沉管法施工工艺

第七章沉管法施工主要流程：管段预制(基槽开挖)→管段浮运与沉放→水下连接→基础处理→覆土回填→设备安装与内装修第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程一．沉管法施工流程1.沉管法实质：在隧址附近修建的临时干坞内(或船厂船台)预制管段，用临时隔墙封闭，然后浮运到隧址规定位置，此时已于隧址处预先挖好水底基槽。待管段定位后灌水压载下沉到设计位置，将此管段与相邻管段水下连接，经基础处理并最后回填覆土即成为水底隧道。第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程在已修筑好的干坞内预制管段第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程第七章沉管法施工2.沉管法隧道主要施工流程图第一节沉管法施工技术流程一．沉管法施工流程3.沉管法隧道组成一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。沉埋段两端通常设置竖井作为起讫点，竖井起到通风、供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件，也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程一．沉管法施工流程4.管段结构外形①圆形管段(船台型管段)内轮廓为圆形，外轮廓有圆形、八角形和花篮形。②矩形管段【最常用】一般在临时船坞制作，可容纳4~8车道。第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程一．沉管法施工流程4.管段结构外形第七章沉管法施工第一节沉管法施工技术流程二．沉管法优缺点1.优点①对地质水文条件适应能力强(施工较简单、地基荷载较小)②可浅埋，与两岸道路衔接容易(无需长引道，线形较好)③防水性能好(接头少漏水几率降低，水力压接滴水不漏)④施工工期短(管段预制与基槽开挖平行，浮运沉放较快)⑤造价低(水下挖土与管段制作成本较低，短于盾构隧道)⑥施工条件好(水下作业极少)⑦可做成大断面多车道结构(盾构隧道一般为两车道)2.缺点①管段制作砼工艺要求严格，需保证干舷与抗浮系数；②车道较多时，需增加沉管隧道高度。导致压载混凝土量、浚挖土方量与沉管隧道引道结构工程量增加。第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制干坞——为预制管段而专门修筑的临时性工作土坑。干坞修筑1.干坞位置选择①邻近隧址，具备浮运条件，交通便利。②有浮存系泊多节管段的水域；③场地土具备一定的承载力，便于干坞围挡与防渗工程；④征地拆迁费用较低，具有重复开发利用价值。2.干坞规模①一次预制管段干坞(仅放水一次，不需闸门，坞首为土或钢板桩围堰。规模较大占地较多，适于工程量小土地价格较低、坞址地质较差的工程)；②分批预制管段干坞(规模小、占地少、造价低、重复使用率高。闸门式坞门造价高、等待时间长不利先沉管段稳定、基槽回淤很难处理、重复灌排致边坡稳定性与坞底透水性差、临时工程费用增加)第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制干坞——为预制管段而专门修筑的临时性工作土坑。干坞修筑3.干坞构造干坞由坞墙、坞底、坞首、坞门、排水系统与车道组成①坞墙：坡率1:2的自然土坡，可用喷射砼防渗墙或钢板桩②坞底：承载力应大于100kPa。浮起时富余深度1.0m。坞底处理方法：A.干砂层+厚25~30cm(钢筋)混凝土+沙砾或碎石层B.厚1.0~2.5cm黄沙层+厚20~30cm沙砾或碎石层C.松软的粘土或淤泥层可换填1.0m碎石或结合桩基础加固③坞首及坞门：一次预制只设坞首，分批预制应设双排钢板桩坞首与坞门(闸门或浮动钢筋砼沉箱)。④排水系统：井点降水；坞底明沟、盲沟与集水井泵排；堤外截、排水沟。⑤车道第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制一．干坞修筑3.干坞构造第七章沉管法施工1.坞底；2.边坡(坞墙)；3.运输车道；4.坞首围堰东京港沉管隧道一次预制管段干坞第二节干坞修筑与管段预制一．