1、n沉管結構.n二十世紀二十世紀50年代解決了年代解決了兩項關鍵技術兩項關鍵技術水力壓水力壓接法接法和和地地基處理基處理，沉管法已經成為水底隧道最主，沉管法已經成為水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷蘭。要的施工方法，尤其在荷蘭。 n我國現有我國現有6條沉管法隧道：上海金山供水隧道，條沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外另外5條在寧波（寧波甬江水底隧道）、廣州條在寧波（寧波甬江水底隧道）、廣州（廣州珠江水底隧道）、香港（香港西區沉管隧（廣州珠江水底隧道）、香港（香港西區沉管隧道、香港東區沉管隧道）和臺灣。道、香港東區沉管隧道）和臺灣。 沉沉 管管 結結 構構 概概 述述過程過程n沉管法亦曾稱作沉管法

2、亦曾稱作預制管段沉放法預制管段沉放法；n先在隧址以外的先在隧址以外的預制預制場制作隧道場制作隧道管段管段，兩端用臨時，兩端用臨時封墻密封，制成以后用拖輪封墻密封，制成以后用拖輪拖運到隧址拖運到隧址指定位置上。指定位置上。n預先在設計位置處，預先在設計位置處，挖好水底溝槽挖好水底溝槽。待管段定位就。待管段定位就緒后，往管段中緒后，往管段中注水加載注水加載，使之下沉，然后將沉設，使之下沉，然后將沉設完畢的管段在完畢的管段在水下連接水下連接起來，覆土回填，完成隧道，起來，覆土回填，完成隧道，此之謂此之謂“沉管隧道沉管隧道”。 沉沉 管管 結結 構構 概概 述述n沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設計、施工

3、及所沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設計、施工及所用材料有所不同。用材料有所不同。n（1）圓形沉管隧道：這類沉管內邊均為圓形、外）圓形沉管隧道：這類沉管內邊均為圓形、外邊則為圓形、八角形或花籃形，多半用鋼殼作為邊則為圓形、八角形或花籃形，多半用鋼殼作為防水層；防水層；n （2）矩形沉管隧道：在每個斷面內可以同時容）矩形沉管隧道：在每個斷面內可以同時容納納28個車道，矩形斷面的空間利用率較高，個車道，矩形斷面的空間利用率較高， 沉沉 管管 結結 構構 概概 述述圓形沉管、矩形沉管圓形沉管、矩形沉管 沉沉 管管 結結 構構 概概 述述9.2 9.2 沉管結構設計沉管結構設計n沉管式水底隧道的設計：沉管

4、式水底隧道的設計：n包括幾何設計、通風設計、照明設計、包括幾何設計、通風設計、照明設計、結構設計、內裝設計、給排水設計、供結構設計、內裝設計、給排水設計、供電設計、運營安全等設計。電設計、運營安全等設計。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計9.2.19.2.1沉管結構所受的荷載沉管結構所受的荷載n結構自重、結構自重、水壓力水壓力、土壓力、浮力、施工、土壓力、浮力、施工荷載、波浪和水流壓力、荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力沉降摩擦力、車、車輛活荷載、沉船荷載，輛活荷載、沉船荷載，地基反力地基反力、溫度應溫度應力力、不均勻沉降所產生的附加應力、地震、不均勻沉降所產生的附加應力、地震等作用。等作用。

5、n作用在沉管上的作用在沉管上的水壓力水壓力是主要荷載是主要荷載 。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計沉降摩擦力沉降摩擦力 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計地基反力的分布規律地基反力的分布規律 n（1）直線分布直線分布；n（2）反力強度和各點沉降量成正比，即）反力強度和各點沉降量成正比，即文克爾假定，又可以分為單一系數和多文克爾假定，又可以分為單一系數和多種地基系數的兩種；種地基系數的兩種；n（3）假定地基為半無限彈性體，按彈性）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計算反力。理論計算反力。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計9.2.29.2.2浮力設計浮力設計n1）干舷）干舷n管段在浮運時，為

6、了保管段在浮運時，為了保持穩定，必須使管頂面持穩定，必須使管頂面露出水面，露出水面，其露出高度其露出高度稱為干舷。稱為干舷。具有一定干具有一定干舷的管段，與風浪后產舷的管段，與風浪后產生反向力矩，保持平衡生反向力矩，保持平衡。n干舷的高度應適中，過干舷的高度應適中，過小則穩定性差，過大時小則穩定性差，過大時沉設困難。沉設困難。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計n浮力設計浮力設計時，按照時，按照最大混凝土重度、最最大混凝土重度、最大混凝土體積大混凝土體積和和最小河水的比重最小河水的比重來計算來計算干舷。干舷。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計2 2）抗浮安全系數）抗浮安全系數n在管段沉設施工

