lecture9沉管结构

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1、地下工程设计原理第09章沉管结构主讲教师：胡敏云什么是沉管法和沉管结构沉管结构设计接缝管段处理与防水措施管段沉设与水下连接管段接头沉管基础主要内容沉管结构沉管法是一种水底隧道的施工方法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”。两项关键技术——水力压接法和基础处理，的解决为沉管法的应用提供了支撑。沉管结构施工步骤发展概况世界上第一条沉管铁路隧道建于19

2、10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。我国沉管法隧道：上海金山供水隧道，宁波甬江水底隧道、广州珠江水底隧道、香港西区、东区沉管隧道等。广州第三条过江沉管隧道跨海逾35公里，成为世界最长的跨海大桥。大桥将建6公里多长的海底隧道，施工难度世界第一；港珠澳大桥建成后，使用寿命长达120年，可以抗击八级地震。港珠澳大桥沉管结构的类型沉管隧道有圆形和矩形两类，其设计、施

3、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，不需要钢壳。什么是沉管法和沉管结构沉管结构设计接缝管段处理与防水措施管段沉设与水下连接管段接头沉管基础主要内容二、沉管结构设计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设计-----沉管式水底隧道的设计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

4、应力、地震等作用。水压力是作用在沉管上的主要荷载土压力包括垂直向和水平向的土压力施工荷载是压载、端封墙、定位塔等施工设施的重量。在计算浮运阶段的纵向弯矩时，这些荷载是主要荷载；波浪力和水流压力对结构设计影响很小，对沉设工艺和设备设计需要考虑；沉降摩擦力指的是在管侧产生向下的摩擦力；车辆活荷载往往可以忽略；沉船荷载的作用尚不明确；地基反力可以采用线性分布、弹性地基和弹性理论等不同的假定进行计算；温度应力有内外壁温差引起，随季节变化。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

5、高度应适中，过小则稳定性差，过大时沉设困难。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。-----包括干舷，抗浮，外廓尺寸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”。在覆土使用阶段，抗浮安全系数应采用1.2~1.5，且计算时可以考虑两侧填土的负摩擦力。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。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。2）沉管结构的外廓尺寸3.结构分析与配筋1）断面结

6、构分析沉管结构的断面结构型式大多采用多孔箱型刚构；结构内力分析过程：假定截面尺寸——分析内力——修正尺度——复算内力。一般采用电算；为了避免采用剪力钢筋,常采用变截面或折拱形结构。应进行多断面内力分析确定整节管段的配筋方案，不采用河中段全长的横断面配筋计算。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

7、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)古巴Almendares隧道(b)加拿大Lafontaine隧道1-预应力索；2－临时拉索；3－防水层什么是沉管法和沉管结构沉管结构设计接缝管段处理与防水措施管段沉设与水下连接管段接头沉管基础主要内容三、接缝管段处理与防水措施1.变形缝的布置与构造缝的产生管身混凝土二次浇筑