CN104878792B - 沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，包括刚性框架式土工布覆盖装置，和专用船舶，所述刚性框架式土工布覆盖装置包括土工布、钢管框架和设置在钢管框架上的排水装置，所述排水装置连接压排水管，所述钢管框架纵横连接，分成多个框格，土工布布置在框格内；所述专用船舶包括两艘铺排船，铺排船的一端设置滑板，铺排船通过钢丝绳与刚性框架式土工布覆盖装置连接。采用刚性框架式分块土工布覆盖防淤方案，通过对装置上起浮实现淤泥和基床的彻底隔绝，保护了基床的完整性。本方案在每段基床整平完成后，及时对已整平好的基床进行全面覆盖，防止淤泥、砂等沉积物落在基床上。

Description

沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统及方法

技术领域

本发明涉及一种海底隧道的施工时使用的系统和方法，尤其是沉管隧道基床防淤的系统和方法。

背景技术

水底隧道经常采用沉管法，整个隧道沉管由多节管节组成，一般标准管节长180m，宽37.95m，沉管基础为带垄沟的碎石基床，碎石基床宽度为42米，垄沟宽1.05m，碎石条带宽1.8m，每节标准沉管的基床面积达到(42m×180m)7560㎡，碎石基床从开始整平到沉管安装的暴露时间大约12天，由于一些海域的海水中平均含沙量较高，再加上基槽坡顶原泥面有2m左右的淤泥，受汛期含沙量变化、附近航道疏浚及采砂作业、大型运输船舶对底质的扰动及异常恶劣天气等影响，会引起基槽回淤加大，甚至造成骤淤。这给沉管施工和管段本身受力带来许多问题，如何防止和清除回淤沉积物对沉管隧道基础来说是很关键的。

淤积对沉管隧道造成的不利影响主要有：改变碎石基床受力特性，影响基床结构的传力效果；基床面淤积，造成沉放管节无法着床；对沉积物的扰动，改变海水容重，影响已沉管节的抗浮安全；如果在碎石垫层基础中夹有淤泥层，则在隧道运营后，会因淤泥的固结变形导致沉管工后沉降过大及不均匀沉降超标，在管段中产生较大弯矩，严重时导致管段开裂。淤泥沉积使基槽深处水的比重增加，这会降低管段沉放位置上抗浮力的安全限度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种沉管隧道基床开挖后防止基床表面回淤的防淤系统，以及施工方法，使得安装沉管前实现淤泥和基床的完全隔离，保证了基床的完整性，保证基床上无异物的出现。

为解决上述技术问题，本发明的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，包括刚性框架式土工布覆盖装置，和专用船舶，所述刚性框架式土工布覆盖装置包括土工布、钢管框架和设置在钢管框架上的排水装置，所述排水装置连接压排水管，所述钢管框架纵横连接，分成多个框格，土工布布置在框格内；所述专用船舶包括两艘铺排船，所述铺排船的一端设置滑板，所述铺排船通过钢丝绳与刚性框架式土工布覆盖装置连接。

作为一种改进，通过超短基线水下定位检测系统定位，所述刚性框架式土工布覆盖装置的框架四角安装4个应答器。

作为一种改进，所述钢管框架的两端设置支撑梁，所述支撑梁底端至少低于钢管框架边缘10cm。

作为一种改进，所述土工布通过加筋带锁扣与钢管框架连接。

本发明的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤方法，包括下列步骤，

A、刚性框架式土工布覆盖装置的钢管框架排空水浮于水上，通过拖轮拖放至基床覆盖区域后，锚艇将框架钢丝绳拉至两艘专用船舶上的卷筒处张紧卷起；

B、向钢管框架压水，使刚性框架式土工布覆盖装置开始缓慢下沉，启动铺设船卷筒开始缓慢沉放刚性框架式土工布覆盖装置；

C、刚性框架式土工布覆盖装置下沉到基床上之后，继续向钢管框架内压水；

D、基床全部整平完成之后安装沉管之前，将钢管框架排水，使刚性框架式土工布覆盖装置负浮力足够小，启动船上的卷筒缓慢提升刚性框架式土工布覆盖装置至水面，继续排水，使刚性框架式土工布覆盖装置浮在水面上；