7、階段，應采用在管段沉設施工階段，應采用1.051.1的抗浮安全系數。的抗浮安全系數。 n管段沉設完畢后，務必大于管段沉設完畢后，務必大于1.05，防止，防止“復浮復浮”。n設計時需要按照設計時需要按照最小混凝土容重、最小混最小混凝土容重、最小混凝土體積和最大河水的比重來計算抗浮安凝土體積和最大河水的比重來計算抗浮安全系數。全系數。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計3 3）沉管結構的外廓尺寸）沉管結構的外廓尺寸n沉管結構的外廓尺寸，沉管結構的外廓尺寸，必須通過浮力設必須通過浮力設計才能確定計才能確定 ;n沉管結構的外廓高度，往往超過車道凈沉管結構的外廓高度，往往超過車道凈空高度與頂底板厚度之和

8、。空高度與頂底板厚度之和。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計9.2.39.2.3結構分析與配筋結構分析與配筋n1）.斷面結構分析斷面結構分析n其結構內力分析須經過其結構內力分析須經過“假定截面尺寸假定截面尺寸分析內分析內力力修正尺度修正尺度復算內力復算內力”的幾次的幾次循環。循環。n避免采用剪力鋼筋避免采用剪力鋼筋 ,常采用變截面或折拱形結構常采用變截面或折拱形結構 。n不能只以一個斷面的結構分析來代表整節管段，不能只以一個斷面的結構分析來代表整節管段，以及河中段全長的橫斷面配筋計算，所以目前一以及河中段全長的橫斷面配筋計算，所以目前一般采用般采用電算分析電算分析。 沉沉 管管 結結 構構

9、設設 計計沉管折拱形結構沉管折拱形結構 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計2 2）縱向結構分析）縱向結構分析n施工階段施工階段的沉管縱向受力分析，主要是計算的沉管縱向受力分析，主要是計算浮運、沉設時，施工荷載、波浪力所引起的浮運、沉設時，施工荷載、波浪力所引起的內力。內力。n使用階段使用階段的沉管縱向受力分析，一般按照的沉管縱向受力分析，一般按照彈彈性地基梁理論性地基梁理論進行計算。進行計算。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計3 3） 配配 筋筋n沉管結構的混凝土強度等級，宜采用沉管結構的混凝土強度等級，宜采用C30-C40。n由于沉管結構對貫通裂縫非常敏感，非貫通由于沉管結構對貫通裂縫非常

10、敏感，非貫通裂縫宜控制在裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用以下，因此采用鋼筋等級不宜過高，鋼筋等級不宜過高，不宜采用不宜采用III級級及及III級級以上的鋼筋。以上的鋼筋。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計4 4）預應力的應用）預應力的應用n一般情況下，沉管隧道采用普通混凝土結一般情況下，沉管隧道采用普通混凝土結構而不用預應力混凝土結構。因沉管的構而不用預應力混凝土結構。因沉管的結結構厚度并非強度決定構厚度并非強度決定，而是由抗浮安全系，而是由抗浮安全系數決定。數決定。n當隧道跨度較大，達三車道以上，或者水、當隧道跨度較大，達三車道以上，或者水、土壓力又較大時，采用預應力土壓力又

11、較大時，采用預應力 。 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計n(a)Almendares (b)Lafontainen1-預應力索；預應力索；2臨時拉索；臨時拉索；3防水層防水層 沉沉 管管 結結 構構 設設 計計9.3 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施n9.3.1變形縫的布置與變形縫的布置與構造構造n沉管結構一般都是二次沉管結構一般都是二次澆筑澆筑 ，常易發生收縮裂，常易發生收縮裂縫縫 。不均勻沉降等影響。不均勻沉降等影響也易致管段開裂也易致管段開裂 。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施變形縫變形縫 n每節管段分割成若干每節管段分割成若干節段，一般為節段，一般為1520

12、m左右左右 。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施變形縫須滿足變形縫須滿足 n1.1.能適應一定幅度的線變形與角變形。能適應一定幅度的線變形與角變形。n2.2.在浮運、沉設時能傳遞縱向彎矩。在浮運、沉設時能傳遞縱向彎矩。n外排縱向鋼筋全部切斷。而內排縱向鋼筋則暫時不予切斷，待沉設外排縱向鋼筋全部切斷。而內排縱向鋼筋則暫時不予切斷，待沉設完畢后再將跨越變形縫之內排縱向鋼筋，全部切斷。完畢后再將跨越變形縫之內排縱向鋼筋，全部切斷。 n3.3.在任何情況下能傳遞剪力在任何情況下能傳遞剪力 n4.4.變形前后均能防水變形前后均能防水 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施 臺階形變形縫

