地下建筑结构--第11章

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1、深圳大学地下建筑结构第11章沉管结构11沉管结构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

2、（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。优点1.贴河床，隧道短2.水密性好3.对地基适应性强4.接头少，防水好缺点1.干坞，场地需求大2.开挖基槽，清淤3.需考虑水文，气象项目盾构法沉管法隧道埋深应保持一定的覆土厚度最小宜为0.6~1D可紧贴河床甚至高出河床隧道长度相对较长相对较短断面形状基本为圆形，一般容纳两车道断面形状多为矩形，可容纳4、6或更多车道防水性能纵、环向接头数量多、防水性能相对较差接头数量少，防水性能好对航运影响无影响有影响水文、气象条件不受限制要考虑水文、气象条件影响地质条件影响与地质条件密切

3、相关较弱地层均可适应施工期间对地面的影响可能产生地面变形施工期岸边隧道开挖有影响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

4、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、矩形沉管沉管结构有两种基本类型:钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。优点：缺点：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

5、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浮力设计在沉管结构设计中，有一个与其它地下建筑迥然不同的特点，就是必须处理好浮力与重量间的关系，这就是所谓的浮力设计。浮力设计的内容包括干舷的选定和抗浮安全系数的验算，其目的是最终确定沉管结构的高度和外廓尺寸。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

6、。干舷的高度应适中，过小则稳定性差，过大时沉没困难。一般矩形断面的管段，干舷多为10～15cm，而圆形、八角形或花篮形断面的管段（图11－7)，则因顶宽较小，故干舷高度多采用40－50cm。干舷高度不宜过小，否则稳定性差。但也不宜过大在制作管段时，混凝土的重度和模板尺寸，总不免有一定幅度的变动和误差，同时，在涨潮、落潮以及各不同施工阶段中，河水比重也会有一定幅度的变动。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

7、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根据沉管隧道使用阶段的通风要求及行车限界等确定隧孔的内净宽度，以及车行道净空高度。而沉管结构的全高以及其它外廓尺寸的确定必须满足沉管的抗浮设计要求，因此这些尺寸都必须经过浮力计算和结构分析的多次试算与复算，才能予以确定。11.2.4沉管结构计算与配筋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

8、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-C4