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1、沉管隧道施工沉管隧道施工沉管隧道施工浮船浮船压顶石压顶石基础基础管段管段沉管隧道施工 第一节第一节 概述概述 沉管法修筑隧道，就是在水底沉管法修筑隧道，就是在水底预先挖好沟槽，把在先挖好沟槽，把在陆地上特殊地上特殊场地地预制的适当制的适当长度的管段，浮运到沉度的管段，浮运到沉放放现场，顺序地沉放到沟槽中并序地沉放到沟槽中并进行行连接，然后回接，然后回填覆盖成的隧道。填覆盖成的隧道。沉管隧道施工第一节第一节 概述概述一沉管隧道的特点一沉管隧道的特点沉管隧道与其他横断水路的隧道相比，主要有如下特点：沉管隧道与其他横断水路的隧道相比，主要有如下特点：1.能能够设置在只要不妨碍通航的深度下，隧道全置在
2、只要不妨碍通航的深度下，隧道全长可以可以缩短；短；2.管段是管段是预制的，制的，质量好，水密性高；量好，水密性高；3.固有浮力作用在隧道上，固有浮力作用在隧道上，视比重小，要求地比重小，要求地层承承载力不大；力不大；4.断面形状无特殊限制，可按用途断面形状无特殊限制，可按用途选择，适，适应较宽断面形式；断面形式；5.沉管的沉放，可在沉管的沉放，可在13日内完成，日内完成，对航运的限制航运的限制较小；小；6.不需要不需要压缩空气作空气作业，在相当水深的条件下，能安全施工；，在相当水深的条件下，能安全施工；7.采用采用预制方式施工，效率高，工期短。制方式施工，效率高，工期短。沉管隧道施工第一节第一
3、节 概述概述二、沉管隧道的分类二、沉管隧道的分类 按施工方式分类按施工方式分类:钢壳方式壳方式:不需修建特殊的船不需修建特殊的船坞，用浮在水上的，用浮在水上的钢壳箱壳箱体作体作为模板制造管段模板制造管段.干船干船坞方式方式:在干船在干船坞内制造箱体，而后浮运、沉放的内制造箱体，而后浮运、沉放的 方式方式.沉管隧道施工第一节第一节 概述概述钢壳方式与干船坞方式的比较钢壳方式与干船坞方式的比较 项项 目目钢壳方式钢壳方式干船坞方式干船坞方式用用 途途双车道公路，单线铁道，下水管等双车道公路，单线铁道，下水管等管段宽宽在管段宽宽在10m10m以内的以内的多车道宽度大的公路多车道宽度大的公路(铁道，人
4、行道铁道，人行道并置的情况也包括在内并置的情况也包括在内)断断 面面 形形 状状圆形，外廓为变态八角形的圆形，外廓为变态八角形的矩形矩形材材 料料钢壳及钢筋混凝土钢壳及钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土管段制造地点管段制造地点船台等船台等临时干船坞临时干船坞防防 水水 方方 法法钢壳钢壳防水层防水层 钢板钢板(6(68mm)8mm)，沥青，橡胶，沥青，橡胶等等基基 础础 处处 理理一般整平机敷设砂砾一般整平机敷设砂砾要设临时承台，填充砂或砂浆要设临时承台，填充砂或砂浆水水 中中 接接 合合水中混凝土或橡胶密封垫水压连接水中混凝土或橡胶密封垫水压连接橡胶密封垫水压连接橡胶密封垫水压连接浮浮 运运 沉
5、沉 放放干舷高度干舷高度303050cm50cm，拖航；水上向，拖航；水上向管段投入砂和混凝土，沉放管段投入砂和混凝土，沉放干舷高度干舷高度10cm10cm左右，拖航；用管段内左右，拖航；用管段内的水平衡方法沉放的水平衡方法沉放沉管隧道施工第一节第一节 概述概述 三、按断面形状分类三、按断面形状分类 断面形式有断面形式有圆形、矩形、其它形状等。一般形、矩形、其它形状等。一般说，圆形形多多为钢壳方式，矩形多壳方式，矩形多为干船干船坞方式。方式。按材料分类按材料分类 有有铸铁、钢材、混凝土、材、混凝土、钢筋混凝土、筋混凝土、预应力混凝土等。力混凝土等。沉管隧道施工第一节第一节 概述概述 圆形断面沉
6、管隧道圆形断面沉管隧道沉管隧道施工第一节第一节 概述概述矩形断面沉管隧道矩形断面沉管隧道沉管隧道施工第一节第一节 概述概述四、沉管隧道的环境问题四、沉管隧道的环境问题对水道的影响：水道的影响：所有的沉管隧道要穿所有的沉管隧道要穿过水道，特水道，特别是河口或狭窄是河口或狭窄的海峡。的海峡。这种水道通常有复种水道通常有复杂的自然特点，如水流、潮汐、海的自然特点，如水流、潮汐、海洋生物分布、平面形状、沉洋生物分布、平面形状、沉积物的迁移，冲刷和沉物的迁移，冲刷和沉积的特点。的特点。对地下水状况的影响：地下水状况的影响：两个目的两个目的引道开挖和建造隧道管段的引道开挖和建造隧道管段的干干坞，沉管隧道施
7、工一般包括大，沉管隧道施工一般包括大规模地降低地下水。模地降低地下水。对开挖材料的开挖材料的处理：理：施工施工总是大量的挖泥作是大量的挖泥作业，一般需要大型的，一般需要大型的干燥坑道作引道干燥坑道作引道结构。在工程中一直重复使用挖泥和开挖材料构。在工程中一直重复使用挖泥和开挖材料时，需要，需要处理大量材料。理大量材料。沉管隧道的修建沉管隧道的修建应考考虑到土地利用和水上通航的到土地利用和水上通航的问题，尽量少占，尽量少占用土地和在施工用土地和在施工过程中最小的妨碍水上交通。程中最小的妨碍水上交通。沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 在在规划沉管隧道划沉管隧道时，首先要充