13、臺階形變形縫n1沉管外側；沉管外側；2沉管內側；沉管內側；3卷材防水層；卷材防水層；4鋼邊橡膠止水帶；鋼邊橡膠止水帶；n5瀝青防水；瀝青防水；6瀝青填料；瀝青填料；7鋼筋混凝土保護層鋼筋混凝土保護層 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施9.3.29.3.2止水縫帶止水縫帶n普遍的是普遍的是橡膠止水帶橡膠止水帶和和鋼邊橡膠止水帶鋼邊橡膠止水帶。n1)橡膠止水帶橡膠止水帶n橡膠止水帶可用橡膠止水帶可用天然橡膠天然橡膠（含膠率）（含膠率）70）制成。亦可用）制成。亦可用合成橡膠合成橡膠（如氯（如氯丁橡膠等）制成。丁橡膠等）制成。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施橡膠止水帶的壽命橡

14、膠止水帶的壽命 n潮濕、無日照及溫度較低潮濕、無日照及溫度較低 等環境理想。等環境理想。n地下工程中的橡膠止水帶的耐用壽命應在地下工程中的橡膠止水帶的耐用壽命應在六十年以上。六十年以上。n經老化加速實驗亦可斷定其安全年限超過經老化加速實驗亦可斷定其安全年限超過100年年。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施形式：形式： n由由本體部本體部與與錨著部錨著部兩部分組成兩部分組成;n變形縫的張開度、本體部的寬度。這兩個因素變形縫的張開度、本體部的寬度。這兩個因素共同決定著止水帶所受拉力。共同決定著止水帶所受拉力。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施2)2)鋼邊橡膠止水帶鋼邊橡膠止

15、水帶n鋼邊橡膠止水帶，系于橡膠止水帶兩側錨著鋼邊橡膠止水帶，系于橡膠止水帶兩側錨著部中加鑲一段薄鋼板，其厚度僅部中加鑲一段薄鋼板，其厚度僅0.7mm左左右，初于荷蘭的凡爾遜（右，初于荷蘭的凡爾遜（Velsen,1957）。）。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施9.3.39.3.3管段外壁的防水措施管段外壁的防水措施n沉管沉管外防水外防水和沉管和沉管自防水自防水兩類兩類;n外防水包括了外防水包括了鋼殼，鋼板防水，卷材防鋼殼，鋼板防水，卷材防水，涂料防水水，涂料防水等不同方法；等不同方法；n自防水主要是采用防水混凝土。自防水主要是采用防水混凝土。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防

16、水措施9.3.49.3.4鋼殼與鋼板防水鋼殼與鋼板防水n在沉管的三面（底和二側）甚至四面在沉管的三面（底和二側）甚至四面（包括頂面）用（包括頂面）用鋼板包覆鋼板包覆的防水的防水 ;n耗鋼量大、焊縫防水可靠性不高、鋼材耗鋼量大、焊縫防水可靠性不高、鋼材防銹問題仍未切實解決防銹問題仍未切實解決;n 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施9.3.59.3.5卷材防水卷材防水n用膠料粘結多層瀝青類卷材或合成橡膠類用膠料粘結多層瀝青類卷材或合成橡膠類卷材而成的卷材而成的粘貼式（亦稱外貼式粘貼式（亦稱外貼式）防水層。）防水層。n均用澆油攤鋪法粘貼均用澆油攤鋪法粘貼 ;n卷材粘貼完畢后，須在外邊加設保

17、護層。卷材粘貼完畢后，須在外邊加設保護層。n施工工藝較繁；施工工藝較繁； 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施9.3.69.3.6涂料防水涂料防水n抗拉伸能力較差。抗拉伸能力較差。n自生長涂料。自生長涂料。 接縫管段處理與防水措施接縫管段處理與防水措施9.49.4管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接n1)分吊法分吊法n24艘起重船或浮艘起重船或浮箱箱 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接浮筒吊沉法浮筒吊沉法 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接浮箱吊沉法浮箱吊沉法 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接2 2）扛吊法）扛吊法n最主要的大型工具就是四艘小型方駁四艘小型方駁； 管段沉設與水下

