大行作业，从而可以最大
8、限度地节省工期。限度地节省工期。5.3 干坞 （2）固定干坞的设计）固定干坞的设计5.3.2 固定干坞u 应距隧道位置较近，附近的航道具备浮运条件，以便管段浮运和缩短运距。应距隧道位置较近，附近的航道具备浮运条件，以便管段浮运和缩短运距。u 干坞附近应有可供浮存、系泊多节预制沉管管段的水域。干坞附近应有可供浮存、系泊多节预制沉管管段的水域。u 具有适合建造干坞的工程地质条件。具有适合建造干坞的工程地质条件。u 交通方便，具有良好的外部施工条件；以及可重复利用的开发价值。交通方便，具有良好的外部施工条件；以及可重复利用的开发价值。 1）干坞的位置）干坞的位置5.3 干坞 2）干坞的规模）干坞的规
9、模5.3.2 固定干坞u 干坞按管段制作批次可以分为一次性预制管段干干坞按管段制作批次可以分为一次性预制管段干坞和分次完成管段干坞。坞和分次完成管段干坞。u 1）一次性预制管段干坞）一次性预制管段干坞即隧道的沉管管段即隧道的沉管管段一次性在干坞内预制完成。一次性在干坞内预制完成。u 2）分次完成管段干坞）分次完成管段干坞即隧道的沉管管段分即隧道的沉管管段分批次在干坞内预制完成批次在干坞内预制完成 （2）固定干坞的设计）固定干坞的设计5.3 干坞 （2）固定干坞的设计）固定干坞的设计5.3.2 固定干坞 3）干坞的尺寸）干坞的尺寸u 干坞的深度干坞的深度式中，h坞底标高，m；H管段高度，m；h1
10、管段浮起时的干舷高度，m；h2管段浮起时底部与坞底之间的安全距离，m。5.3 干坞 （2）固定干坞的设计）固定干坞的设计5.3.2 固定干坞 4）干坞的构造）干坞的构造u 干坞一般由边坡坞墙、坞底、干坞一般由边坡坞墙、坞底、坞首、坞门、排水系统与车道坞首、坞门、排水系统与车道组成。组成。5.4 管段制作 钢壳混凝土管段制造时先预制钢壳，制成后拖运滑行下水成为浮体，在漂浮状态下浇筑混钢壳混凝土管段制造时先预制钢壳，制成后拖运滑行下水成为浮体，在漂浮状态下浇筑混凝士。凝士。5.4.1钢壳混凝土管段制作 钢壳即为浇筑混凝土的模板，也是防水层，其防水性能的好坏取决于钢壳大量焊缝的质量。钢壳即为浇筑混凝
11、土的模板，也是防水层，其防水性能的好坏取决于钢壳大量焊缝的质量。为了方便滑行入水，一般钢壳在为了方便滑行入水，一般钢壳在移动干坞移动干坞（浮船坞或半潜驳）上制作。（浮船坞或半潜驳）上制作。5.4 管段制作 （1）预制方法）预制方法5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 1）整体式管段）整体式管段u 管段混凝土采用横向分管段混凝土采用横向分层和纵向分段进行浇筑。层和纵向分段进行浇筑。u 横断面分底板、侧墙和横断面分底板、侧墙和顶板顶板2次浇筑次浇筑5.4 管段制作 （1）预制方法）预制方法5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 2）节段式管段）节段式管段u 整体式浇筑整体式浇筑5.4 管段制作 （2）管段制
12、作）管段制作5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 1）管段的对称、均匀性控制）管段的对称、均匀性控制u 目的：确保矩形管段在浮运时有足够的干舷。目的：确保矩形管段在浮运时有足够的干舷。u 管段浮运时，干舷高度管段浮运时，干舷高度1015cm，若管段混凝土容重变化幅度超过，若管段混凝土容重变化幅度超过1以上，管段常以上，管段常会浮不起来。会浮不起来。u 若管段各部分板厚局部偏差较大，或管段各部分混凝土密度不均匀将导致侧倾。若管段各部分板厚局部偏差较大，或管段各部分混凝土密度不均匀将导致侧倾。u 保证措施：采用刚度大、精度高、可微动调位的大型滑动内、外模板台车；实行严保证措施：采用刚度大、精度高、可微
13、动调位的大型滑动内、外模板台车；实行严格的密实度管理制度。格的密实度管理制度。5.4 管段制作 （2）管段制作）管段制作5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 2）管段的防水）管段的防水u 目的：确保管段的防水性能，隧道投入使用后无渗漏。目的：确保管段的防水性能，隧道投入使用后无渗漏。u 构成：构成：防水构成管段结构自防水结构外防水层管段接缝防水以防水混凝土为主，抗渗等级以防水混凝土为主，抗渗等级不得小于不得小于P10刚性防水、柔性防水。刚性防水有钢壳和刚性防水、柔性防水。刚性防水有钢壳和PVC防防水，柔性防水有沥青油毡或合成橡胶卷材类的黏水，柔性防水有沥青油毡或合成橡胶卷材类的黏贴式防水层和涂料防