8、分，首先要充分调查建建设现场的地的地理、物理、以及人理、物理、以及人为等各种条件，并与等各种条件，并与桥梁及其他水梁及其他水底隧道方案底隧道方案进行比行比较；在充分；在充分调查的基的基础上，上，进行利行利用用规划、划、选址、交通量和交通址、交通量和交通组成成规划、划、线形和横断形和横断面面选择、沉管的、沉管的结构和构和长度、度、设备布置等布置等规划。划。一、一、横断水路方案比选横断水路方案比选1.沉管隧道与沉管隧道与桥梁方案比梁方案比选在横断水路的方式中，如既可采用在横断水路的方式中，如既可采用桥梁，又可采用隧道梁，又可采用隧道时，应从工从工费、施工、施工、结构上的得失、运构上的得失、运营的利
9、弊等，的利弊等，对两种方式两种方式进行比行比较。沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划沉管隧道与平面桥的比较沉管隧道与平面桥的比较沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划沉管隧道与高架桥的比较沉管隧道与高架桥的比较沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划2.2.沉管隧道与其它隧道方案比选沉管隧道与其它隧道方案比选 水底隧道的施工方法有盾构法、沉箱法、明挖法等。水底隧道的施工方法有盾构法、沉箱法、明挖法等。其中沉箱法、明挖法可在其中沉箱法、明挖法可在较浅的河道中采用。因此，浅的河道中采用。因此，能能够与沉管法与沉管法进行行实质性比性比较的只
10、有盾构法。的只有盾构法。盾构法的最大不同之点是，如何确保隧道上浮的盾构法的最大不同之点是，如何确保隧道上浮的稳定定性以及性以及为保保证掘掘进的安全，要有比沉管隧道更大的埋的安全，要有比沉管隧道更大的埋深。所以，隧道深。所以，隧道长度要度要长些。些。沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划 沉管隧道与盾构隧道埋深的比较沉管隧道与盾构隧道埋深的比较沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划二、前期问题和调查工作二、前期问题和调查工作沉管隧道的沉管隧道的规划划时，应先大概研究平面、先大概研究平面、纵剖面、断面剖面、断面形状、沉管区段形状、沉管区段长度、管段度、管段长
11、度、通度、通风塔位置、引道、塔位置、引道、沉管隧道沉管隧道预制制场、基、基础处理等理等问题。首先，首先，为获得得经济的的线形，要形，要进行行线路方案比路方案比选。根据。根据水深和覆盖水深和覆盖层厚度，初步决定厚度，初步决定纵断面的大致情况。在断面的大致情况。在规划划线路和路和纵断面断面线形形时，要掌握包括隧道的，要掌握包括隧道的总长和和引道引道长度的施工区段的全度的施工区段的全长。其次，其次，视隧道用途，研究隧道隧道用途，研究隧道净空断面和布置，空断面和布置，设定沉定沉管横断面的大概形状。管横断面的大概形状。对公路隧道、公路隧道、铁路隧道，除路隧道，除满足建筑限界的要求外，足建筑限界的要求外，
12、还要配置管理通道、通要配置管理通道、通风道、道、照明、照明、标志信号、排水志信号、排水设施等，施等，选择构造上、空构造上、空间利利用上、力学上都有利的横断面形状。用上、力学上都有利的横断面形状。沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划研究了上述研究了上述问题后，后，进行行详细地地质调查，其中包括：，其中包括：（1）基）基础的的报告告包括：水路条件包括：水路条件调查、周、周边土地利用、开土地利用、开发计划、制造划、制造码头等等调查。（2）测量量调查包括：水深包括：水深测量、引道范量、引道范围的路的路线测量等。量等。（3）水文及水）水文及水质调查包括：水的比重、流速、波浪、水温等
13、。包括：水的比重、流速、波浪、水温等。（4）地）地质及土及土质调查包括：基包括：基础承承载力、地力、地层构成、土构成、土质常数等。采用各种手段常数等。采用各种手段调查。（5）地震）地震调查沉管隧道，地震沉管隧道，地震调查异常重要。要异常重要。要进行行该区域的地震区域的地震调查及用于及用于设计的各种的各种动态土土质常数等的常数等的调查。（6）其它）其它调查包括：用地包括：用地调查、渔业补偿、水、水质污染、弃土等染、弃土等调查 沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划三、三、沉管隧道规划沉管隧道规划1、线形形规划划决定位置决定位置时，首先找出几个比，首先找出几个比较线路，根据用途