18、連接管段沉設與水下連接3 3）騎吊法）騎吊法 SEP SEP 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接4 4）拉沉法）拉沉法1拉合千斤頂；2拉沉卷揚機；3拉沉索；4壓載水 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接9.4.29.4.2水下連接水下連接n早期采用灌筑水下混凝土施工法早期采用灌筑水下混凝土施工法 ；n二十世紀五十年代末，加拿大的臺司隧道采二十世紀五十年代末，加拿大的臺司隧道采用用水力壓接法水力壓接法。n用水力壓接法進行水下連接的主要工序是：用水力壓接法進行水下連接的主要工序是：n對位對位拉合拉合壓接壓接拆除端封墻拆除端封墻 管段沉設與水下連接管段沉設與水下連接 管段沉設與水下連接管段沉設與水

19、下連接9.5 9.5 管段接頭管段接頭n管段接頭的構造，主要有剛性接頭和柔性管段接頭的構造，主要有剛性接頭和柔性接頭兩種。接頭兩種。n9.5.1剛性接頭剛性接頭n剛性接頭系于水下連接（不論采用何法）完畢后，于相剛性接頭系于水下連接（不論采用何法）完畢后，于相鄰兩節管段端面之間，沿隧道外壁（二側與頂、底板）鄰兩節管段端面之間，沿隧道外壁（二側與頂、底板）以一圈鋼筋混凝土連接起來，形成一個以一圈鋼筋混凝土連接起來，形成一個永久性接頭永久性接頭。n剛度較大，但沉降不勻易開裂滲漏。剛度較大，但沉降不勻易開裂滲漏。 管管 段段 接接 頭頭“先柔后剛先柔后剛” 管管 段段 接接 頭頭9.5.29.5.2柔

20、性接頭柔性接頭n主要是利用水力壓接時所用的主要是利用水力壓接時所用的膠墊膠墊，吸收，吸收變溫伸縮與地基不均勻沉降所致角變，以變溫伸縮與地基不均勻沉降所致角變，以消除或減小管段所受變溫或沉降應力。消除或減小管段所受變溫或沉降應力。 管管 段段 接接 頭頭9.6 9.6 沉管基礎沉管基礎n在水底沉管隧道中，因作用在溝槽底在水底沉管隧道中，因作用在溝槽底面的荷載，不因設置沉管而有所增加面的荷載，不因設置沉管而有所增加，相反，卻有所減小。，相反，卻有所減小。 沉沉 管管 基基 礎礎9.6.29.6.2基礎處理基礎處理墊平墊平n沉管隧道的基礎處理方法，大體上分為沉管隧道的基礎處理方法，大體上分為先鋪法和

21、后填法先鋪法和后填法兩大類；兩大類；n先鋪法有先鋪法有刮砂法，刮石法刮砂法，刮石法等；等；n后填法有后填法有灌囊法，壓漿法，壓砂法灌囊法，壓漿法，壓砂法等。等。 沉沉 管管 基基 礎礎1)先鋪法先鋪法n先鋪法實際上是利用先鋪法實際上是利用刮鋪機刮鋪機將鋪墊材料將鋪墊材料（砂或石）設置成平整的墊層。（砂或石）設置成平整的墊層。 n1方環形浮箱；方環形浮箱；2砂石喂料管；砂石喂料管；3刮板；刮板；4砂石墊層（砂石墊層（0.6-0.9m）；）； n5-錨塊；錨塊；6溝槽底面；溝槽底面；7鋼軌；鋼軌；8移形鋼梁移形鋼梁 沉沉 管管 基基 礎礎2 2）后填法）后填法n在后填法中，安設水底在后填法中，安設

22、水底臨時支座，臨時支座，臨時支座大多數為道渣堆上設置臨時支座大多數為道渣堆上設置鋼鋼筋混凝土支承板筋混凝土支承板，也可以采用短樁，也可以采用短樁簡易墩。簡易墩。 沉沉 管管 基基 礎礎n灌砂法灌砂法n噴砂法噴砂法n灌囊法灌囊法n壓漿法壓漿法n壓砂法壓砂法 沉沉 管管 基基 礎礎（1 1）灌砂法（）灌砂法（2 2）噴砂法）噴砂法n1預制支承板；預制支承板；2噴砂臺架；噴砂臺架；n3噴砂管；噴砂管；4噴入砂墊層噴入砂墊層 沉沉 管管 基基 礎礎（3 3）灌囊法）灌囊法n灌囊法灌囊法系于砂、石墊系于砂、石墊層面上用砂漿囊袋將層面上用砂漿囊袋將剩余空隙切實墊密。剩余空隙切實墊密。n 空囊下沉空囊下沉，水面灌，水面灌注混合砂漿。注混合砂漿。n防止頂管，需嚴密觀防止頂管，需嚴密觀測。測。 沉沉 管管 基基 礎礎（4 4）壓