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沉管隧道的設計準則

   2006-04-27 中國路橋網 佚名 13030
提要:本文闡述了在聯邦德國北部萊爾城附近埃姆斯河下的一座1453m長9車道的公絡隧道施工中有關沉管隧道的設計準則。從1986年11月至1987年6月沉埋了五節管段。因為有大量的細微變化控制工程局面,管段的浮運、沉放和基礎施工都要求精心設汁和現場監測,以確保結構的安全和質量。

  工地概況和隧道總體設計

  從聯邦德國北部連接荷蘭的新建公路要跨越流經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淪的基礎上做出的,即隧道能提供一既較經濟又能有益于環境的可取方案。盡管橋梁方案的造價較低,但經過一些調查之后還是將其放棄了。因為橋梁必須要跨過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。
  在工程招標中,由一以荷蘭為主的荷蘭-德國工程公司集團提出的5節防水混凝土沉管隧道方案被選中。其它的隧道掘進方法,如盾構掘進法和從河岸一側明挖逐段掘進隧道等都因其造價太高而被淘汰。
  圖1為主要工地概況,其中有永久性和臨時性堤壩以及準備浚挖的于船塢。在擴大了高程比例的縱剖面中標出了引入坡道;明挖(由特殊的環形堤臨時圍護)施工的河堤下隧道部分;以及由5節沉管組成的總長為639.5m的沉埋隧道段。

內  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節管段的船塢,標準水位下9m④臨時堤壩⑤船塢的環形堤壩

  總寬度為27.50m,高為8.40m的橫斷面(圖2)設計成每側有兩條行車道和一條緊急行車道。如用圓形斷面(如盾構掘進的隧道)就要求有較大的高度,因而就會成為更深、更長的隧道(圖1),投標文件中的設計是通過在隧道邊墻和底部做外層鋼鈑密封來提供防水,而提交的設計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重要條件的支配只能在很小的變化范圍內確定。
  ①管段必須浮運;
  ②在其最終沉埋狀態時,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)的確定都應該格外準確。有關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)中詳細介紹。混凝土的厚度極受限制,而且在設計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用在深水下的隧道工程中。

  圖3為一節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。在沉埋作業期間,這些接縫被位于頂、底部內的迪維達拉桿拉緊而閉合。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生的張拉應力,并對沿隧道軸線的不同沉陷能作出一些調整。當用橡膠密封條去封閉一節已沉放好和一節正沉放下來與之相接的管段之間的空隙時,位于管段端頭堵墻中間的角架就成為沉放后這時的支承結構。在管段單元東端(右側),有兩個支承管段的鋼質撐在,由千斤頂從隧道內向下伸出頂在沉放前預先鋪設在基槽內的混凝土板的基礎上。

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

  圖4為這第二套支撐結構的詳細情況。兩個千斤頂用以推動整個鋼質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整。即使于沉放之后,支承荷載,如果采用應力計來量測它也可以控制。這個第二套支承系統已證明其對幾何結構誤差和鋼桿可能出現的破壞,極為敏感。

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