E、将刚性框架式土工布覆盖装置拖离基床区域，清理淤泥，专用船舶继续对下一块刚性框架式土工布覆盖装置起浮。

在步骤C中，继续向钢管框架内压水使刚性框架式土工布覆盖装置稳定之后，将提拉钢丝绳和压排水管通过浮标固定于水面上。

刚性框架式土工布覆盖装置下沉和起浮过程中，通过通过超短基线水下定位检测系统定位。

采用刚性框架式分块土工布覆盖防淤方案，通过对装置上起浮实现淤泥和基床的彻底隔绝，保护了基床的完整性。本方案在每段基床整平完成后，及时对已整平好的基床进行全面覆盖，防止淤泥、砂等沉积物落在基床上，整平一个船位覆盖一个船位，沉管安装前，通过土工布起浮装置将淤泥浮起，然后通过土工布铺设船将土工布起浮装置移至基床下游，通过水泵或其他方法将淤泥清除，然后将土工布淤泥起浮装置移至指定区域，等待下次循环使用。

由于该装备是垂直轴线方向铺设清淤装置，铺设船宽度小，和整平船距离可以适当减小，可以提高工程进度。本方法定位精度高，使用超短基线系统，可以精确水下定位偏差仅为20cm，满足要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是刚性框架式土工布覆盖装置的平面布置示意图。

图2是刚性框架式土工布覆盖装置的剖面图。

图3是本发明的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统的俯视图。

图4是刚性框架式土工布覆盖装置准备下沉时的示意图。

图5是刚性框架式土工布覆盖装置正在下沉时的示意图。

图6是刚性框架式土工布覆盖装置下沉到基床时的示意图。

图7是刚性框架式土工布覆盖装置铺设完成后的示意图。

具体实施方式

本发明的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，如图1至图3所示，包括刚性框架式土工布覆盖装置1和专用船舶，刚性框架式土工布覆盖装置1包括土工布3、钢管框架4和设置在钢管框架4上的排水装置，通过钢管框架连通具有压水和排水的功能，组成压排水装置，排水装置连接压排水管5，钢管框架4纵横连接，分成多个框格，提供存放淤泥及覆盖基床的装置，尺寸为26m×42m，通过同尺寸钢管连通并将框架分割为8个等面积框格，外圈框架边缘设置50cm悬挑钢板做框架搭接使用，土工布3布置在框格内；

防淤土工布选用800g厚度5.5mm的长丝土工布，分别布置在8个等面积框格内，通过加筋带锁扣6与钢管框架连接，锁扣距离钢管顶部为20cm。

钢管框架4定位采用采用超短基线水下定位检测系统，在钢管框架4四角安装4个应答器14，通过超短基线声学换能器接收信号实现钢管框架4的精确定位。

超短基线定位系统设备安装简单，检校方便可行，精度一般可以达到20cm，能较好地满足防淤泥刚性框架式土工布覆盖装置1的沉放精度。

钢管框架4的两端设置支撑梁13，待刚性框架式土工布覆盖装置1沉放定位后可以支撑于沉管基础边线的外侧，确保对基床7不造成破坏，底端低于框架底边缘10cm。

如图3所示，专用船舶包括两艘铺排船2，铺排船2的一端设置滑板8，铺排船2通过钢丝绳9与刚性框架式土工布覆盖装置1连接。

本发明的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤方法，包括下列步骤，

清淤框架、土工布等部件按设计组装完成后，整个刚性框架式土工布覆盖装置1在钢管框架4排空水时可以浮于水中，通过拖轮拖放至基床覆盖区域已安装沉管12附近，锚艇将框架钢丝绳9拉至两艘专用船舶上的卷筒10处张紧卷起，同时对接压排水系统管道及测控系统通讯线路，经调试完成后开始定位。

如图4所示，铺排船2提前定位至施工区域，刚性框架式土工布覆盖装置1上的钢丝绳9、压排水管5、测控系统等连接调试完成后，开始启动卷筒10张紧钢丝绳进行定位清淤装置定位，经测量满足要求后，开始压水控制刚性框架式土工布覆盖装置1负浮力在20t，如图5所示，启动铺排船2上的卷筒10开始缓慢沉放刚性框架式土工布覆盖装置1。

如图6所示，刚性框架式土工布覆盖装置1沉放定位完成后，开始继续向钢管框架4内压水，确保装置水下负浮力为300t。然后如图7所示，将连接上部钢丝绳9、压排水管5通过浮标11固定于水面上，超短基线浮标启动回收指令回收，铺拍船2离开现场进行下一个船位铺设覆盖装置。