14、，在容路，根据用途，在容许的的线形形条件下，条件下，设定隧道的平面、定隧道的平面、纵剖面，其中剖面，其中选择最最经济、合理、合理、在构造上易于制造在构造上易于制造预制管段的方案。要注意以下几点：制管段的方案。要注意以下几点：平面形状，沉管区段不平面形状，沉管区段不进入平面曲入平面曲线之内是最好的，之内是最好的，管段的管段的纵剖面，一般管段都制成直剖面，一般管段都制成直线，多，多为折折线构成。在构成。在设计时，要考，要考虑接接头位置、位置、净空高度、最小埋深等来决定；空高度、最小埋深等来决定；在平面和在平面和纵断面曲断面曲线重合地段，管段制造复重合地段，管段制造复杂，尽量避免，尽量避免这种重合。
15、种重合。2、构造、构造规划划构造构造规划划应确定断面形状、管段的划分及基本构造等。确定断面形状、管段的划分及基本构造等。管段划分管段划分(管段管段长度度)，要考，要考虑上述的上述的线形、沉形、沉设方法、沉放方法、沉放时对航道的干航道的干扰等来决定。等来决定。对铁道、公路隧道来道、公路隧道来说，管段，管段长通常通常取取100m左右。左右。沉管隧道施工第二节第二节 沉管隧道调查规划沉管隧道调查规划3 3、管段制造、管段制造干船干船坞方式，根据使用的用地方式，根据使用的用地规模来决定配置管段数和使用次数。干船模来决定配置管段数和使用次数。干船坞构造，构造，应视土土质条件、使用次数而定，采用明挖法最条
16、件、使用次数而定，采用明挖法最经济。钢壳方式，壳方式，应虑工地和制造地点距离、拖航航道条件等决定制造工地和制造地点距离、拖航航道条件等决定制造码头。4 4、基础、基础 沉管沉管视比重比重较小。一般基小。一般基础承承载力不会有力不会有问题，但要求均匀的反力，但要求均匀的反力传递到地到地层，目前采用的工法有：在沟槽底面上，目前采用的工法有：在沟槽底面上铺设均匀底均匀底层的方式；的方式；临时支承，向管段底和壕沟底空隙充填砂和砂支承，向管段底和壕沟底空隙充填砂和砂浆基基础的方式。的方式。5 5、沉放、沉放沉放方式有：固定脚手架方式，浮沉放方式有：固定脚手架方式，浮桥方式和沉放作方式和沉放作业船方式。各
17、有利弊，船方式。各有利弊，应考考虑管段管段规模、模、现场作作业条件等条件等选择。6 6、进度、进度根据上述各点，最后研究整个工程的大概根据上述各点，最后研究整个工程的大概进度度规划。划。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计沉管隧道技沉管隧道技术综合了土木、建筑、机械、合了土木、建筑、机械、电气等各气等各专业领域。因此在域。因此在设计时应从从总体体观点出点出发慎重的慎重的进行研行研究，以便能究，以便能满足其目的和功能。不要各足其目的和功能。不要各专业单独考独考虑，而而应以建成后的隧道状以建成后的隧道状态为中心中心综合的合的设计。沉管隧道的沉管隧道的设计，因没有，因没有强制性的技制性
18、的技术规范，范，这是沉管是沉管隧道的修建在隧道的修建在过去、将来都并不那么多的去、将来都并不那么多的缘故。因此，故。因此，在修建沉管隧道在修建沉管隧道时要参考要参考桥梁技梁技术规范，但要根据沉范，但要根据沉管隧道的特点来管隧道的特点来进行行设计。特点是特点是：结构重量和浮力的平衡；具有水密性构造；施构重量和浮力的平衡；具有水密性构造；施工用的工用的临时隔壁及水中接合构造等。因沉管隧道埋深隔壁及水中接合构造等。因沉管隧道埋深浅，浅，应特特别注意抗震性的注意抗震性的设计。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计一、设计内容与设计流程一、设计内容与设计流程 沉管隧道的沉管隧道的设计内容主要
19、包括荷内容主要包括荷载组合、管段合、管段结构、构、临时端隔端隔墙、管段接、管段接头、防水、防水设计、基、基础设计、抗震、抗震设计、竖井和引道井和引道设计等。等。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计二、设计荷载及受力分析二、设计荷载及受力分析考考虑施工中和施工后可能作用的全部荷施工中和施工后可能作用的全部荷载组合。一般有下述荷合。一般有下述荷载组合。合。（1）自重）自重在沉管法中，在在沉管法中，在计算重量算重量时，要特，要特别注意各材料的注意各材料的单位容重和水的位容重和水的单位容位容重。特重。特别是在是在牵引拖运引拖运时，浮力和重