14、水贴式防水层和涂料防水5.4 管段制作 （2）管段制作）管段制作5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 2）管段的防水）管段的防水u 管段接缝防水管段接缝防水p 纵向施工缝：管段底板与侧墙之间纵向施工缝：管段底板与侧墙之间p 横向施工缝：一节管段中分段浇筑横向施工缝：一节管段中分段浇筑p 对接缝：管段与管段之间对接缝：管段与管段之间5.4 管段制作 （2）管段制作）管段制作5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 3）端封墙）端封墙u 管段两端离端面管段两端离端面50100cm处设置钢结构或钢筋混凝土结构密封墙处设置钢结构或钢筋混凝土结构密封墙 4）压载设施）压载设施u 压载克服浮力使管段下沉压载克服浮力使
15、管段下沉5.4 管段制作 （2）管段制作）管段制作5.4.2钢筋混凝土矩形管段制作 5）管段检漏与干舷调整）管段检漏与干舷调整u 管段预制后须作一次检漏。管段预制后须作一次检漏。u 管段在浮运时，为了保持稳定，必须是管顶面露出水面，其露出高度为干舷。管段在浮运时，为了保持稳定，必须是管顶面露出水面，其露出高度为干舷。u 管段在浮运时，为了保持稳定，必须是管顶面露出水面，管段在浮运时，为了保持稳定，必须是管顶面露出水面，其露出高度为干舷。其露出高度为干舷。5.5 基槽开挖与航道疏浚 （1）沉管基槽开挖设计）沉管基槽开挖设计5.5.1 沉管基槽开挖 1）基槽开挖横断面设计）基槽开挖横断面设计u 基
16、槽底宽基槽底宽式中：式中：B基槽设计底宽，基槽设计底宽，m； Bt管段最大底宽，管段最大底宽，m； b管段一侧预留富余量，取管段一侧预留富余量，取1.52.0m； T施工误差，取值与施工条件、设备有关，宜控制在施工误差，取值与施工条件、设备有关，宜控制在0.5m范围内。范围内。5.5 基槽开挖与航道疏浚 （1）沉管基槽开挖设计）沉管基槽开挖设计5.5.1 沉管基槽开挖 1）基槽开挖横断面设计）基槽开挖横断面设计u 基槽深度基槽深度式中式中：H基槽深度，基槽深度，m； hd沉管结构底面深度，沉管结构底面深度，m； hc基础垫层厚度，基础垫层厚度，m； ht基槽开挖精度，其竖向精度取决于水深、疏浚
17、船舶施工能力，基槽开挖精度，其竖向精度取决于水深、疏浚船舶施工能力，m。5.5 基槽开挖与航道疏浚 （1）沉管基槽开挖设计）沉管基槽开挖设计5.5.1 沉管基槽开挖 1）基槽开挖横断面设计）基槽开挖横断面设计u 基槽边坡坡率基槽边坡坡率5.5 基槽开挖与航道疏浚 （1）沉管基槽开挖设计）沉管基槽开挖设计5.5.1 沉管基槽开挖 2）基槽开挖纵断面设计）基槽开挖纵断面设计u 基槽开挖纵断面形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致基槽开挖纵断面形状基本上与沉管段的隧道纵断面一致 3）基槽开挖平面设计）基槽开挖平面设计u 基槽开挖的平面轴线应与沉管隧道主体工程的平面设计相一致。基槽开挖的平面轴线应与沉管隧
18、道主体工程的平面设计相一致。 4）临时支座）临时支座u 基础处理采用后填法时，基槽开挖要考虑管段沉放时的临时支座设置基础处理采用后填法时，基槽开挖要考虑管段沉放时的临时支座设置5.5 基槽开挖与航道疏浚 （2）沉管基槽开挖）沉管基槽开挖5.5.1 沉管基槽开挖 1）开挖方式）开挖方式u 分层分段进行施工，可分为粗挖、精挖、清淤三个阶段。分层分段进行施工，可分为粗挖、精挖、清淤三个阶段。 2）开挖设备）开挖设备u 常用的浚挖设备有：链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、自航耙吸式挖泥船、抓斗挖泥常用的浚挖设备有：链斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、自航耙吸式挖泥船、抓斗挖泥船、铲斗式挖泥船等船、铲斗式挖泥船等5.
