第11章 沉管结构

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1、第11章沉管结构本章内容12345概述沉管结构的设计沉管的防水设计变形缝与管段接头设计沉管基础设计1.概述定义：在水底预先挖好沟槽，把在路上其它地方预制的适当长度的管体，浮运到沉放现场，顺序地沉放到沟槽中，并回填覆盖而形成的结构。1.概述二十世纪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。(北美、西欧、日本)我国现有6条沉管法隧道：上海外环越江隧道（亚洲第1世界第2）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、

2、香港东区沉管隧道）和台湾高雄跨海隧道。准备建造的琼州海峡隧道（预计35公里）与其它结构形式和施工方法的比较：1.与桥梁等方案的比较公路或城市道路遇到江河、港湾时，渡越的办法根多，有轮渡、桥梁、水底隧道等。a.轮渡是最简易的，它的优点是基本建设投资少，运营费用亦小;但无法适应较大的交通量。b.桥梁的主要优点是单位长度造价低。在渡越不通行海轮的江、河或海轮达不到的上游河段时，一般总是首先考虑建桥1.概述c.水底隧道主要是用在市区港湾或通行海轮的江、河上。在这种场合下，如采用桥梁渡越，则由于海轮航道净空的需要，桥梁的跨径必须较大，桥下净空很

3、高，引桥加引道的长度也很长，这样的“高桥”，不但总造价常超过一般概念中认为比较贵的水底隧道，而且这么长的引桥、引道在市区内通过，其干扰和影响也不是易于妥善解决的。1.概述1.概述桥、隧方案的比较2.与其它施工方法的比较在水底隧道的施工中，如有条件构筑围堰，则以采用明挖施工最为简单，没有条件构筑围堰时，较常用的是盾构法和沉管法。从本世纪的五十年代起，由于沉管法的主要技术难关相继突破，它的施工方便、防水可靠、造价使宜等优点，乃更明显突出。所以，在近年来的水底隧道建设中，沉管法已取代了曾经保持了一百多年首居地位的盾构法。（表11-1）1.概

4、述沉管结构特点：1．隧道的施工质量容易做好；2.建筑单价和工程总价均较低；3.隧位现场的施工期短；4.操作条件好；5.对地质条件的适应性强，能在流砂层中施工，不需特殊设备或措施；6.适用水深范围几乎是无限制的；7.断面形状选择的自由度较大，断面空间的利用率较高；8．水流较急时，沉没困难，须用作业台施工；9．施工时须与航道部门密切配合，采取措施（如暂时的航道迁移等）风保证航道畅通。1.概述沉管隧道的施工：沉管施工法，亦曾称为预制管段施工法、沉放施工法等。施工时，先在隧址以外的临时干坞内制作钢筋混凝士的隧道管段，两端用临时封墙封围起来。制

5、成后向临时干坞内灌水，使管段逐节浮出水面，并用拖轮拖运到指定位置上去。这时设计隧道处，已预先挖好一个水底沟槽。待管段定位就绪后，向管段里灌水压载，使之下沉。然后把这些沉设完毕的管段在水下联接起来。经覆土回填后，便筑成了隧道。1.概述沉管施工法沉管隧道的设计主要有：总体几何设计，结构设计，通风设计、照明设计，内装设计，结排水设计。供电设计，运行管理设施设计等。其中总体几何设计非常重要，常是决定隧道工程设计成败的一个关键。总是千方百计地降低覆盖率，把峒口建筑尽可能地移近水边，带来了通风方式的根本性变革，在隧管中不再设置风道。沉管结构的类型

6、：两种基本类型：钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。2.沉管结构的设计沉管隧道按截面形状有圆形和矩形两类。（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，2.沉管结构的设计荷载2.沉管结构的设计结构自重、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。荷载2.沉管结构的设计在上述荷载中，只有结

7、构自重及其相应的地基压力是恒载。钢筋混凝土的容重可分别按2．46t／m3（浮运阶段）及2．42t／m3（使用阶段）计算。至于路面下的压载混凝土的容重，则由于密实度稍差，一般可按2.25t／m3计算。荷载2.沉管结构的设计作用在管段结构上的水压力，是主要荷载之一。在覆土较小的区段中，水压力常是作用在管段上的最大荷载。设计时要按各种荷载组合情况分别计算正常的高、低潮水位的水压力，以及台风时或若千年一遇（如100年一遇）的特大洪水位的水压力。荷载2.沉管结构的设计土压力是作用在管段结构L的另一主要荷载，且常不是恒载。施工荷载主要是端封墙、定

8、位塔、压载等重量。在进行浮力设计时，应考虑施工荷载。在计算浮运阶段的纵向弯矩时，施工荷载将是主要荷载。如果施工荷载所引起的纵向负弯矩过大，则可凋整压载水罐（或水柜）的位置来抵销一部分弯矩。沉降摩擦力地基反力的分布规律（1