20、量差只有，浮力和重量差只有1%左右。左右。（2）水）水压通常采用通常采用HWL（平均（平均满潮位）和潮位）和HHWL(历史最高潮位史最高潮位)，或采用由概率决，或采用由概率决定的以后出定的以后出现的异常潮位，的异常潮位，（3）土）土压主要由回填土主要由回填土产生。垂直土生。垂直土压除考除考虑上覆土重外，上覆土重外，还要考要考虑淤泥的堆淤泥的堆积厚厚度等。水平土度等。水平土压按作用在按作用在刚性壁的土性壁的土压考考虑。土。土压系数取系数取0.5。（4）地震影响）地震影响 这一部分参考有关一部分参考有关专著。著。（5）不均匀下沉的影响）不均匀下沉的影响一般都埋一般都埋设在河底或海底的在河底或海底的
21、软弱弱层中，中，视比重也比既有地比重也比既有地层的重量的重量轻。基。基础地地层受到的先行荷受到的先行荷载有所减少。一般不会出有所减少。一般不会出现对设计有影响的下沉。有影响的下沉。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计（6）温度）温度变化的影响化的影响沿隧道沿隧道纵向，年向，年间温度温度变化量化量对轴向向应力、力、轴向向应变、可可挠性接性接头会会产生影响。要研究其伸生影响。要研究其伸缩量。量。沿隧道横向，要沿隧道横向，要检查隧道壁面的里外温差，管段中壁的隧道壁面的里外温差，管段中壁的温度温度变化等的影响。化等的影响。年年间温度的温度的变化量，公路隧道的化量，公路隧道的实测值在在5度
22、左右。是度左右。是较厚构件的地上温度厚构件的地上温度变化量的化量的1/2左右。左右。（7）施工荷）施工荷载施工荷施工荷载，因管段的制造方式而异。，因管段的制造方式而异。（8）其它荷）其它荷载船舶沉没、投船舶沉没、投锚、走、走锚的影响；沉船荷的影响；沉船荷载（丹麦沉管隧（丹麦沉管隧道道规定是定是100kPa力作用在力作用在250m2的面的面积上）；隧道火上）；隧道火灾的影响；爆灾的影响；爆发荷荷载(瓦斯管瓦斯管设置置时)等。等。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计沉管隧道的荷载沉管隧道的荷载沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计2.容容许应力力沉管隧道的混凝土的容沉管隧
23、道的混凝土的容许应力，基本上可按力，基本上可按钢筋混凝土筋混凝土结构同构同样考考虑。3.荷荷载组合合荷荷载的的组合和容合和容许应力的增幅，要按各种力的增幅，要按各种设计状状态设定。定。一般情况的荷一般情况的荷载组合和容合和容许应力的增幅力的增幅见下表。下表。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计荷载组合与容许应力的增幅荷载组合与容许应力的增幅 荷载组合荷载组合容许应力容许应力增幅增幅备注备注自重自重+水压水压(HHWL)+(HHWL)+土压土压+不均匀下不均匀下沉沉+活荷载活荷载0%0%自重自重+水压水压(异常高潮位异常高潮位)+)+土压土压+不不均匀下沉均匀下沉+活荷载活荷载+5
24、0%+50%未来可能发生未来可能发生高潮位高潮位自重自重+水压水压(HHWL)+(HHWL)+土压土压+不均匀下不均匀下沉沉+活荷载活荷载+地震影响地震影响+50%+50%自重自重+水压水压(HHWL)+(HHWL)+土压土压+不均匀下不均匀下沉沉+活荷载活荷载+温度变化温度变化+15%+15%沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计4.4.浮力的影响浮力的影响 管段在施工中管段在施工中进行拖航和沉放后都要受到浮力，因此要行拖航和沉放后都要受到浮力，因此要研究管段作研究管段作为浮体的浮体的稳定性。要确保拖航定性。要确保拖航时的干舷高的干舷高度以及上浮的安全度。度以及上浮的安全度。这是
25、确定断面的主要因素。是确定断面的主要因素。干舷高度，从既有干舷高度，从既有实例看是例看是3050cm左右。左右。这相当于相当于视重量重量为总浮力的浮力的1%左右，拖航左右，拖航时，作，作为浮体的浮体的稳定性定性是没有是没有问题的。因此，各国的。因此，各国对拖航拖航时的浮力都的浮力都规定在定在上述的上述的1%的数的数值。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计三、管段结构设计三、管段结构设计（1）钢壳方式的管段壳方式的管段设计 横断面横断面设计设计特征是特征是钢壳同壳同时要作要作为混凝土灌筑混凝土灌筑时的模板，的模板，钢壳要与混壳要与混凝土成凝土成为一体，作一体，作为永久构件存在。永久
26、构件存在。钢壳存在腐壳存在腐蚀、残留、残留应力和与混凝土力和与混凝土为一体等一体等问题，很，很难视其其承承载是一个有效的构件。目前多按是一个有效的构件。目前多按临时构件来构件来设计。也曾。也曾试行按行按钢和混凝土的和混凝土的组合构件来合构件来设计，目前正在研究和，目前正在研究和试验。钢壳断面，一般决定于混凝土灌筑壳断面，一般决定于混凝土灌筑时的的应力。随着混凝土的灌力。随着混凝土的灌筑，吃水深度增加，水筑，吃水深度增加，水压增大增大,设计断面也断面也应随之随之变化。因此，化。因此，应对每一施工每一施工阶段的混凝土重量和水段的混凝土重量和水压进行行应力力计算，而后算，而后按最危按最危险状状态，决
