沉管法隧道施工基本原理及施工工艺40页PPT

浚挖土方量与沉管隧道引道结构工程量增加。
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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
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)
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
第二节 干坞修筑与管段预制
一． 干坞修筑
3. 干坞构造
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
广州生物岛——大学城. 沉管隧道预制管段干坞
第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
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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、

7．基槽回填 一旦管段的沉放和连接作业完毕，需在沉放管段的外围进行
砂土回填。
5．管段水下连接 管段水下连接方法有水下混凝土法与水力压接法两种。 水下混凝土法是在管段接头处用水下混凝土加以固结使接头
与外部水隔绝，现已极少采用。 水下压接法是利用作用在管段上的巨大水压力使安装在管段
端部周边上的橡胶垫圈发生压缩变形，而形成一个水密性良好而 又可靠的管段接头。几乎所有的沉管隧道都采用这种简单而又可 靠的管段连接方法。水力压接法的主要工序为对位、拉合、压接、 拆除隔墙。当管段沉放到临时支承上后，首先进行初步定位，而 后用临时支承上的垂直和水平千斤顶进行精确定位。对位之后， 在已设管段和新铺设管段之间还留有间隙。拉合工序就是用一个 较小的机械力量，将刚沉放的管段拉向前节已设管段，使橡胶垫 圈的尖肋部被挤压而产初步变形，使两节管段初步密贴。拉和作 业除了可采用拉和千斤顶以外，也可采用定位卷扬机进行。拉和 作业完成之后，抽掉在管段临时隔墙内的水，作用在新设管段自 由端的巨大静水压力就将管段压向已设管段，橡胶垫圈再一次被 压缩，接头完全封住。压接完毕后即可拆除隔墙。
土木工程施工
第十一章 地下工程
11.5 沉管法隧道施工
一、 概述 沉管法亦称沉埋法或沉放法，该法施工时，先在隧址以外
的预制场(船厂与干坞)制作沉放管段，管段两端用临时封墙密 封，待混凝土达到设计强度后拖运到隧址位置（此时设计位置 上已预先进行了基槽开挖，设置了临时支座），然后沉放管段。 待沉放完毕后，进行管段水下连接，处理管段接头及基础，然 后覆土回填，再进行内部装修及设备安装，以完成隧道。
挖浚基槽最常用的挖泥船有：①吸扬式挖泥船，②抓扬式
挖泥船；⑧链斗式挖泥船；④铲扬式挖泥船。吸扬式挖泥船靠 铰刀和泥耙把基槽的土体搅拌成泥浆，然后再由泥浆泵排泥管 卸泥于水下或输送到陆地上。另外三种方法则靠铲斗、抓斗、 链头把泥块挖起，装入驳船运走。

❖二、沉设作业
❖〔一〕沉设准备
❖完成沟槽清淤
❖水上管制
❖〔二〕管段的沉设方法有许多种，归纳起
来有：
起重船
吊沉法 浮箱（或浮筒） 沉设方法 扛沉法－S船EP组（（水或上浮作箱业台组））
拉沉法
自升式海上作业平台
〔三〕管段下沉：管段下沉的全过程，一般需 要2～4小时，沉设周期多为每月一段
变形缝的构造应满足三个主要要求：能适应一 定幅度的线变形和角变形；施工阶段能传递 弯矩，使用阶段能传递剪力；变形前后均能 防水。
2〕变形缝
4.4 水底浚挖
❖ 用改装后的挖泥船，沉管基槽断面
4.5 管段沉设与水下联接
❖一、沉设方法
管段浮运：已完成的管段自干坞向预定沉放位 置的运输 坞内浮起－出坞－系泊等待－托运至隧址
• 初步下沉
• 灌注压载水〔至下沉力的50％〕－位置校正－灌注 压载水〔下沉力值的100％〕－距管底高程4～5m停 顿。
• 速度控制在20～50cm/min
• 靠拢下沉 到达隧道轴线位置时，先将管段向已设管 段平移，至既设管段2～2.5m处，然后再将管段下沉 到管底设计高程0.5～1.0m处,校正好管段位置
〔1〕 纵向施工缝
纵向施工缝由于混凝土底板和上部管段的不同时 浇注产生，主要由于水泥的水化热作用而引 起的。防止措施应从防止混凝土的开裂出发。
2〕变形缝
在垂直于隧道轴线方向设置，把每一管段分割 成假设干节段，每一段节段的长度一般在 15～20m。用于较长的混凝土管段〔节〕单 元连接和抵抗差异沉降和由温差所造成的变 形。接缝应设在混凝土构造的中断处。
《沉管隧道施工》PPT课件
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沉管法在海底隧道施工中的管段制作 沉管法在海底隧道施工中的施工工艺
演讲人：优品PPT
课程引入- 港珠澳大桥
问题思考
一、沉管隧道的施工流程？
二、沉管中的管段是如何以及在哪里加工的？
二、沉管中的管段是如何制作的？
目录
CONTENTS
01 沉管隧道施工工艺 02 管段的预制
01 沉管隧道施工工艺
沉管隧道施工原理
• 在干坞中预制隧道管段，用临时隔墙封闭 • 然后拖运管段至隧址位置，沉放到沟槽中，连接起来 • 最后充填基础和回填砂石，将管段埋入原河床中。
沉管隧道施工工艺流程
01
修建临时干坞
03
管段浮运
05
管段沉放
07
回填覆盖
02
预制管段
04
基槽浚挖
06
基础处理
08
安装与装修
02
管段的预制
管段的分类-圆形管段
圆形
八角型
花篮型
管段的分类-矩形管段
六车道
八车道
管段的预制的要求
• 施工缝与变形缝的控制
施工缝：沿着管段纵向方向，一般设置在竖墙下端30~50cm处 变形缝：设置在隧道轴线方向，长度一般为15~20cm
• 管段防水控制
外防水：• 刚性管防段水与防柔性水防水控制
内防水：材料防水 变形缝防水
管段建造车间 坞底 出厂管段
边坡
坞首
运料车道
管段的预制场所-干坞
当管段浮运时：
浅水位 深水位
坞首 围堰
坞首拆除， 坞底水位 上升， 管段浮起。
小结
沉管法原理
沉管法施工步骤
水底隧道施工方法
沉管法
管段的分类 管段制作的要求 干坞构造

