地下建筑结构(沉管)第五讲

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1、08建筑与土木工程（上海）工程硕士课程地下建筑结构（第五讲）TunnelingMechanicsandEngineering第五讲：沉管隧道设计理论与施工技术1沉管法简介2沉管隧道的特点3沉管隧道的类型4沉管隧道结构设计5沉管隧道管段制作6沉管隧道水底浚挖7沉管沉设及水下连接主要内容1沉管法简介什么是沉管法？修建水底隧道的方法之一（盾构法、矿山法、气压沉箱法、围堰明挖法）由若干个预制的管段（节）组成，管段依次浮运到施工水面现场，一个接一个地沉放在预先挖好的地槽（基槽）内,连接后成为水底隧道。其施工方法为“沉管法”1沉管法简介船台或临时干圬内制作隧道管段（60－140m）管段两端加临时封

2、堵墙封堵将管段拖运到设计隧址隧址处水底基槽浚挖和基础处理（同步）管段定位、压载、沉放管段水下连接覆土回填1沉管隧道简介沉管法隧道的发展状况沉管隧道开始于191O年，美国跨越底特律河的世界第一座双线铁路沉管隧道；荷兰1941年开始鹿特丹Maas隧道施工，标志欧洲开始使用沉管隧道；沉管隧道在经济、技术上的独特优点，并随着一些关键技术（防水技术、浮运沉放技术等）的逐步解决和日趋完善，沉管隧道受到很多国家重视，并已被广泛采用；世界上已建和在建的沉管隧道有100多座；沉管隧道的管段尺寸一般很大，所处的环境条件也较复杂。台湾高雄l座；香港已建5座（至1998年）；广州已建有珠江地铁沉管隧道（199

3、3年）：长120m，总宽33m；浙江宁波建有甬江公路沉管隧道（1995年）；上海外环沉管隧道1沉管隧道简介2沉管隧道的特点沉管法隧道的优点与桥梁相比：从航运角度看，沉管隧道优势明显，桥梁由于净空高度问题对航运的影响较大；其次从船舶航行和大桥安全角度看，在某一段距离内建多座桥梁不利于安全，如南京新旧大桥相距约5km，若在其中再建造一座大桥，船舶碰撞桥墩的几率将会大大增加；从气象条件看，大风及雾对船舶过桥影响较大，而水下隧道则不受气象条件的影响，可全天候运行。拆迁费用、造价2沉管隧道的特点沉管法隧道的优点与盾构法相比：沉管法对地层条件要求不高，它不怕松软的地层，基本上不受地质条件的限制，对

4、地基要求的允许承载力也低；沉管埋深很浅，一般管段的顶部离河床1m即可，而盾构法一般要求在10m左右；沉管断面空间利用率高，可采用4～8车道；沉埋法工序可平行作业，缩短工期，如基槽开挖、管段预制、浮运沉放等可平行作业；沉埋法采用先进Gina止水带，再加上整体预制可大大提高质量并加外防水，其防水性能在大大优于管片作村砌的盾构隧道。可做到滴水不漏。沉管的主要缺点有：（1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞；（2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大。另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价（3）管节浮运

5、、沉放作业需考虑水文、气象条件等的影响，有时需短期局部封航。另外，水体流速会影响管段沉放的准确度，超过一定的流速可能导致沉管无法施工。3沉管隧道的类型按断面形状：圆形矩形等按建筑材料：钢壳混凝土钢筋混凝土按管段的制作方式：船台型干圬型3沉管隧道的类型船台型1）造船厂船台上预制钢壳2）滑行下水，水上悬浮状态灌注混凝土3）横断面一般为圆形、八角形、花篮形优点：1）圆形，弯矩较小；水深大时，较经济2）管段底宽小，基础容易处理3）钢外壳既是外模，又是防水层，同时保护内侧混凝土4）工期短，特别是需要的管段较多时缺点：1）断面空间不能充分利用；车道数少2）隧道深度增加，基槽土方量增加3）耗钢量大，

6、造价高，焊接质量无法保证，没完没了的堵漏4）钢壳防锈问题、防水问题。3沉管隧道的类型干圬型1）临时干圬中制作钢筋混凝土管段，外涂防水涂料2）圬内灌水，管段上浮；拖运到隧址陈设3）断面多为矩形优点：1）不占船厂设备，不影响造船生产2）断面利用率高，车道数多，4－8车道3）隧道埋深减小，全长缩短，土方量小4）节约钢材缺点：1）混凝土工艺要求高（干舷、抗浮安全系数）2）普通混凝土难以防水，需考虑防水措施沉管隧道的设计设计内容主要有：总体几何设计；结构设计；通风设计；照明设计；内装设计；给排水设计；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。总体

7、几何设计的构思是否先进，对整个工程的经济性和合理性常带来根本性的影响。4沉管隧道结构设计沉管隧道的浮力设计干舷计算管段浮运时，露出水面的高度，称为干舷作用：产生反倾力矩保持管段稳定尺寸：矩形断面干舷10－15cm（不宜太小或太大）圆形40～50cm考虑到混凝土容重、模壳尺寸的误差以及水流比重的变化，计算干舷时，按最大混凝土容重、最大混凝土体积、最小水流比重计算个别情况用浮筒助浮干舷4沉管隧道结构设计沉管隧道的浮力设计抗浮安全系数计算管段沉设阶段