27、定，决定钢壳断面。壳断面。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 纵断面方向的断面方向的设计把整个把整个钢壳壳视为纵断方向的梁，按施工荷断方向的梁，按施工荷载研究研究强度和度和变形。形。设计状状态可分可分为：进水水时，混凝土灌筑，混凝土灌筑时，拖，拖航停泊航停泊时等状等状态。钢壳在船台上制作，壳在船台上制作，纵向向进水水时的状的状态，会，会产生比生比较大大的的应力力,故多由此状故多由此状态决定断面尺寸决定断面尺寸,但也但也应研究其它状研究其它状态下的下的应力和力和变形。形。混凝土灌筑混凝土灌筑时的的应力，力，视一次混凝土灌筑量、灌筑地点、一次混凝土灌筑量、灌筑地点、灌筑灌筑顺序有根
28、大的序有根大的变化。因此，一次灌筑混凝土的区化。因此，一次灌筑混凝土的区段和灌筑段和灌筑顺序，要按使断面力最小的原序，要按使断面力最小的原则决定。决定。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计（2 2）钢筋混凝土管段的设计钢筋混凝土管段的设计 横断面的横断面的设计用干船用干船坞制作的制作的钢筋混凝土管段，从施工角度看，在筋混凝土管段，从施工角度看，在应力方面是不力方面是不会有会有问题的。决定横断面的。决定横断面时，就是要注意，就是要注意对浮力的平衡。如干船浮力的平衡。如干船坞的基的基础软弱弱时，要，要进行地行地层改良或采用改良或采用桩基，以防止在制作中基，以防止在制作中的管段的管段产
29、生有害的生有害的应力。力。决定断面尺寸决定断面尺寸时，一般都按采用平面骨架，一般都按采用平面骨架结构构进行行应力力计算。此算。此时，作作为结构系的支承条件，要构系的支承条件，要设定地基的反力系数。但其定地基的反力系数。但其值的采用，的采用，要考要考虑地地层的性的性质、基、基础宽度等。度等。横断面构件的厚度，一般按横断面构件的厚度，一般按钢筋混凝土构件的筋混凝土构件的计算即可。但因沉管算即可。但因沉管隧道主要是受水隧道主要是受水压、土、土压的作用，的作用，设计荷荷载的大半是永久荷的大半是永久荷载，同同时，在水下，在水下维修也是困修也是困难的。因此，混凝土和的。因此，混凝土和钢筋的筋的应力，要力，
30、要根据开裂根据开裂宽度、混凝土的流度、混凝土的流变影响等，加以充分研究后影响等，加以充分研究后选定定设计的目的目标值。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 纵断面方向的断面方向的设计管段的管段的纵向向设计，除考，除考虑混凝土灌筑混凝土灌筑时、牵引引时、沉放、沉放时的状的状态外，外，还要考要考虑完成后的地震影响、地完成后的地震影响、地层下沉下沉影响、温度影响、温度变化的影响等。化的影响等。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计四、临时端隔墙的设计四、临时端隔墙的设计沉管段的两端部，因沉管段的两端部，因牵引、沉放的要求，需引、沉放的要求，需设临时隔壁隔壁(端隔端隔墙)。端
31、隔端隔墙的的结构，因是承受施工中的水构，因是承受施工中的水压，最好使之重量，最好使之重量小，而且易于拆除。小，而且易于拆除。为此，其此，其结构形式多是由止水板、构形式多是由止水板、桁架、加桁架、加强肋等构成的肋等构成的钢结构。但也有构。但也有钢筋混凝土的筋混凝土的和和钢筋混凝土板与支持筋混凝土板与支持钢桁架构成的。桁架构成的。选择时，应考考虑止水性、止水性、经济性、施工性等。性、施工性等。设计端隔端隔墙时的荷的荷载，主要是沉放，主要是沉放时的水的水压。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计五、管段接头的设计五、管段接头的设计1.接接头方法方法沉管段在水中接合的方法，在沉管法的沉管段
32、在水中接合的方法，在沉管法的应用初期，多采用初期，多采用水中混凝土的方法。但从橡胶密封用水中混凝土的方法。但从橡胶密封垫的水的水压压接法接法开开发后，此法目前是采用最多的。后，此法目前是采用最多的。接接头的构造有：与管段同的构造有：与管段同样强度、度、刚性的性的连续构造形式构造形式和管段能和管段能够相互伸相互伸缩、转动的柔性构造的可的柔性构造的可挠性接性接头形式。形式。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计（1）连续构造接构造接头的的设计此种接此种接头在美国、加拿大等国采用在美国、加拿大等国采用较多。日本初期的沉多。日本初期的沉管隧道也多采用管隧道也多采用这种接种接头。连续构造接头