干船坞方式
工费工期的比较
钢壳方式
调查之二
建立框架计划
概略计算 通风方式的决定和必要面积的计算，管段的大小
最终决定事项 纵断坡度 规划高度 设计规格
概略设计
施工法工费的比较 浮力和自重应力工费等的比较 承载力计算 纵向计算
通风道面积 服务道路宽度 概略决定事项 管段外形（宽 长 高 直曲线） 壁厚和浮力的关系 埋深（一般段 护岸段） 防水的种类和保护层重量的决定 管段的划分方法
深。所以，隧道长度要长些。
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第二节 沉管隧道调查规划
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沉管隧道与盾构隧道埋深的比较
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第二节 沉管隧道调查规划
奋 守
二、前期问题和调查工作
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沉 管 隧 道 的 规 划 时 ， 应 先 大 概 研 究 平 面 、 纵 剖 面 、 断 面 形 状 、 沉 管 区 段 长 度 、 管 段 长 度 、 通 风 塔 位 置 、 引猾道 、
翘
来都并不那么多的缘故。因此，在修建沉管隧道时要参考桥梁技术规范，但
污
要根据沉管隧道的特点来进行设计。
坚
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特点是：结构重量和浮力的平衡；具有水密性构造；施工用的临时隔壁及水中

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
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)
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
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
广州生物岛——大学城沉管隧道预制管段干坞
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
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

管段沉放
浮运与定位
将制作完成的管段运至施工现场 ，并使用定位系统将其放置在预
定的位置。
沉放准备
对管段进行必要的加固和保护措施 ，确保在沉放过程中不发生损坏或 变形。
沉放监控
对管段的沉பைடு நூலகம்过程进行实时监控， 确保其位置和姿态符合设计要求。
管段基础处理
01
02
03
基础勘查
对管段基础进行实地勘查 ，了解土壤性质、承载力 和稳定性等条件。
建设的主要施工方法之一。
未来，随着科技的不断进步和应用，沉 管法施工将朝着自动化、智能化、绿色 化方向发展，进一步提高施工效率和安
全性。
02
沉管法施工的原理与特点
原理介绍
沉管法施工是一种水下施工方法，通 过预制管道段，在预制场地进行管道 段的拼接，然后将其沉入水底，完成 水下管道的铺设。
沉管法施工的关键在于管道段的拼接 和下沉控制，需要精确的测量和计算 ，以确保管道的准确下沉和固定。
06 结论
沉管法施工的重要性和应用前景
沉管法施工是一种重要的水下工程作业技术，广泛应用于港口、码头、航道、水利水电工程等领域。 由于其具有施工速度快、成本低、质量可靠等优点，因此受到广泛欢迎。随着国家基础设施建设的不 断推进，沉管法施工的应用前景将更加广阔。
沉管法施工技术的不断发展和创新，将为水下工程建设提供更加高效、安全、环保的解决方案。未来 ，沉管法施工技术的应用范围将进一步扩大，涉及的领域也将更加广泛，为国家的经济和社会发展做 出更大的贡献。
沉管法施工的原理基于浮力原理，通 过在管道内部充水，使管道下沉至设 计深度，然后进行水下基础处理，将 管道固定在河床上。
特点分析
适用范围广
沉管法施工适用于各种 水文、地质条件下的水 下管道铺设，特别是在 深水、急流、浅滩等复 杂环境下更具优势。

