沉管法施工工艺课件.ppt

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1、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,沉管法施工流程沉管法实质：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,沉管法施工流程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,沉管法施工流程管段结构外形圆形管段(船台型管段)内轮廓为圆形，外轮廓有圆形、八角形和花篮形。矩形管段【最常用】一般在临时船坞制作，可容纳48车道。,第七章 沉管法施工,第一节 沉管法施工技术流程,沉管法施工流程管段结构外形,第七章 沉管法施工,第一节 沉管法施工技术流程,沉管法优缺点优

3、点对地质水文条件适应能力强(施工较简单、地基荷载较小)可浅埋，与两岸道路衔接容易(无需长引道，线形较好)防水性能好(接头少漏水几率降低，水力压接滴水不漏)施工工期短(管段预制与基槽开挖平行，浮运沉放较快)造价低(水下挖土与管段制作成本较低，短于盾构隧道)施工条件好(水下作业极少)可做成大断面多车道结构(盾构隧道一般为两车道)缺点管段制作砼工艺要求严格，需保证干舷与抗浮系数；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。干坞修筑干坞位置选择邻近隧址，具备浮运条件

4、，交通便利。有浮存系泊多节管段的水域；场地土具备一定的承载力，便于干坞围挡与防渗工程；征地拆迁费用较低，具有重复开发利用价值。干坞规模一次预制管段干坞(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)；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。干坞修筑干坞构造干坞由坞墙、坞底、坞首、坞门、排水系统与车道组成坞墙：坡

5、率1:2的自然土坡，可用喷射砼防渗墙或钢板桩坞底：承载力应大于100kPa。浮起时富余深度1.0m。坞底处理方法：干砂层+厚2530cm(钢筋)混凝土+沙砾或碎石层厚1.02.5cm黄沙层+厚2030cm沙砾或碎石层松软的粘土或淤泥层可换填1.0m碎石或结合桩基础加固坞首及坞门：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)。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。车道,第七章 沉管法施工,第二节 干坞修筑与管段预制,干坞修筑干坞构造,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

6、二节 干坞修筑与管段预制,干坞修筑干坞构造,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,干坞修筑干坞施工一般用“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) 坞内车道修筑坞内主要设备混凝土搅拌站：应能连续浇筑1520m长的节段；起重设备：轨行门式或塔式起重机(能力5.07.5t);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；管段拖运设备：电动卷扬机与绞车；其他：钢筋加工、抽水、电焊机、空气压缩机、钢模板、拼装式脚手

7、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,管段预制管段浇筑需保证管段混凝土的均质性与水密性。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。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。密实度要求: (m)/ m 0.6%保证水密性的措施：结构自身防水(采用防水混凝土；防止管段裂缝)结构物外侧防水(钢壳、钢板防水；卷材、保护层防水；涂料防水)施工接缝防水(横向施工变形缝设置12道止水带),第七章 沉管法施工,第二节

8、干坞修筑与管段预制,管段预制管段浇筑横向变形缝构造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。保证变形缝抵抗波浪与施工荷载引起的纵向弯矩的措施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。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。穿过变形缝的纵向钢筋截面积仅为管段内纵向钢筋的2/33/4，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,管段预制,第七章 沉管法施工,管段施工缝与变形缝,第

9、二节 干坞修筑与管段预制,封端墙管段浇筑拆模后，需在管段两端离端面50100cm处设置钢结构或钢筋混凝土结构密封墙。封端墙实现水力压接的设施鼻式托座(左右对称布置)人孔钢门(密封防水)给气阀(设于上部)拉合结构(左右对称布置)压载设施压载材料：水以及矿渣、石渣水箱压载：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,管段检漏与干舷调整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2448

10、h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。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

11、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,基槽开挖开挖要求基槽底宽一般比管段底宽大410m(即每边宽25m)；基槽深度=管顶覆土厚度+管段高度+基础处理超挖深度基槽边坡坡度参见表7-1。开挖方法开挖工作两阶段：粗挖与精挖粗挖：一般挖到离管底标高约1m处。精挖：精挖长度只需超前23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。一般可用吸泥船疏浚，自航泥驳运泥。土层坚硬、水深超过2025m时，可用抓斗挖泥船配小型吸泥船清槽与水下爆破

12、，炮孔一般超深0.5m 。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,基槽开挖,第七章 沉管法施工,第三节 基槽开挖与航道疏浚,航道疏浚航道疏浚包括临时航道和管段浮运航道的疏浚。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。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。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。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

13、与沉放,管段浮运管段出坞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。出坞后在坞口系泊。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。管段向隧址浮运可采用拖轮拖运或岸上绞车拖运。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。拖轮拖运形式四轮拖运(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)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,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.

14、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,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,管段浮运管段向隧址浮运绞车拖运(水面较窄时)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,管段浮运管段向隧址浮运绞车拖运(水面较窄时)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,管段沉放沉放方法(吊沉法与拉沉法)吊沉法使用最多，分为起重船吊沉法

15、，浮箱吊沉法，自升式平台吊沉法和船组杠沉法。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24艘起重能力为10002000kN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,管段沉放沉放方法浮箱吊沉法,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10001500kN的方型浮箱直接吊起，吊索起吊力作用于各浮箱中心，

16、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,管段沉放沉放方法自升式平台(SEP)吊沉法,第七章 沉管法施工,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,管段沉放沉放方法船组(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

17、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;2-铁驳;3-船组定位索;4-沉管定位索;5-杠棒;6-连接梁;7-定位塔,第四节 管段浮运与沉放,管段沉放沉放作业沉放前准备包括航道管理、基槽清淤、水上交通管制管段就位将管段浮运到距规定沉放位置的纵向约1020m处，并挂好地锚，校正好方向，管段中线与隧道中线误差不应大于10cm。管段纵坡调整到设计坡度。管段下沉三部曲：初步下沉、靠拢下沉与着地下沉管