33、连续构造接头沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计(2)可可挠性接性接头（柔性接（柔性接头）的）的设计柔性接柔性接头是能使管段接是能使管段接头处产生伸生伸缩、转动的的结构。但不容构。但不容许无无限制的位移，要根据限制的位移，要根据止水性及交通功能等，止水性及交通功能等，规定出容定出容许的位移的位移值，使接使接头的位移在容的位移在容许范范围之内。之内。柔性接头构造柔性接头构造沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计2.2.止水构造止水构造在管段的接在管段的接头处，不管是那种接，不管是那种接头形式，都要形式，都要进行止水行止水构造的构造的设计。一般。一般说，橡胶密封，橡胶密封
34、垫的一次止水构造是的一次止水构造是最基本的构造。最基本的构造。决定橡胶密封决定橡胶密封垫的材的材质、形状尺寸、形状尺寸时，要，要满足以下条件：足以下条件：止水构件材止水构件材质的的长期期稳定性和耐久性；管段接合定性和耐久性；管段接合时，就要具有所就要具有所规定的止水性；水定的止水性；水压压接接时具有合适的荷具有合适的荷栽栽-压缩变形特性；有永久的止水性能等。形特性；有永久的止水性能等。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计橡胶止水带形状橡胶止水带形状沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 新型橡胶止水带新型橡胶止水带沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计二次
35、止水装置二次止水装置(有有时还有三次止水装置有三次止水装置)是唯恐一次止水是唯恐一次止水发生故障生故障时，而，而设的具有止水构造的安全的具有止水构造的安全阀，要能承受，要能承受外水外水压。二次止水带二次止水带沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计3.最后接最后接头沉管隧道的接沉管隧道的接头，一般分，一般分为中中间接接头、与与竖井的接井的接头及及最后接最后接头三三类。其。其结构型式有些差异。其中，最后接构型式有些差异。其中，最后接头是最后一是最后一节管段与前管段与前设管段等的接管段等的接头,与管段一般段与管段一般段的接的接头不完全相同。最后接不完全相同。最后接头的位置，一般的位置，一
36、般设在管段在管段与与竖井井处。最后接。最后接头处的水深比的水深比较浅浅时，可在接，可在接头范范围设围堰，用内部排水方式施工。堰，用内部排水方式施工。也可采用与水也可采用与水压压接相同的方法修最后接接相同的方法修最后接头，即在最后，即在最后接接头周周围安安设橡胶密封橡胶密封垫的止水板，而后排出内部的的止水板，而后排出内部的水，使止水板水水，使止水板水压压接。此法与水深关系不大，是比接。此法与水深关系不大，是比较合理的方法。合理的方法。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计最后接头的各种方式最后接头的各种方式沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计六、六、防水设计防水设计沉管
37、隧道，几乎都是沉管隧道，几乎都是钢筋混凝土的，通常筋混凝土的，通常设在在1030m的的水深水深处，受到，受到0.10.3MPa的水的水压。因此，。因此，经常受到海常受到海水的侵水的侵蚀，对混凝土的耐久性会混凝土的耐久性会产生不良影响。此外，生不良影响。此外，要防止因开裂而要防止因开裂而发生漏水，必生漏水，必须有充分的水密性。有充分的水密性。为此，要采用各种的防水方法。防水方法大致有两大此，要采用各种的防水方法。防水方法大致有两大类：（1）使）使结构物本身具有水密性的方法；构物本身具有水密性的方法；（2）在）在结构物外构物外侧覆盖防水覆盖防水层的方法。的方法。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设
38、计沉管隧道设计七、基础设计七、基础设计沉管隧道完成后的状沉管隧道完成后的状态，是，是视重量比浮力稍大些，包括重量比浮力稍大些，包括回填土在内的上浮安全系数一般是回填土在内的上浮安全系数一般是F1.25左右。地左右。地层反力是反力是q3t/m左右。一般左右。一般说，不需要，不需要专门的基的基础，而，而且管段受到均匀的地且管段受到均匀的地层的支持，故要在施工上仔的支持，故要在施工上仔细研研究，并采取防止地究，并采取防止地层下沉的下沉的对策。策。基础形式基础形式沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计独立支持形式独立支持形式的基础的基础沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计 巴
