地下空间11-沉管.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9,沉管结构,9.1,概述,水底隧道的施工方法：,围堤明挖法、矿山法、气压沉箱法、盾构法以及沉管法。,世界上第一条沉管铁路隧道建于,1910,年，穿越美国,Michigan,州和加拿大,Ontario,省之间的,Detroit,河；,沉管法是十九世纪五十年代起普遍应用,如今共有,100,多座沉管隧道。,二十世纪,50,年代解决了,两项关键技术,水力压接法和基础处理,，沉管法已经成为水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷兰。,我国现有,6,条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外,5,条在宁波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。,过程,沉管法亦曾称作,预制管段沉放法,；,先在隧址以外的,预制,场制作隧道,管段,，两端用临时封墙密封，制成以后用拖轮,拖运到隧址,指定位置上。,预先在设计位置处，,挖好水底沟槽,。待管段定位就绪后，往管段中,注水加载,，使之下沉，然后将沉设完毕的管段在,水下连接,起来，覆土回填，完成隧道，此之谓“沉管隧道”。,沉管隧道有圆形和矩形两类，其设计、施工及所用材料有所不同。,（,1,）圆形沉管隧道：,这类沉管内边均为圆形、外边则为圆形、八角形或花篮形，多半用钢壳作为防水层；,（,2,）矩形沉管隧道：在每个断面内可以同时容纳,2,8,个车道，矩形断面的空间利用率较高，,圆形沉管、矩形沉管,9.2,沉管结构设计,沉管式水底隧道的设计：,包括几何设计、通风设计、照明设计、结构设计、内装设计、给排水设计、供电设计、运营安全等设计。,9.2.1,沉管结构所受的荷载,结构自重、水压力、土压力、浮力、施工荷载、波浪和水流压力、沉降摩擦力、车辆活荷载、沉船荷载，地基反力、温度应力、不均匀沉降所产生的附加应力、地震等作用。,作用在沉管上的水压力是主要荷载。,沉降摩擦力,地基反力的分布规律,（,1,）直线分布；,（,2,）反力强度和各点沉降量成正比，即文克尔假定，又可以分为单一系数和多种地基系数的两种；,（,3,）假定地基为半无限弹性体，按弹性理论计算反力。,9.2.2,浮力设计,1,）干舷,管段在浮运时，为了保持稳定，必须使管顶面露出水面，,其露出高度称为干舷。,具有一定干舷的管段，与风浪后产生反向力矩，保持平衡。,干舷的高度应适中，过小则稳定性差，过大时沉设困难。,浮力设计,时，按照,最大混凝土容重、最大混凝土体积和最小河水的比重,来计算干舷。,2,）抗浮安全系数,在管段沉设施工阶段，应采用,1.05,1.1,的抗浮安全系数。,管段沉设完毕后，务必大于,1.05,，防止“复浮”。,设计时需要按照,最小混凝土容重、最小混凝土体积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。,3,）沉管结构的外廓尺寸,沉管结构的外廓尺寸，,必须通过浮力设计才能确定,;,沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶底板厚度之和。,9.2.3,结构分析与配筋,1,）,.,断面结构分析,其结构内力分析须经过“,假定截面尺寸,分析内力,修正尺度,复算内力”的几次,循环。,避免采用剪力钢筋,常采用变截面或折拱形结构。,不能只以一个断面的结构分析来代表整节管段，以及河中段全长的横断面配筋计算，所以目前一般采用,电算分析,。,沉管折拱形结构,2,）纵向结构分析,施工阶段,的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时，施工荷载、波浪力所引起的内力。,使用阶段,的沉管纵向受力分析，一般,按照弹性地基梁理论,进行计算。,3,）配 筋,沉管结构的混凝土强度等级，宜采用,C30-C40,。,由于沉管结构对贯通裂缝非常敏感，非贯通裂缝宜控制在,0.15-0.2mm,以下，因此采用钢筋等级不宜过高，,不宜采用,III,级和,III,级以上的钢筋。,4,）预应力的应用,一般情况下，沉管隧道采用普通混凝土结构而不用预应力混凝土结构。因沉管的,结构厚度并非强度决定,，而是由抗浮安全系数决定。,当隧道跨度较大，达三车道以上，或者水、土压力又较大时，采用预应力。,(,a)Almendares,(,b)Lafontaine,1-,预应力索；,2,临时拉索；,3,防水层,9.3,接缝管段处理与防水措施,9.3.1,变形缝的布置与构造,沉管结构,一般都是二次浇筑，常易发生收缩裂缝。