1、9 沉管結構,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Michigan州和加拿大Ontario省之間的Detroit河；沉管法是十九世紀五十年代起普遍應用,如今共有100多座沉管隧道 。,,二十世紀50年代解決了兩項關鍵技術——水力壓接法和基礎處理，沉管法已經成為水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷蘭。 我國現(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）和臺灣。,過程,沉管法亦曾稱作預制管段沉放法；先在隧址以外的預制場制作隧道管段，兩端用臨時封墻密封，制成以后用拖輪拖運到隧址指定位置上。預先在設計位置處，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，然后將沉設完畢的管段在水下連接起來，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

3、計、施工及所用材料有所不同。（1）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，多半用鋼殼作為防水層； （2）矩形沉管隧道：在每個斷面內可以同時容納2－8個車道，矩形斷面的空間利用率較高，,圓形沉管、矩形沉管,9.2 沉管結構設計,沉管式水底隧道的設計：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、供電設計、運營安全等設計。,9.2.1沉管結構所受的荷載,結構自重、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、車輛活荷載、沉船荷載，地基反力、溫度應力、不均勻沉降所產生的附加應力、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種地基系數的兩種；（3）假定地基為半無限彈性體，按彈性理論計算反力。,9.2.2浮力設計,1）干舷管段在浮運時，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，與風浪后產生反向力矩，保持平衡。干舷的高度應適中，過小則穩(wěn)定性差，過大時沉設困難。,,浮力設計時，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計算干舷。,2）抗浮安全系數,在管段沉設施工階段，應采用1.05～1.1的抗浮安全系數。 管段沉設完畢后，務必大于1.05，防止“復浮”。設計時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計算抗浮安全系數。,3）沉管結構的外廓尺寸,沉管結構的外廓

6、尺寸，必須通過浮力設計才能確定 ;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。,9.2.3結構分析與配筋,1）.斷面結構分析其結構內力分析須經過“假定截面尺寸——分析內力——修正尺度——復算內力”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構 。不能只以一個斷面的結構分析來代表整節(jié)管段，以及河中段全長的橫斷面配筋計算，所以目前一般采用電算分析。,沉管折拱形結構,2）縱向結構分析,施工階段的沉管縱向受力分析

7、，主要是計算浮運、沉設時，施工荷載、波浪力所引起的內力。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行計算。,3） 配 筋,沉管結構的混凝土強度等級，宜采用C30-C40。由于沉管結構對貫通裂縫非常敏感，非貫通裂縫宜控制在0.15-0.2mm以下，因此采用鋼筋等級不宜過高，不宜采用III級和III級以上的鋼筋。,4）預應力的應用,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。因沉管的結構厚度并非強度決定，而是

8、由抗浮安全系數決定。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 。,,(a)Almendares (b)Lafontaine1-預應力索；2－臨時拉索；3－防水層,9.3 接縫管段處理與防水措施,9.3.1變形縫的布置與構造沉管結構一般都是二次澆筑 ，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.能適應一定幅度的線變形與角變形。2.在浮運、沉設時能傳遞縱向彎矩。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。 3.在任何情況下能傳遞剪力 變形前后均能防水，,臺階形變形縫回幻片13,1－沉管外側；2－沉管內側；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。