39、黎地铁巴黎地铁基础基础形式形式沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计八、八、抗震设计抗震设计地震地震对地中地中结构物的影响，一般构物的影响，一般说比地面比地面结构物小。因构物小。因此，此，对地地铁等重要城市等重要城市设施，考施，考虑地震影响的地震影响的设计时，除特殊情况外，多不除特殊情况外，多不进行。行。九、竖井和引道设计九、竖井和引道设计1.竖井井竖井分井分别位于沉管隧道的两端，是沉管隧道和位于沉管隧道的两端，是沉管隧道和陆上隧道上隧道的接的接续点。点。对公路隧道，公路隧道，还具有具有风井的功能。井的功能。对其它其它用途的隧道，多用于排水用途的隧道，多用于排水设施、施、电气气设施
40、、附属施、附属设施施等的收容空等的收容空间。竖井井设计主要任主要任务是确保其是确保其稳定性。定性。竖井的井的稳定，一般定，一般说是由完成后的地震是由完成后的地震时及施工及施工时的的稳定性所支配的。定性所支配的。沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计公路隧道竖井实例公路隧道竖井实例沉管隧道施工第三节第三节 沉管隧道设计沉管隧道设计2.引道引道引道构造，通常都是明渠式的。此引道构造，通常都是明渠式的。此时，视引道深度的引道深度的变化，可采用化，可采用U型型挡墙、L型型挡墙或反或反T型型挡墙、重力式、重力式挡墙等多种型式的构造。采用等多种型式的构造。采用挡墙形式的区形式的区间，其开，其开
41、挖深度一般不要超挖深度一般不要超过15m。陆上隧道，一般均采用明挖法施工。如深度很深，可采上隧道，一般均采用明挖法施工。如深度很深，可采用沉箱法。用沉箱法。引道引道设计应特特别注意的是注意的是U型型挡墙的上浮性。的上浮性。为此，要此，要选定合理的定合理的经济的的结构形式。构形式。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工 沉管隧道的施工流程沉管隧道的施工流程沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工一、一、施工步骤施工步骤沉管隧道的施工，大体上分沉管隧道的施工，大体上分为管段制作、沉管隧道段施管段制作、沉管隧道段施工、工、竖井及引道施工等几部分。井及引道施工等几部分。二、管段制
42、作二、管段制作1.钢壳方式壳方式(1)钢壳制作壳制作这种管段通常是只在造船厂的种管段通常是只在造船厂的码头、船台或岸壁等、船台或岸壁等处制制作作钢壳。而后将其壳。而后将其牵引、停泊在引、停泊在悬浮状浮状态下，灌筑内下，灌筑内部混凝土而完成的。部混凝土而完成的。(2)灌筑作灌筑作业钢壳方式的混凝土灌筑作壳方式的混凝土灌筑作业，包括配筋架、模板、运入，包括配筋架、模板、运入材料、灌筑混凝土等，直到完成管段。材料、灌筑混凝土等，直到完成管段。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工(3)钢筋的配置筋的配置(4)混凝土灌筑混凝土灌筑(5)装配装配码头装配装配码头，要，要设在靠近隧道建在靠近隧
43、道建设地点、平静的水域中，能地点、平静的水域中，能安全地停泊管段，而且材料的搬入要方便；安全地停泊管段，而且材料的搬入要方便；2.干船干船坞方式方式与与钢壳方式不同，此壳方式不同，此时管段是在管段制作管段是在管段制作码头制作，完成制作，完成后后牵引，在装配引，在装配码头处搭搭载各种沉放各种沉放设备并沉放的。并沉放的。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工干船坞平面图干船坞平面图沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工三、沟槽施工三、沟槽施工沉放前要先在沉放前要先在顶计沉放地点开挖沟槽。沟槽开挖比通常沉放地点开挖沟槽。沟槽开挖比通常的航道疏浚开挖深度要深，而且要求底面的平整
44、度精的航道疏浚开挖深度要深，而且要求底面的平整度精度度较高。因此，要仔高。因此，要仔细选择疏通方法。一般使用各种疏通方法。一般使用各种疏浚船疏浚船进行。特行。特别要注意的是，不要要注意的是，不要扰动海底沟槽面海底沟槽面的土的土质，在沉放，在沉放过程中始程中始终保持良好的状保持良好的状态。疏通断。疏通断面的坡面坡度，面的坡面坡度，视土土质和波浪的影响等决定。基和波浪的影响等决定。基础底底面面为保保证平整，平整，应用用砾石等石等铺均匀均匀为好。好。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工东京港沟槽断面东京港沟槽断面沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工四、四、基础施工基础施工
