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沉管隧道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

   2006-04-27 中國路橋網(wǎng) 佚名 13760
提要:本文闡述了在聯(lián)邦德國北部萊爾城附近埃姆斯河下的一座1453m長9車道的公絡(luò)隧道施工中有關(guān)沉管隧道的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。從1986年11月至1987年6月沉埋了五節(jié)管段。因?yàn)橛写罅康募?xì)微變化控制工程局面,管段的浮運(yùn)、沉放和基礎(chǔ)施工都要求精心設(shè)汁和現(xiàn)場監(jiān)測,以確保結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量。

  工地概況和隧道總體設(shè)計(jì)

  從聯(lián)邦德國北部連接荷蘭的新建公路要跨越流經(jīng)遍布沼澤和溝渠平原地帶的埃姆斯河。沿埃姆斯河必須保留供大型船只駛往河上游的港口和船塢自由通過的航道。

  建造一座隧道而不是橋梁的決定是在以下結(jié)淪的基礎(chǔ)上做出的,即隧道能提供一既較經(jīng)濟(jì)又能有益于環(huán)境的可取方案。盡管橋梁方案的造價(jià)較低,但經(jīng)過一些調(diào)查之后還是將其放棄了。因?yàn)闃蛄罕仨氁邕^兩岸堤壩和有高出水面的堤前灘地的埃姆斯河,使人感覺到它與低地景觀多么格格不入。
  在工程招標(biāo)中,由一以荷蘭為主的荷蘭-德國工程公司集團(tuán)提出的5節(jié)防水混凝土沉管隧道方案被選中。其它的隧道掘進(jìn)方法,如盾構(gòu)掘進(jìn)法和從河岸一側(cè)明挖逐段掘進(jìn)隧道等都因其造價(jià)太高而被淘汰。
  圖1為主要工地概況,其中有永久性和臨時(shí)性堤壩以及準(zhǔn)備浚挖的于船塢。在擴(kuò)大了高程比例的縱剖面中標(biāo)出了引入坡道;明挖(由特殊的環(huán)形堤臨時(shí)圍護(hù))施工的河堤下隧道部分;以及由5節(jié)沉管組成的總長為639.5m的沉埋隧道段。

內(nèi)  容
圖1萊爾城附近埃姆斯河下的公路隧道
  ①沉管隧道②永久性堤壩③供灌注5節(jié)管段的船塢,標(biāo)準(zhǔn)水位下9m④臨時(shí)堤壩⑤船塢的環(huán)形堤壩

  總寬度為27.50m,高為8.40m的橫斷面(圖2)設(shè)計(jì)成每側(cè)有兩條行車道和一條緊急行車道。如用圓形斷面(如盾構(gòu)掘進(jìn)的隧道)就要求有較大的高度,因而就會成為更深、更長的隧道(圖1),投標(biāo)文件中的設(shè)計(jì)是通過在隧道邊墻和底部做外層鋼鈑密封來提供防水,而提交的設(shè)計(jì)則建議用防水混凝土來取代,即1.00或1.05m厚的混凝土。頂部還加了一層瀝青密封和2Ocm厚混凝土覆蓋層以防止落下的船錨和沉船的沖擊。頂部的方邊角做成圓角以防止拖曳著的船錨被隧道掛住。
  橫斷面中的空白部分與混凝土部分的比例因受以下兩個(gè)重要條件的支配只能在很小的變化范圍內(nèi)確定。
  ①管段必須浮運(yùn);
  ②在其最終沉埋狀態(tài)時(shí),加填重的管段必須具有充分抵抗上浮的安全能力。
  大量的微小數(shù)值影響著這些條件。所以,對混凝土的比重,甚至水的比重(如潮汐影響的河水會形成含泥的渾水)的確定都應(yīng)該格外準(zhǔn)確。有關(guān)沉埋隧道工程中的若干問題已在兩屆荷蘭三角洲隧道工程研討會論文集(ImmersedTunnelsl1978andImmersedTunnels21987)中詳細(xì)介紹。混凝土的厚度極受限制,而且在設(shè)計(jì)中只允許很小的改變,因此象圖2中這樣的橫斷面就限制應(yīng)用在深水下的隧道工程中。

  圖3為一節(jié)127.5m長的隧道管段單元,它被膨脹接縫分五段各長為25.50m的澆注段。在沉埋作業(yè)期間,這些接縫被位于頂、底部內(nèi)的迪維達(dá)拉桿拉緊而閉合。管段放到最后沉放位置上以后,切斷拉桿,讓接縫再次松開。膨脹接縫用支托架固定好以防止垂直和橫向位移,但允許縱向膨脹。這些接縫可防止由于收縮而產(chǎn)生的張拉應(yīng)力,并對沿隧道軸線的不同沉陷能作出一些調(diào)整。當(dāng)用橡膠密封條去封閉一節(jié)已沉放好和一節(jié)正沉放下來與之相接的管段之間的空隙時(shí),位于管段端頭堵墻中間的角架就成為沉放后這時(shí)的支承結(jié)構(gòu)。在管段單元東端(右側(cè)),有兩個(gè)支承管段的鋼質(zhì)撐在,由千斤頂從隧道內(nèi)向下伸出頂在沉放前預(yù)先鋪設(shè)在基槽內(nèi)的混凝土板的基礎(chǔ)上。

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圖2沉埋管段的橫斷面  圖3隧道管段以及臨時(shí)支承它的角架和由千斤頂來調(diào)整的撐柱

  圖4為這第二套支撐結(jié)構(gòu)的詳細(xì)情況。兩個(gè)千斤頂用以推動整個(gè)鋼質(zhì)撐柱穿過混凝土底部的水密封孔口。千斤頂架則扣在2×6根直徑為36mm的鋼桿上。這一安排可促使管段最后就位的調(diào)整。即使于沉放之后,支承荷載,如果采用應(yīng)力計(jì)來量測它也可以控制。這個(gè)第二套支承系統(tǒng)已證明其對幾何結(jié)構(gòu)誤差和鋼桿可能出現(xiàn)的破壞,極為敏感。

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