地下空間11-沉管

1、9 沉管結(jié)構(gòu),9.1 概述水底隧道的施工方法：圍堤明挖法、礦山法、氣壓沉箱法、盾構(gòu)法以及沉管法。 世界上第一條沉管鐵路隧道建于1910年，穿越美國(guó)Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀(jì)五十年代起普遍應(yīng)用,如今共有100多座沉管隧道 。,,二十世紀(jì)50年代解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——水力壓接法和基礎(chǔ)處理，沉管法已經(jīng)成為水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷蘭。 我國(guó)現(xiàn)有6條沉管法隧道：上海金山供

2、水隧道，另外5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(qū)沉管隧道、香港東區(qū)沉管隧道）和臺(tái)灣。,過(guò)程,沉管法亦曾稱作預(yù)制管段沉放法；先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)制作隧道管段，兩端用臨時(shí)封墻密封，制成以后用拖輪拖運(yùn)到隧址指定位置上。預(yù)先在設(shè)計(jì)位置處，挖好水底溝槽。待管段定位就緒后，往管段中注水加載，使之下沉，然后將沉設(shè)完畢的管段在水下連接起來(lái)，覆土回填，完成隧道，此之謂“沉管隧道”。,,沉管隧道有圓形和矩形兩類，其設(shè)

3、計(jì)、施工及所用材料有所不同。（1）圓形沉管隧道：這類沉管內(nèi)邊均為圓形、外邊則為圓形、八角形或花籃形，多半用鋼殼作為防水層； （2）矩形沉管隧道：在每個(gè)斷面內(nèi)可以同時(shí)容納2－8個(gè)車(chē)道，矩形斷面的空間利用率較高，,圓形沉管、矩形沉管,9.2 沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),沉管式水底隧道的設(shè)計(jì)：包括幾何設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)裝設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)安全等設(shè)計(jì)。,9.2.1沉管結(jié)構(gòu)所受的荷載,結(jié)構(gòu)自重、水壓力、土壓力、浮力、施工

4、荷載、波浪和水流壓力、沉降摩擦力、車(chē)輛活荷載、沉船荷載，地基反力、溫度應(yīng)力、不均勻沉降所產(chǎn)生的附加應(yīng)力、地震等作用。作用在沉管上的水壓力是主要荷載 。,沉降摩擦力,地基反力的分布規(guī)律,（1）直線分布；（2）反力強(qiáng)度和各點(diǎn)沉降量成正比，即文克爾假定，又可以分為單一系數(shù)和多種地基系數(shù)的兩種；（3）假定地基為半無(wú)限彈性體，按彈性理論計(jì)算反力。,9.2.2浮力設(shè)計(jì),1）干舷管段在浮運(yùn)時(shí)，為了保持穩(wěn)定，必須使管頂面露出水面，其露出高度稱為

5、干舷。具有一定干舷的管段，與風(fēng)浪后產(chǎn)生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應(yīng)適中，過(guò)小則穩(wěn)定性差，過(guò)大時(shí)沉設(shè)困難。,,浮力設(shè)計(jì)時(shí)，按照最大混凝土容重、最大混凝土體積和最小河水的比重來(lái)計(jì)算干舷。,2）抗浮安全系數(shù),在管段沉設(shè)施工階段，應(yīng)采用1.05～1.1的抗浮安全系數(shù)。 管段沉設(shè)完畢后，務(wù)必大于1.05，防止“復(fù)浮”。設(shè)計(jì)時(shí)需要按照最小混凝土容重、最小混凝土體積和最大河水的比重來(lái)計(jì)算抗浮安全系數(shù)。,3）沉管結(jié)構(gòu)的外廓尺寸,沉管結(jié)構(gòu)的外廓

6、尺寸，必須通過(guò)浮力設(shè)計(jì)才能確定 ;沉管結(jié)構(gòu)的外廓高度，往往超過(guò)車(chē)道凈空高度與頂?shù)装搴穸戎汀?9.2.3結(jié)構(gòu)分析與配筋,1）.斷面結(jié)構(gòu)分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析須經(jīng)過(guò)“假定截面尺寸——分析內(nèi)力——修正尺度——復(fù)算內(nèi)力”的幾次循環(huán)。避免采用剪力鋼筋 ,常采用變截面或折拱形結(jié)構(gòu) 。不能只以一個(gè)斷面的結(jié)構(gòu)分析來(lái)代表整節(jié)管段，以及河中段全長(zhǎng)的橫斷面配筋計(jì)算，所以目前一般采用電算分析。,沉管折拱形結(jié)構(gòu),2）縱向結(jié)構(gòu)分析,施工階段的沉管縱向受力分析

7、，主要是計(jì)算浮運(yùn)、沉設(shè)時(shí)，施工荷載、波浪力所引起的內(nèi)力。使用階段的沉管縱向受力分析，一般按照彈性地基梁理論進(jìn)行計(jì)算。,3） 配 筋,沉管結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，宜采用C30-C40。由于沉管結(jié)構(gòu)對(duì)貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用鋼筋等級(jí)不宜過(guò)高，不宜采用III級(jí)和III級(jí)以上的鋼筋。,4）預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用,一般情況下，沉管隧道采用普通混凝土結(jié)構(gòu)而不用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。因沉管的結(jié)構(gòu)厚度并非強(qiáng)度決定，而是

8、由抗浮安全系數(shù)決定。當(dāng)隧道跨度較大，達(dá)三車(chē)道以上，或者水、土壓力又較大時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力 。,,(a)Almendares (b)Lafontaine1-預(yù)應(yīng)力索；2－臨時(shí)拉索；3－防水層,9.3 接縫管段處理與防水措施,9.3.1變形縫的布置與構(gòu)造沉管結(jié)構(gòu)一般都是二次澆筑 ，常易發(fā)生收縮裂縫 。不均勻沉降等影響也易致管段開(kāi)裂 。,變形縫,每節(jié)管段分割成若干節(jié)段，一般為15～20m左右 。,變形縫

9、須滿足,1.能適應(yīng)一定幅度的線變形與角變形。2.在浮運(yùn)、沉設(shè)時(shí)能傳遞縱向彎矩。外排縱向鋼筋全部切斷。而內(nèi)排縱向鋼筋則暫時(shí)不予切斷，待沉設(shè)完畢后再將跨越變形縫之內(nèi)排縱向鋼筋，全部切斷。 3.在任何情況下能傳遞剪力 變形前后均能防水，,臺(tái)階形變形縫回幻片13,1－沉管外側(cè)；2－沉管內(nèi)側(cè)；3－卷材防水層；4－鋼邊橡膠止水帶；5－瀝青防水；6－瀝青填料；7－鋼筋混凝土保護(hù)層,9.3.2止水縫帶,普遍的是橡膠止水帶和鋼邊橡膠止水帶。