压接法 60年代荷兰鹿特丹地下铁道沉管隧道， 采用吉那(Gina) 型胶垫止水带
尖肋：初步止水
主体：承受水压力
底翼缘：
方便安装
底肋：防
止管段端面 漏水
吉那(Gina) 型胶垫止水带
2、水力压接法施工
水力压接系利用作用在管段后端(亦 称自由端)端面上的巨大水压力，使安装 在管段前端(即靠近已设管段或风节的一 端)端面周边上的一圈橡胶垫环(以下简 称胶垫)发生压缩变形，并构成一个水密 性良好，且相当可靠的管端间接头，
第二节 沉管法施工沉管法的施工工艺（大）
→基础处理
二、概述 1、定义： 沉管法：曾称预制管段沉放法，先在隧址以外(如临时 干坞，造船厂的船台设备等)，制作隧道管段(每节长 60～140m，多数为100m左右，最长达268m)，两端用 临时封墙密封，运到隧址指定位置上，定位就绪后， 向管段内灌水下沉，然后将沉毕的管段在水下连接， 覆土回填，进行内部装修及设备安装以完成隧道．用 这种沉管法建成的隧道，即称沉管隧道。
10 初次下沉：下沉到管底离设计高程4～5m为止 。
20 靠拢下沉：将管段向前平移至已设管段2m左 右处，再将管段下沉到管底离设计高程0.5～lm左 右。
30 着地下沉：先将前端搁在“鼻式”托座上或 套上卡式定位托座，然后将后端轻轻地搁置到临 时支座上。
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(四)、水下连接 1、水力压接法的发展 50年代末期加拿大 台司隧道创造水力
香港和台湾已建成四条沉管隧道，中国1993年第一 条广州珠江隧道→宁波甬江隧道→上海外环线吴潞口 越江工程；京沪高速铁路在南京越过长江；祟明至南 通的越江方案
宁波甬江隧道
日本大阪南港海底隧道
3、沉管隧道的分类 断面形状：圆形、矩形 材料：钢结构、钢筋混凝土结构

堤外截、排水沟。
⑤ 车道
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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
东1.京坞底港；沉2.边管坡(隧坞墙p道p)t；精一选3.版运次输预车道制；管4.坞段首干围堰坞
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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
广州生物岛——大学pp城t精选沉版管隧道预制管段干坞
③ 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；
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。
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第七章 沉管法施工
第二节 干坞修筑与管段预制
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1.沉管 2.压载水箱 3.起重船 4.吊点
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
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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

一、钢筋混凝土沉管的结构设计
2、结构分析与配筋 （1）横断面结构分析
为避免采用剪力钢筋，改善结构受力性能，减少裂缝出现，在水底 隧道沉管结构中，常采用变截面或折拱形结构。
图9-4沉沉管折管拱折型拱结型构结构
一、钢筋混凝土沉管的结构设计
（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，一般按弹性地基梁理 论进行计算。
一、钢筋混凝土沉管的结构设计
（3）配筋
因抗剪的需要，沉管应采用较高标号的混凝土，一般 采用28天强度为30～45Mpa的混凝土。
沉管结构不容许出现任何通透性（即管壁内、外穿透 的）裂缝；非通透性裂缝开展宽度应控制在0.15～ 0.2mm以下，因此，不宜采用Ⅲ级及Ⅲ级以上的钢筋。
设计时，混凝土与钢筋的容许应力可参照《铁路隧道 设计规范》。
二、浮力设计
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遇风浪发生 倾侧后，会自动产生一个反倾力矩，使管段恢复平衡。
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则多为40～50cm。干舷高度 不宜过小，否则稳定性差；但也不宜过大，干舷越大， 所需压载水箱（或水罐）的容量就越大，不经济。我国 广州珠江隧道沉管干舷为14.22cm，而宁波甬江隧道则 采用10.14cm。
三、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ管隧道的分类
2、矩形沉管 荷兰的玛斯隧道（Mass，1942年建成）首创矩形沉管以 来，目前世界各国（除美国外）大都采用矩形沉管。
矩图形9-折2 拱矩形形折结拱构形结构
(a）六车道六矩车形道矩沉形管沉管 (b)八八车车道道矩矩形形沉管沉管