【沉管隧道的设计准则】 -一埃姆斯河下高速公路隧道施工经验总结一 译者 王锡根 滕兆民 校者 秦伯士 杨 永 译自 Heinz Duddeck,Dieter Rabe et al,Design Critcria for Immersed Tube Tunnells: Experionce from the Antobahn Tuunel under the River EMS Tunnelling and Underyround S pace Technology,1989,4(1),83~90(英文)
【沉管隧道的设计准则】
-一埃姆斯河下高速公路隧道施工经验总结一
译者 王锡根 滕兆民 校者 秦伯士 杨 永
译自 Heinz Duddeck,Dieter Rabe et al,Design Critcria for Immersed Tube Tunnells: Experionce from the Antobahn Tuunel under the River EMS Tunnelling and Underyround S pace Technology,1989,4(1),83~90(英文)
提要:本文阐述了在联邦德国北部莱尔城附近埃姆斯河下的一座1453m长9车道的公络隧道施工中有关沉管隧道的设计准则。从1986年11月至1987年6月沉埋了五节管段。因为有大量的细微变化控制工程局面,管段的浮运、沉放和基础施工都要求精心设汁和现场监测,以确保结构的安全和质量。
工地概况和隧道总体设计
从联邦德国北部连接荷兰的新建公路要跨越流经遍布沼泽和沟渠平原地带的埃姆斯河。沿埃姆斯河必须保留供大型船只驶往河上游的港口和船坞自由通过的航道。
12楼
实际重量只能通过量测浮运管段浮船出水高度来确定。由于镇重水舱缺乏足够的装水容量,就在安装码头处向管段镇重水舱内灌注了一些混凝土。在未来的工程项目中,象这种将混凝土注入浮运管段内作业应尽量避免,计并重量与实际重量之差在3000kN之内。
管段在上浮、拖运以及沉埋的所有位置上时静力计算也需要同样的准确性。127.5m长的箱梁形管段的弯矩由大量小的变化来确定。重量分布的很小偏差,镇重水舱成浮船等位置上小的变比可导致管段在浮运中弯矩的较大变化。沉埋之后,一层仅几厘米厚的淤泥可能危及临时支承结构。表3中给出了在沉管设计中必须重视的一些情况。
表3 设计沉管隧道工程中需要考虑的情况的关键要素
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13楼
浮运管段的箱梁状穹知在以下情况中特别大:
①当管段单元泊于安装码头,并向管段内加辅助镇重时(是大M=-70MNm)。会导致顶板产生纵向张拉;
②在管段沉放开始时处于倾斜位置时(M=-80MNm)
③当注入使其下沉的镇重水,且管段单元尚在悬吊状态时,在这种情况下,管段底板受到纵向张拉(沉放完毕时M=60MNm)。
管段单元在完成沉埋过程时临时支承结构(见图3)承受的荷载为管段重且的1%(没有考虑在沉放这类大型物体中施加在临时支承结构上的动力效应),沉埋之后,还要加2%的额外重量以抗衡浮力。由于管段尚没有连续稳定的安放在基面上,所以还不允许加上更多的额外重量。计算出在角架上(图3)的压力为1.6MN;而在临时基础上的各个撑柱上的压力则为2.0MN,而且当下一节管段与右侧角架对接时会变得更大。
对临时支承情况进行了静力分析。计算包括压力从中墙角架转移至管段两外恻墙及顶板和底板上的三维研究。这一分析得出了隧道横断面的框架状挠曲以及内接缝的支托架上的力。
除了沉埋过程以外,另一个关键的施工步骤是封闭最后一节管段与埃姆斯河东岸处明挖隧道最末段间的缝隙。当末端堵头墙处的水压去掉之际,最后一节管段将可能向这个缝隙移动使这个缝隙缩小,可能使这最后一节管段另一端头的橡胶密封条张开。为了避免这一情况,潜水员在相邻端面中墙间嵌入两个混凝土楔子。
考虑到有不同程度的相对沉陷,加了一层一方面具有很强的抗剪切变形能力,而且在楔子和管段混凝土间具有光滑面的厚氯橡胶垫层(图9)。然后,2.0m宽的缝隙用钢格网近封住,并由在河流和淤泥中艰苦工作的潜水员将橡胶密封条塞入。缝隙抽水之后,从内侧灌注纲筋混凝土。