45、 沉管隧道的基沉管隧道的基础施工是在水下施工是在水下进行的，施工行的，施工难度度较大。大。现就就连续支持形式和支持形式和桩基形式加以介基形式加以介绍。（1）整平方式）整平方式 此方式是在整平的基此方式是在整平的基础上，直接沉放管段的方法上，直接沉放管段的方法。整平方式有的是采用安整平方式有的是采用安设在沉放作在沉放作业船的整平器械整平船的整平器械整平,有的是利用海上固定脚手架有的是利用海上固定脚手架(SEP)用用导轨整平整平,或是用或是用驳船和水底重物整平，船和水底重物整平，沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工（2）喷砂方式砂方式此工法的原理是：在此工法的原理是：在设于管段上的于
46、管段上的门式起重机上的三根式起重机上的三根一一组的的钢管中，用中央的管中，用中央的钢管把水和砂一起管把水和砂一起喷射，用射，用另外两根另外两根钢管同管同时吸引管段和基吸引管段和基础间的同量的水来充的同量的水来充填砂的方法。填砂的方法。（3）压注砂注砂浆方式方式此法是事先于管段底此法是事先于管段底连续铺设尼尼龙袋，袋，临时支持管段。支持管段。而后，从沉放作而后，从沉放作业船上把准船上把准备好的砂好的砂浆向尼向尼龙袋中袋中压注的方法注的方法.（4）临时承台承台在在临时支持管段向底部空隙充填的方式中，支持管段向底部空隙充填的方式中，为临时支持支持管段，需管段，需设置置临时承台。承台。临时承台一般用混
47、凝土承台一般用混凝土块直直接放在基接放在基础上，在上，在软弱地弱地层时采用摩擦采用摩擦桩。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工（5）桩基基桩基的基的问题是要是要选择在海上易于施工的打在海上易于施工的打桩方法和确保方法和确保桩的高度和平面位置的精度。的高度和平面位置的精度。这种情况下采用最多的种情况下采用最多的方法是打方法是打钢管管桩。桩径径1m左右。左右。桩要打到沟槽底部。要打到沟槽底部。水深水深时，要特，要特别注意高度和平面位置的施工。注意高度和平面位置的施工。五、管段拖运、沉放与接合五、管段拖运、沉放与接合1.拖运及准拖运及准备作作业沉管拖运沉管拖运时，必，必须对潮位、水流、
48、潮位、水流、风、浪等、浪等进行行调查，用所需用所需马力的拖力的拖轮拖运拖运,通常用通常用11.5节（1节=1.852km/h）的船只拖运。）的船只拖运。沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工装配作业流程装配作业流程沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工2.沉放作沉放作业（1）固定脚手架）固定脚手架(SEP)方式方式 此方式是在此方式是在设于沉于沉放位置的固定脚手放位置的固定脚手架架SEP作作业台的下台的下方引方引进管段，用作管段，用作业台的起重机支持台的起重机支持管段，加上沉放荷管段，加上沉放荷载，使之下沉。，使之下沉。固定脚手架固定脚手架(SEP)(SEP)方式方式沉
49、管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工(2)浮箱方式浮箱方式浮箱方式是用浮箱方式是用24台浮箱吊下管段台浮箱吊下管段并沉放的方法。并沉放的方法。管段的位置管段的位置调整、整、固定都是用固定都是用设在在管段上的管段上的测量塔量塔的起重机的起重机进行的。行的。用海底用海底锚拴拴进行行水平方向的水平方向的调整。整。浮箱方式浮箱方式沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工（3）双胴船方式）双胴船方式此方式要有此方式要有专用的用的沉放作沉放作业的的驳船船,用吊装用的梁用吊装用的梁(前前后两个后两个)联结两条两条船而构成。此方船而构成。此方式又称就位式又称就位驳船船方式。方式。该方式是
50、方式是把把处于于驳船船间的的管段用加沉放荷管段用加沉放荷载的方法，使之的方法，使之下沉。下沉。双胴船方式双胴船方式沉管隧道施工第四节第四节 沉管隧道施工沉管隧道施工3.3.接合作业接合作业沉管隧道的接合作沉管隧道的接合作业有有水中混凝土方式和采水中混凝土方式和采用橡胶密封用橡胶密封垫的水的水压压接方式。接方式。（1）水中混凝土方式）水中混凝土方式此方式，先要在接此方式，先要在接头处修修围堰，于其中灌筑堰，于其中灌筑混凝土止水。而后，混凝土止水。而后，排除隔排除隔墙间的水，从的水，从内部作内部作刚性性联结接接头。这种方式，目前种方式，目前应用用较少，少，混凝土接合方式混凝土接合方式沉管隧道施工第