基床7全部整平完成并具备安装条件前2天，开始将装置排水上浮及上部的淤泥清除工序，起浮时和沉放工序相反，首先由锚艇将浮标11捞起和铺设船钢丝绳9、压排水管5线对接，然后启动铺设船卷筒10拉紧钢丝绳9。

通过排水使得刚性框架式土工布覆盖装置1的负浮力控制在5～20t，启动卷筒10开始缓慢提升刚性框架式土工布覆盖装置1，当提升至水面时继续排水，使得装置浮于水面上。

然后绞锚移船将装置移至基床外侧约40m处解缆(此时不占用铺设船时间)通过其他船舶固定装置，铺设船继续下一块清淤装置起浮。

覆盖装置根据整平基床7及时覆盖，如何控制土工布能够铺设准确是本方法的重点，本方案铺设船除采用GPS定位系统外，还要通过超短基线进行水下覆盖装置的铺设定位，可以精确定位覆盖于基床7上，定位误差在20cm以内，覆盖装置铺设要选择在高、低平潮流速较小时进行，这样可以保证铺设的精度。

覆盖装置设计淤泥厚度为20cm，淤泥比重为1.30g/cm³～1.40g/cm³，如超过一定厚度后，可以采用定期清除积淤的方法完成减载。覆盖土工布通过排水均匀上浮，但需要全部被浮起到水面后，再横向移船。覆盖土工布上淤泥厚度的检测用取样仪，定期监测淤积厚度。覆盖土工布铺设船和整平船的步距：整平船整平完一个船位后，由于整平船还占用一部分已整平完的基床位置，可根据船舶的尺寸，留出安全距离。铺设船临时存放：覆盖装置清除淤泥后，再进行下次覆盖大约间隔20天时间，因此，必须有临时存放水域，根据现场情况，可选择在已安装沉管并锁定回填完成的沉管上面的水域下锚存放，施工时拖运距离较近，施工方便。台风期间，拖到避风锚地避风。

Claims (6)

1.一种沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：包括刚性框架式土工布覆盖装置和专用船舶，

所述刚性框架式土工布覆盖装置包括土工布、钢管框架和设置在钢管框架上的排水装置，所述排水装置连接压排水管，所述钢管框架纵横连接，分成多个框格，土工布布置在框格内；

所述专用船舶包括两艘铺排船，所述铺排船的一端设置滑板，所述铺排船通过钢丝绳与刚性框架式土工布覆盖装置连接；

所述钢管框架的两端设置支撑梁，所述支撑梁底端至少低于钢管框架边缘 10cm。

2.按照权利要求 1 所述的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：通过超短基线水下定位检测系统定位，所述刚性框架式土工布覆盖装置的框架四角安装 4 个应答器。

3.按照权利要求1所述的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：所述土工布通过加筋带锁扣与钢管框架连接。

4.一种沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤方法，其用于权利要求1所述的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：包括下列步骤，

A、刚性框架式土工布覆盖装置的钢管框架排空水浮于水上，通过拖轮拖放至基床覆盖区域后，锚艇将框架钢丝绳拉至两艘专用船舶上的卷筒处张紧卷起；

B、向钢管框架压水，使刚性框架式土工布覆盖装置开始缓慢下沉，启动铺设船卷筒开始缓慢沉放刚性框架式土工布覆盖装置 ；

C、刚性框架式土工布覆盖装置下沉到基床上之后，继续向钢管框架内压水；

D、基床全部整平完成之后安装沉管之前，将钢管框架排水，使刚性框架式土工布覆盖装置负浮力足够小，启动船上的卷筒缓慢提升刚性框架式土工布覆盖装置至水面，继续排水，使刚性框架式土工布覆盖装置浮在水面上 ；

E、将刚性框架式土工布覆盖装置拖离基床区域，清理淤泥，专用船舶继续对下一块刚性框架式土工布覆盖装置起浮。

5.按照权利要求4所述的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤方法，其特征在于：在步骤 C 中，继续向钢管框架内压水使刚性框架式土工布覆盖装置稳定之后，将提拉钢丝绳和压排水管通过浮标固定于水面上。

6.按照权利要求4或5所述的沉管隧道基床刚性框架式土工布覆盖防淤方法，其特征在于：刚性框架式土工布覆盖装置下沉和起浮过程中，通过超短基线水下定位检测系统定位。