管段底部与基槽间1.0m的空隙被用喷秒法填满。Immersed Tunnels l 1973 and Immersed Tunnels 2 1987中曾介绍过的流砂法,即水/砂混合物是由阀门从穿过管段底板孔口流出,仅因为要求承包商支付专利许可证的额外支付费用而被放弃不用。
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14楼
埃姆斯河工程中的特殊经验
在埃姆斯河沉管隧道工程中,由于大量淤泥的沉积超过原来的设想,因而产生一些困难。沉积淤泥造成了以下主要问题:
(1)在船坞内的淤泥沉积需要沿陷入的管段仔细小心地浚挖以使管段浮起来;
(2)每次潮汐后基槽内积起10~20cm的淤泥;
(3)淤泥沉积使基槽深处的水比重增加,这样就降低了在沉放管段沉埋位置上抗浮力的安全限度。在有些情况下,为了消除这一影响就不得不增加镇重;
(4)另一方面,沉积在管段顶部的淤泥在管段底板下喷砂完成之前会危及临时支承结构。每节管段上的额外重量增加到高达6000kN。这一现象通过减少镇重和准确地量测交承结构上的力来得到补偿(见图4);
(5)底板下的空隙被浓度极大的淤泥迅速地填满,以致于在潜水员的协助下也难以进行喷砂和抽水作业。承包商使用了一种专门的刮泥装置在底板下横跨基槽底工作。在极为困难的地段,一旦刮泥装置清除了管底底板下空间的淤泥后,潜水员便立即进行喷砂;
(6)在沉埋管段而侧的淤泥妨碍管段下水压与潮汐变动水位高度间的孔隙水平衡。这样同样也危及临时支承结构。
如同预先设想到的那样,基槽回填引起隧道管段链中两端不同的沉陷。明挖施工隧道段已在沉放开始之前就已回填埋上,因为原来的堤坝必须重新接起来关闭。此外,在明堑中修建的隧道段是放在新挖出的(未扰动的)地面上,而紧邻的沉埋管段则是放在喷砂的基础上。
图9为分别位于东、西两端的接头。在西头,临时支承结构的角架在回填基槽之前就被折除,一些不同程度的位移可通过最初将管段放置得稍高一些来补偿。在东端,那里的氯丁橡胶在没有引起更大应力的情况下提供了一些位移,差动沉陷达8cm。
事实证明,尽管淤泥沉积造成一定的困难,但采用沉埋管段法建造穿过埃姆斯河的隧道的计划是成功的。由于在墙的中间安设水管来冷却新浇注的混凝土,所以仅出现了极少的裂纹。以防水混凝土取代钢外膜壳的水密封没有在质量上引起麻烦。
第一书管段于1986年10月沉放。考虑到冬季的困难,第二节管段直到1987年4月才沉放进沟槽。1987年5月末第五节也就是最后一节管段沉放完毕。
图9 东、西两端管段与明挖施工隧道段间的接头,东头缝隙达3m
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15楼
希望更多更好的全面资料上传分享,谢谢!楼主的精神值得我们大家学习。我以后找到好的资料一定和楼主你一样把他们和大家分享,让我们共同提高水平
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16楼
在任何时候张拉应力都不能超过抗拉强度,因为这也是随时间发展的。
温度场的数值计算
为了设计冷却系统,用数值计算不同的冷却程序的温度场,以求出:
·冷却管的数量以及布置间距;
·冷却水的温度;
·钢管每分钟的过水量。
冷却系统必须确保能获得如图6a中所拟定的一个线性温度场。
在施工期间对实际的温度场实施广泛监测。监测结果证明,既使是在温暖的夏季,温度也没有超过能导致裂隙的限度。实际上可以获得图6a中的线性温度分布。
图6是作为例子对一个横截面计算的结果。图6a给出:
·根据允许的张拉应力来确定的最高允许温度;
·对各个实际参数预期的温度分布;
·在浇注后两个不同时间量测的温度。
图6b为计算得出的与最高允许温度(图6a)相关的应力分布的例子。分开表示的两种应力分布;左侧是:当底板比起新鲜边墙混凝土来既不太冷也不太热时引起的应力;右侧是两者间温差为8℃时引起的应力情况。综合这两种分布情况,得出的结果是:冷却会把易形成裂缝的危险区从墙的底部朝上转移,直至边墙和顶板汇合处。
图6 a)厚混凝土边墙中的混凝土冷却系统 b)沿边墙高度的温度及相应的最大应力的分布情况
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