干坞修筑3.干坞构造第七章沉管法施工广州生物岛——大学城沉管隧道预制管段干坞第二节干坞修筑与管段预制一．干坞修筑4.干坞施工一般用“干法”土方开挖。具体：施作干坞周围防渗墙→由端部向坞口开挖(部分回填、大部分弃渣)→坞底与坞外设排水沟、截水沟与集水井→塑料膜铺坡面并压沙袋→坞底处理(铺填砂与碎石)→坞内车道修筑5.坞内主要设备①混凝土搅拌站：应能连续浇筑15~20m长的节段；②起重设备：轨行门式或塔式起重机(能力5.0~7.5t);③运输设备：卡车、翻斗车、轨道车、混凝土输送车、混凝土输送泵及管道等；④管段拖运设备：电动卷扬机与绞车；⑤其他：钢筋加工、抽水、电焊机、空气压缩机、钢模板、拼装式脚手架、千斤顶、混凝土振捣与养护设备第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制二．管段预制1.管段浇筑①需保证管段混凝土的均质性与水密性。②保证均质性的意义：若管段混凝土容重变化幅度超过1％以上，管段常会浮不起来。若管段各部分板厚局部偏差较大，或管段各部分混凝土密度不均匀将导致侧倾。③保证措施：采用刚度大、精度高、可微动调位的大型滑动内、外模板台车；实行严格的密实度管理制度。④密实度要求:(ρ－ρm)/ρm≤0.6%⑤保证水密性的措施：A.结构自身防水(采用防水混凝土；防止管段裂缝)B.结构物外侧防水(钢壳、钢板防水；卷材、保护层防水；涂料防水)C.施工接缝防水(横向施工变形缝设置1~2道止水带)第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制二．管段预制1.管段浇筑⑥横向变形缝构造要求A.能适应一定幅度的线变形和角变形；B.施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力；C.变形前后均能防水。⑦保证变形缝抵抗波浪与施工荷载引起的纵向弯矩的措施A.切断变形缝处所有内、外侧纵向(水平)钢筋，另设临时预应力筋承受浮运时的纵向弯矩。B.只将所有外排纵向钢筋切断，内排纵向钢筋保留，管段沉放后切断，使之成为完全的变形缝。C.穿过变形缝的纵向钢筋截面积仅为管段内纵向钢筋的2/3~3/4，且在变形缝前后各15d范围内用套管与混凝土隔离。管段沉放后不予切断，留作“安全阀”。第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制二．管段预制第七章沉管法施工管段施工缝与变形缝第二节干坞修筑与管段预制2.封端墙①管段浇筑拆模后，需在管段两端离端面50～100cm处设置钢结构或钢筋混凝土结构密封墙。②封端墙实现水力压接的设施A.鼻式托座(左右对称布置)B.人孔钢门(密封防水)C.给气阀(设于上部)D.拉合结构(左右对称布置)3.压载设施①压载材料：水以及矿渣、石渣②水箱压载：对称布置于管段四角。可采用全焊接钢结构或拆装式。水箱容量取决于管段下舷值与下沉力的大小第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制三．管段检漏与干舷调整1.管段预制后须作一次检漏。一般在干坞灌水之前，先往压载水箱里注水压载，然后再往干坞坞室内灌水(也有的在干坞灌水后进一步抽吸管段内的空气，使管段气压降到0.6atm)。灌水24~48h后，工作人员进入管段内对管段所有内壁(包括顶板和底板)进行水底检漏，若无问题即可排水浮升管段；若有渗漏则在干坞室排干后修补。2.经检验合格后浮起的管段，还要在干坞中检查四边干舷是否合乎规定，是否有侧倾现象。如有上述现象，可用调整压载的办法来纠正。在一次制作多节管段的大型干坞中，经检漏与调整好干舷的管段应再次注水压载沉置坞底，待使用时再逐一浮升，拖运出坞。第七章沉管法施工第二节干坞修筑与管段预制第七章沉管法施工广州生物岛——大学城沉管隧道管段预制第二节干坞修筑与管段预制第七章沉管法施工广州生物岛——大学城沉管隧道管段预制第二节干坞修筑与管段预制第七章沉管法施工宁波甬江沉管隧道管段预制第二节干坞修筑与管段预制第七章沉管法施工干坞注水与管段检漏调整第二节干坞修筑与管段预制第七章沉管法施工管段内部检漏第三节基槽开挖与航道疏浚一．基槽开挖1.