19、5 基槽开挖与航道疏浚 （2）沉管基槽开挖）沉管基槽开挖5.5.1 沉管基槽开挖 2）开挖设备）开挖设备5.5 基槽开挖与航道疏浚 航道疏浚包括临时航道疏浚和管段浮运航道疏浚。航道疏浚包括临时航道疏浚和管段浮运航道疏浚。5.5.2 航道疏浚5.6 管段沉放5.6.1 管段出坞管段拖运出坞（宁波甬江沉管隧道）管段拖运出坞（宁波甬江沉管隧道）1绞车；绞车；2-地锚；地锚；3-沉埋锚；沉埋锚；4-工作驳；工作驳；5-出坞牵引缆出坞牵引缆5.6 管段沉放5.6.2 管段浮运 从系泊区拖运到管段沉放位置的过程。从系泊区拖运到管段沉放位置的过程。宁波常洪隧道管段浮运图港珠澳大桥沉管隧道采用吊拖绑拖的方式浮
20、运管段5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （1）沉放方式）沉放方式 1）起重船吊沉法）起重船吊沉法5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （1）沉放方式）沉放方式 2）浮箱浮吊法）浮箱浮吊法5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （1）沉放方式）沉放方式 3）驳船组扛吊法）驳船组扛吊法5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （1）沉放方式）沉放方式 4）骑吊法）骑吊法5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （1）沉放方式）沉放方式 5）升降平台法）升降平台法1升降平台；升降平台；2待沉管段；待沉管段；3柱柱脚；脚；4柱脚；柱脚；5测量室；测量室；6水面；水面；7声波换能器；声波换能器；8已沉管段；已
21、沉管段；9水面；水面；10升级平台；升级平台；11待沉管待沉管段；段；12柱脚；柱脚；13柱脚柱脚5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （2）管段定位）管段定位 考虑到管段沉放对接过程主要承受横向水流力，可以采用八个重力锚块的考虑到管段沉放对接过程主要承受横向水流力，可以采用八个重力锚块的“八字形八字形”或四个重力锚块的或四个重力锚块的“双三角形双三角形”布置锚缆的管段平面定位系统布置锚缆的管段平面定位系统。5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （3）压载沉放）压载沉放初次下沉初次下沉靠拢下沉靠拢下沉着地下沉着地下沉5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （4）水力压接）水力压接对位对位未压缩未
22、压缩 拉合拉合第第1次压缩变形次压缩变形压接压接第第2次压缩变形次压缩变形5.6 管段沉放5.6.3 管段沉放 （5）管段接头）管段接头 需设置永久接头，实现管段的连接。接头应能承受温度变化、地震力以及其他作用。需设置永久接头，实现管段的连接。接头应能承受温度变化、地震力以及其他作用。接头形式有刚性和柔性两大类，目前常用的是柔性接头。接头形式有刚性和柔性两大类，目前常用的是柔性接头。5.7 基础处理5.7.1 先铺法 （5）管段接头）管段接头 先铺法是在管段沉放前用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料（如粗砂、碎先铺法是在管段沉放前用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料（如粗砂、碎石或
23、砂砾石）作为管段基础。先铺法基本上目前只有刮铺法一种。石或砂砾石）作为管段基础。先铺法基本上目前只有刮铺法一种。5.7 基础处理5.7.2 后填法 （1）喷砂法）喷砂法 从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底下的喷管向管底喷注，填满空隙。从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底下的喷管向管底喷注，填满空隙。5.7 基础处理5.7.2 后填法 （2）灌囊法）灌囊法5.7 基础处理5.7.2 后填法 （3）压浆法）压浆法5.8 覆土回填 在管段沉放到位、水力压接等工序完成后，尽可能及时进行回填、覆盖。回填工作是沉管在管段沉放到位、水力压接等工序完成后，尽可能及时进行回填、覆盖。回填工作是沉管隧道施工的最终工序，按照防护功能分为三个组成部分锁定回填、一般回填与护面层回填隧道施工的最终工序，按照防护功能分为三个组成部分锁定回填、一般回填与护面层回填三部分。三部分。