18、段下沉全过程一般需要24h，故应在潮位退到低潮平潮之前12h开始下沉，其时水流速度宜小于0.15m/s。如流速超过0.5m/s，就要另外采取措施。如加设水下锚碇，使管段安全就位。,第七章 沉管法施工,第四节 管段浮运与沉放,管段沉放管段下沉三部曲：初步下沉、靠拢下沉与着地下沉初步下沉压载至下沉力达50规定值后校正位置，之后再继续压载至下沉力达100规定值，然后按不大于30cm/min的速度下沉，直到管段底部离设计高程45m为止。靠拢下沉将管段向前节既设管段方向平移至距前节管段22.5m处，再将管段下沉到管段底部离设计高程0.51.0m左右，再次校正管段位置。着地下沉先将管段底降至距设计高程10

19、20cm处，再将管段继续前移至距既设管段2050cm处，校正位置后即开始着地下沉。下沉速度缓慢，随时校正管段位置。,第七章 沉管法施工,第四节 管段浮运与沉放,管段沉放,第七章 沉管法施工,管段下沉作业步骤,第五节 管段水下连接,水下混凝土连接法应用范围早期均使用该法，目前只用于最终接头连接。施工方法先在接头两侧管段端部安设平堰板(与管段同时制作)，管段沉放后在前后两块平堰板的左右两侧，于水中安放圆弧形堰板，围成圆形钢围堰。同时在隧道衬砌的外边用钢檐板把隧道内外隔开，最后往围堰内灌筑水下混凝土，形成管段连接。水力压接法作用原理利用作用在管段上的巨大水压力使安装在管段前端面周边上的一圈胶垫发生压

20、缩变形，形成一个水密性相当可靠的管段接头。沉放对位后拉紧相邻管段，接头胶垫第一次压缩初步止水；抽出封端墙之间的水使之为空气压力，作用于后封端墙的巨大压力二次压缩胶垫紧密连接,第七章 沉管法施工,第五节 管段水下连接,第七章 沉管法施工,水力压接法作用原理,1-鼻式托座;2-接头胶垫;3-拉合千斤顶4-排水阀;5-水压力,第五节 管段水下连接,水力压接法接头胶垫GINA尖肋型橡胶垫(安装于管段接头竖直面上)；“”或“W”型橡胶板 (用扣板与螺栓连接)安装于管段接头水平方向。施工顺序对位：着地下沉后，管段对位连接精度应满足要求。鼻式托座与卡式托座可确保定位精度；拉合：用带有锤形拉钩的千斤顶将管段拉

21、紧，压缩尖肋型橡胶垫初步止水。压接：打开既设管段后封端墙下部的排水阀，排出前后两节沉管封端墙之间被胶垫所封闭的水。后封端墙水压力高达数十兆牛到数百兆牛，从而使管段紧密连接。拆除封端墙：拆除封端墙，安装“”或“W”型橡胶板，是管段向岸边延伸。交通管制与施工组织(略),第七章 沉管法施工,第六节 基础处理,主要是垫平基槽底部，有刮铺、喷砂、压注与桩基法。 刮铺法在管段沉放前采用专用刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料(粗砂或碎石或砂砾石)作为管段基础。采用刮铺法开挖基槽底应超挖6080cm，在槽底两侧打数排短桩安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。,第七章 沉管法施工,第六节 基础处理,主要是垫平基

22、槽底部，有刮铺、喷砂、压注与桩基法。 喷砂法从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底下的喷管向管段底喷注、填满空隙。砂垫层厚度1m左右。可沿着轨道纵向移动的台架外侧挂三根L形钢管，中间为喷管两侧为吸管。,第七章 沉管法施工,第六节 基础处理,压注法在管段沉放后向管段底面压注水泥砂浆或砂作为管段基础。根据压注材料不同分成压浆法和压砂法两种。压浆法：开控基槽时应超挖1m左右，然后摊铺一层厚4060cm的碎石。两侧抛堆沙石封闭槛后，通过隧道内预留压浆孔注入由水泥、膨润土、黄砂和缓凝剂配成的混合砂浆。压砂法：与压浆法相似，但注浆材料为砂水混合物。,第七章 沉管法施工,第六节 基础处理,桩基法当沉管地

23、基特别软弱时，采用桩基础支撑后的承载力与沉降都能满足要求，抗震能力也较强。桩顶不平处理措施：水下混凝土传力法、砂浆囊袋传力法、活动桩顶法。,第七章 沉管法施工,水下混凝土传力法,活动桩顶法,第六节 基础处理,桩基法,第七章 沉管法施工,砂浆囊袋传力法,基槽底面先铺一层砂、石垫层，然后于管段沉放前在其底面事先系扣上空囊袋一并下沉。先铺垫层与管段底面之间应留出1520mm的空间。待管段沉放完毕后，从工程船舶上向囊袋内灌注水泥砂浆或由粘土、水泥和黄砂配成的混合砂浆，直至管段底面以下的空隙被全部充填满为止。,第六节 基础处理,覆土回填,第七章 沉管法施工,回填工作是沉管隧道施工的最终工序，包括沉管侧面与管顶压石回填。沉管外侧下半段一般采用砂砾、碎石、矿渣等材料回填，上半段则可用普通土砂回填。注意事项全面回填工作必须在相邻的管段沉放完后方能进行。采用压注法进行基础处理时，先对管段两侧回填，但要防止过多的岩渣存落管段顶部。管段上、下游两侧(管段左右侧)应对称回填。在管段顶部和基槽的施工范围内应均匀地回填，不能在某些位置投入过量而造成航道障碍，也不得在某些地段投入不足而形成漏洞。,