开挖要求①基槽底宽一般比管段底宽大4～10m(即每边宽2～5m)；②基槽深度=管顶覆土厚度+管段高度+基础处理超挖深度③基槽边坡坡度参见表7-1。2.开挖方法①开挖工作两阶段：粗挖与精挖②粗挖：一般挖到离管底标高约1m处。③精挖：精挖长度只需超前2～3节管段长度，应在临近管段沉放前再挖。挖到基槽底部标高后，应将槽底浮土与淤渣清掉。④一般可用吸泥船疏浚，自航泥驳运泥。⑤土层坚硬、水深超过20～25m时，可用抓斗挖泥船配小型吸泥船清槽与水下爆破，炮孔一般超深0.5m。⑥粗挖也可用链斗式挖泥船，硬质土层可采用单斗挖泥船第七章沉管法施工第三节基槽开挖与航道疏浚一．基槽开挖第七章沉管法施工第三节基槽开挖与航道疏浚二．航道疏浚1.航道疏浚包括临时航道和管段浮运航道的疏浚。2.临时航道疏浚必须在基槽开挖以前完成，以保证施工期间河道上正常的安全运输。3.浮运航道是专门为管段从干坞到隧址浮运时设置的，管段出坞拖运之前，浮运航道应疏浚好。4.浮运路线的中线应沿着河道的深槽，以减少疏浚航道的挖泥工作量。浮运航道要有足够水深。5.根据河床地质情况应考虑一定的富余水深(0.5m左右)，并使管段在低水位(平潮)时也能安全拖运。第七章沉管法施工第四节管段浮运与沉放一．管段浮运1.管段出坞①管段浮升后用地锚钢绳固定，再由干坞坞顶的绞车逐节牵引出坞。②出坞后在坞口系泊。③分批预制管段时，也可在临时拖运航道边选一个具备条件的水域临时抛锚系泊。2.管段向隧址浮运①可采用拖轮拖运或岸上绞车拖运。②拖轮大小与数量应根据管段几何尺寸、拖航速度及航运条件(航道形状、水流速度等)，通过计算分析后选定。③拖轮拖运形式A.四轮拖运(两艘拖轮排前领拖、后两艘反拖并制动转向；一艘领拖，旁侧两艘帮拖，后一艘制动转向)B.三轮拖运(两艘主拖一艘反拖并制动转向；一艘主拖，两艘靠帮导向)第七章沉管法施工第四节管段浮运与沉放一．管段浮运第七章沉管法施工1.绞车；2.地锚；3.沉埋锚；4.工作驳；5.出去牵引缆宁波甬江沉管隧道管段拖运出坞第四节管段浮运与沉放一．管段浮运第七章沉管法施工管段拖运拖轮布置形式第四节管段浮运与沉放一．管段浮运2.管段向隧址浮运④绞车拖运(水面较窄时)A.宁波甬江沉管隧道绞车拖运管段与浮箱骑吊组合体第七章沉管法施工1-绞车;2-干坞;3-管段与浮箱骑吊组合体;4-工作方驳;5-主航道线;6副航道南线绞车拖运管段与浮箱组合体(宁波甬江沉管隧道)第四节管段浮运与沉放一．管段浮运2.管段向隧址浮运④绞车拖运(水面较窄时)B.广州珠江沉管隧道绞车拖运与拖轮顶推管段第七章沉管法施工第四节管段浮运与沉放二．管段沉放1.沉放方法(吊沉法与拉沉法)吊沉法使用最多，分为起重船吊沉法，浮箱吊沉法，自升式平台吊沉法和船组杠沉法。①起重船吊沉法(浮吊法)第七章沉管法施工1.沉管2.压载水箱3.起重船4.吊点起重船吊沉法浮吊法一般用2～4艘起重能力为1000～2000kN的起重船提着管段顶板预先埋设的吊点，同时逐渐压载，使管段慢慢沉放到规定的位置上。第四节管段浮运与沉放二．管段沉放1.沉放方法②浮箱吊沉法第七章沉管法施工1-沉放管段;2-压载水箱;3-浮箱;4-定位塔;5-指挥室;6-吊索;7-定位索;8-既设管段;9-鼻式托座a)就位前;b)加载下沉;c)沉放定位浮箱吊沉法管段顶板上方用4只浮力1000～1500kN的方型浮箱直接吊起，吊索起吊力作用于各浮箱中心，前后每组两只浮箱用钢桁架连接，并用4根锚索定位。起吊卷扬机与浮箱定位卷扬机均安放在浮箱顶部，管段本身则另用6根锚索定位，其定位卷扬机则安设在定位塔顶部。第四节管段浮运与沉放二．管段沉放1.沉放方法③自升式平台(SEP)吊沉法第七章沉管法施工1-沉管段;2-SEP自升式平台自升式平台一般由4根柱脚与平台(船体)组成。移位时靠船体浮移。就位后柱脚靠液压千斤顶下压至河床以下。平台沿柱脚升出水面，利用平台上的起吊设备吊沉管段。施工完平台落到水面，利用平台船体的浮力拔出柱脚，浮运转移。第四节管段浮运与沉放二．管段沉放1.沉放方法④船组(四驳)杠吊法第七章沉管法施工每组船体由两只铁驳或两组浮箱构成，将每组钢梁(杠棒)两头担在两只船体上构成一个船组，再将先后两个船组用钢桁架梁连接成整体船组(前后两个船组也可不用钢桁架梁连接)。船组与管段各用6根锚索定位(均为四边锚与前后锚)，所有定位卷扬机均安设在船体上，起吊卷扬机安设在“杠棒”上，吊索的吊力通过“杠棒”传到船体上。1-沉管