不均匀沉降等影响也易致管段开裂。,变形缝,每节管段分割成若干节段，一般为,15,20m,左右。,变形缝须满足,1.,能适应一定幅度的线变形与角变形。,2.,在浮运、沉设时能传递纵向弯矩。,外排纵向钢筋全部切断。而内排纵向钢筋则暂时不予切断，待沉设完毕后再将跨越变形缝之内排纵向钢筋，全部切断。,3.,在任何情况下能传递剪力,变形前后均能防水，,台阶形变形缝,回幻片,13,1,沉管外侧；,2,沉管内侧；,3,卷材防水层；,4,钢边橡胶止水带；,5,沥青防水；,6,沥青填料；,7,钢筋混凝土保护层,9.3.2,止水缝带,普遍的是橡胶止水带和钢边橡胶止水带。,1),橡胶止水带,橡胶止水带可用,天然橡胶,（含胶率）,70,）制成。亦可用,合成橡胶,（如氯丁橡胶等）制成。,橡胶止水带的寿命,潮湿、无日照及温度较低 等环境理想。,地下工程中的橡胶止水带的耐用寿命应在六十年以上。,经老化加速实验亦可断定其安全年限超过,100,年。,形式：,均由本体与锚着部两部分组成,;,变形缝的张开度、本体部的宽度。这两个因素共同决定着止水带所受拉力。,2),钢边橡胶止水带,钢边橡胶止水带，系于橡胶止水带两侧锚着部中加镶一段薄钢板，其厚度仅,0.7mm,左右，初于荷兰的凡尔逊（,Velsen,1957,）。,9.3.3,管段外壁的防水措施,沉管外防水和沉管自防水两类,;,外防水包括了,钢壳，钢板防水，卷材防水，涂料防水,等不同方法；,自防水主要是采用防水混凝土。,9.3.4,钢壳与钢板防水,在沉管的三面（底和二侧）甚至四面（包括顶面）用,钢板包覆,的防水,;,耗钢量大、焊缝防水可靠性不高、钢材防锈问题仍未切实解决,;,9.3.5,卷材防水,用胶料粘结多层沥青类卷材或合成橡胶类卷材而成的,粘贴式（亦称外贴式,）防水层。,均用浇油摊铺法粘贴,;,卷材粘贴完毕后，须在外边加设保护层。,到幻片,6,9.3.6,涂料防水,施工工艺较繁，施工操作工程中会造成,“起壳”，,无法补救；,抗拉伸能力较差。,9.4,管段沉设与水下连接,1),分吊法,2,4,艘起重船或浮箱,浮筒吊沉法,浮箱吊沉法,2,）扛吊法,最主要的大型工具就是四艘小型方驳；,3,）骑吊法,SEP,4,）拉沉法,1,拉合千斤顶；,2,拉沉卷扬机；,3,拉沉索；,4,压载水,9.4.2,水下连接,早期采用灌筑水下混凝土施工法；,二十世纪五十年代末，加拿大的台司隧道采用,水力压接法,。,用水力压接法进行水下连接的主要工序是：,对位,拉合,压接,拆除端封墙,9.5,管段接头,管段接头的构造，主要有刚性接头和柔性接头两种。,9.5.1,刚性接头,刚性接头系于水下连接（不论采用何法）完毕后，于相邻两节管段端面之间，沿隧道外壁（二侧与顶、底板）以一圈钢筋混凝土连接起来，形成一个,永久性接头,。,刚度较大，但沉降不匀易开裂渗漏。,“先柔后刚”,9.5.2,柔性接头,主要是利用水力压接时所用的,胶垫,，吸收变温伸缩与地基不均匀沉降所致角变，以消除或减小管段所受变温或沉降应力。,9.6,沉管基础,在水底沉管隧道中，因作用在沟槽底面的荷载，不因设置沉管而有所增加，相反，却有所减小。,9.6.2,基础处理,垫平,沉管隧道的基础处理方法，大体上分为,先铺法和后填法,两大类；,先铺法有,刮砂法，刮石法,等；,后填法有,灌囊法，压浆法，压砂法,等。,1),先铺法,先铺法实际上是利用,刮铺机,将铺垫材料（砂或石）设置成平整的垫层。,1,方环形浮箱；,2,砂石喂料管；,3,刮板；,4,砂石垫层（,0.6-0.9m,）；,5-,锚块；,6,沟槽底面；,7,钢轨；,8,移形钢梁,2,）后填法,在后填法中，安设水底,临时支座，,临时支座大多数为道渣堆上设置钢筋混凝土支承板，也可以采用短桩简易墩。,灌砂法,喷砂法,灌囊法,压浆法,压砂法,（,1,）、灌砂法（,2,）、喷砂法,1,预制支承板；,2,喷砂台架；,3,喷砂管；,4,喷入砂垫层,（,3,）、灌囊法,灌囊法系于砂、石垫层面上用砂浆囊袋将剩余空隙切实垫密。,空囊下沉，水面灌注混合砂浆。,防止顶管，需严密观测。,（,4,）压浆法 压砂法,隧道内部用通常的压浆设备，经预埋在管段底板上带,单向阀的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。,9.6.3,软弱土层上的沉管基础,一般的解决办法有：,（,1,）以粗砂置换软弱土层；,（,2,）打砂桩，并加荷预压；,（,3,）减轻沉管重量,（,4,）采用桩基。,沉管隧道中，群桩的桩顶标高不等；,采取措施以使各桩能均匀受力：,水下混凝土传力法；,灌囊传力法；,活动桩顶法,1,钢管桩；,2,桩靴；,3,水泥浆；,4,活动桩顶；,5,预制混凝土桩；,6,导向管；,7,尼龙布囊；,8,灌水；,9,压浆管,