沉管法施工,全称为预制管段沉放法,是在水底建筑隧道的一种重要施工方法。以下是对沉管法施工的详细介绍:
一、定义与原理
沉管法施工是将若干个预制好的管段分别浮运到指定的水域(海面或河面),然后一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内,以此方法修建的水下隧道称为沉管隧道。这些管段通常在船台上或干坞中制作,用钢板和混凝土或钢筋混凝土制成,两端用临时封墙密封后滑移下水,使其浮在水中,再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放,并用水力压接法或特制的GINA橡胶止水带将相邻管段连接, 拆除封墙,使各节管段连通成为整体的隧道。
二、施工步骤
沉管法施工的主要步骤包括:
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管段制作:在干坞或大型驳船上预制钢筋混凝土管段或全钢管段,确保管段的质量和水密性。
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基槽开挖:根据隧道设计位置和地质条件,开挖水下基槽,为管段的沉放提供基础。
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管段浮运:将预制好的管段用拖船浮运到指定的水域,准备沉放。
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管段沉放与对接:利用水面船舶组成的吊挂系统,将管段按定线要求准确沉放于预先挖好并经过处理的水下沟槽内或河(海)床面上。管段之间、管段与岸上段之间的接头通过水压接原理形成初始密封,然后进行最终处理。
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覆盖与保护:在隧道顶部和外侧用块石或其他材料覆盖,以确保隧道的安全和稳定。
三、优点与适用范围
沉管法施工具有众多优点,包括:
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容易保证隧道施工质量:因管段为预制,混凝土施工质量高,易于做好防水措施;管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少。
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工程造价较低:由于大量工作不在现场进行,减少了现场施工的复杂性和成本。
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施工期短:预制管段等大量工作不在现场进行,大大缩短了现场施工工期。
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操作条件好、施工安全:除极少量水下作业外,基本上无地下作业,更不用气压作业,提高了施工安全性。
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适用水深范围较大:几乎不受水深限制,适用于各种水深条件。
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断面形状、大小可自由选择:大型的矩形断面的管段可容纳多车道,提高了隧道的通行能力。
沉管法施工主要适用于水道河床稳定和水流并不过急的情况。前者便于顺利开挖沟槽并减少土方量;后者便于管段浮运、定位和沉放。此外,沉管法还广泛适用于各种软弱地基条件。
四、挑战与问题
尽管沉管法施工具有众多优点,但在实际应用中也面临一些挑战和问题,如:
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接头防水问题:沉管接头的防水结构设计复杂,需要确保接头的密封性和耐久性。
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基础处理问题:沉管基础的处理方式多样,但对其最终密实性与整体质量的控制存在难度。
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回淤与环境评价:基槽开挖和水下作业可能对水环境产生影响,需要严格控制施工过程中的泥砂流失和回淤现象。
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耐久性与长期可靠性:隧道整体及管段的抗渗透与耐久性及长期可靠性需要合理评价和维护。
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