CN106088155A - 钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺 - Google Patents

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苏长玺
曲俐俐
付大伟
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尚乾坤
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    • E02D29/063—Tunnels submerged into, or built in, open water
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Abstract

本发明涉及钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，属于交通运输中水运工程施工技术领域。本发明包括以下步骤，在陆地上完成隧道管节的钢壳的制造；将制造好的钢壳浮运至隧道地址处的混凝土浇筑与舾装码头；在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装，完成隧道管节的制作；将制作好的隧道管节运至沉放位置沉放安装。本发明由于隧道管节在施工隧址处舾装和待安，因此对沉放安装的作业窗口选择非常便利，同时增加作业窗口的数量，提高施工效率和施工的安全保障率。

Description

钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺
技术领域
本发明涉及钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，属于交通运输中水运工程施工技术领域。
背景技术
近年来，国内外一直在进行针对跨海通道沉管隧道的研究与应用。国际上，日本、韩国及欧美各国进行了大量的研究工作。韩国釜山-巨济沉管隧道于2005年开始建设，隧道长3240m，宽度26.46m，海况条件较好。丹麦、瑞典兴建的厄勒海峡大桥海底隧道长4050米，重5.5万吨，位于海底10米以下。日本多摩川隧道沉管段总长为1549.5m，沉管重约5.2万吨。我国沉管隧道技术起步较晚，在20世纪60年代初，曾在上海开展过沉管隧道技术的研究，并于1976年在上海金山石化工程首次应用沉管法建成了第一座排污水下隧道。上海外环隧道2003年建成，全长2880m(其中沉管段736m)，规模世界第二、亚洲第一，每节自重4.5万吨。目前外海深水大型沉管隧道先铺法施工技术在国内外一直都是一个难题，尤其是在45m水深条件下实现重约8万吨大型沉管水下轴线安装精度±50mm，更是一种技术的挑战。
港珠澳大桥是我国重大基础设施项目，其中沉管隧道是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一，沉管隧道(含暗埋段)全长5990m，每节标准管节重量约8万吨，外形尺寸：长×宽×高＝180m×37.95m×11.4m，是世界上总长度和断面尺寸最大、埋深达45m以上的六线行车的先铺法沉管隧道的代表性工程。
钢壳混凝土沉管预制分为两部分，一部分为钢壳制造，另外一分部分为混凝土浇筑及舾装件安装。完成预制和舾装件安装后通过拖运装备将管节长距离浮运至施工现场进行安装。
目前的钢壳沉管混凝土隧道管节预制浮运舾装一般采用陆上工厂预制舾装法和干坞内预制舾装法施工。施工方法包括制作钢壳标准片体，组装成整体管节，然后下水转运至相邻的舾装码头进行混凝土浇筑和舾装件安装，然后浮运至施工现场进行沉放安装，对于水深较浅的航道，则大型管节的浮运则需要大量的航道开挖，确保大型管节的拖运航道通畅。
该技术具有的缺点如下：
(1)该技术需要将钢壳制作完成并浇筑完混凝土后，将庞大的管节拖运至施工现场进行沉放安装，管节体积和吃水大，拖运路线长，需要配备较大的拖运装备的马力。由于吃水大必将需要疏浚航道。庞大的管节在水中拖运将存在一定的安全风险。同时还会在拖运装备的投入和航道疏浚上增加较大的成本费用。
(2)疏浚航道对环境影响大，对于航道水深浅且开挖土质复杂的区域，导致在同一断面上不同高程上需采用不同疏浚施工工艺，疏浚施工交叉作业面多，施工组织复杂。
(3)其在沉管浮运过程中，受浪、流等自然条件恶劣的工况影响，对于深航道可能产生回於的风险。
(4)由于浮运航道的开挖将改变原有水域的流向，对环境也会造成影响。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述缺陷，提出了一种钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，能够提高施工的便利性和安全性。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，包括以下步骤：在陆地上完成隧道管节的钢壳的制造；将制造好的钢壳浮运至隧道地址处的混凝土浇筑与舾装码头；在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装，完成隧道管节的制作；将制作好的隧道管节运至沉放位置沉放安装。
作为优选地，混凝土浇筑与舾装码头的布置形式为川字型、L型、T型或槽型。
作为优选地，混凝土浇筑与舾装码头的长边与隧道的轴线平行设置或垂直设置。
作为优选地，将制作好的隧道管节运至沉放位置的方式为，缆系绞移或拖运的方式。
作为优选地，在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装时的步骤包括，同时对两节钢壳进行浇筑和对浇筑完的两节钢壳进行舾装。
作为优选地，混凝土浇筑与舾装码头旁设于隧道轴线的中点处。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将隧道管节分为两部分施工，第一部分是钢壳制造，在陆上施工便利的区域建造钢壳制造厂及船台下水。第二部分是在钢壳制造完成后，此时钢壳的吃水仅为钢壳混凝土管节(浇筑完成混凝土后)的1/2，管节的重量仅为钢壳混凝土管节的1/4～1/5，不需配备大的拖运装备即可进行浮运。
(2)本发明由于钢壳在长路线浮运中吃水小，因此海中的航道基本可以满足要求，不需要或少量的进行航道疏浚即可，避免了因疏浚航道对环境的影响，施工组织简单，同时，本发明避免了浮运航道的开挖，不会改变原有水域的流向，对环境影响小。
(3)本发明由于钢壳的重量及吃水小，在水中拖运会较传统的工艺降低安全风险；同时还会在拖运装备的投入和航道疏浚上节约较大的成本费用，钢壳在浮运过程中，受浪、流等自然条件恶劣的工况影响小。
(4)本发明由于沉管在施工隧址处舾装和待安，因此对沉放安装的作业窗口选择非常便利，同时增加作业窗口的数量，提高施工效率和施工的安全保障率。
(5)本发明无需大批的拖轮，对水运业发达、繁忙的水域，可以缓解水上交通，确保航道通畅及通航与施工安全。
附图说明
图1是本发明的平面示意图；
图2是T型码头的平面示意图；
图3是槽型码头的平面示意图；
图4是L型码头的平面示意图；
图5是川字型码头的平面示意图；
图6是L型(135°)码头的平面示意图；
图中：1川字型码头 2钢壳 3T型码头 4槽型码头 5L型(135°)码头 6L型码头7航道 8钢壳制造厂 9人工岛 10隧道路线 11隧道管节。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，要在两个人工岛9之间，沿着隧道路线10修建海底隧道，本发明所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，包括以下步骤，在陆地上的钢壳制造厂8，完成隧道管节11的钢壳2的制造；将制造好的钢壳2，沿着航道7浮运至隧道地址处的混凝土浇筑与舾装码头；在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装，完成隧道管节11的制作；将制作好的隧道管节11运至沉放位置沉放安装。
本发明主要是将隧道管节分为两部分施工，第一部分是钢壳制造，在陆上施工便利的区域建造钢壳制造厂，在陆地上完成隧道管节的钢壳的制作。第二部分是在钢壳制造完成后，此时沉管(即隧道管节)的钢壳的吃水仅为钢壳混凝土管节(浇筑完成混凝土后)的1/2，管节的重量仅为前者的1/4～1/5，钢壳吃水小，不需配备大的拖运装备即可进行浮运。
本发明的混凝土浇筑与舾装码头的布置形式为川字型、L型、T型或槽型等。如图2至图6所示，分别为T型码头3、槽型码头4、L型码头6、川字型码头1和L型(135°)码头5。槽型码头的优点是具有很好的挡流、挡浪效果，能提供非常好的作业条件；相对于槽型码头，川字型码头的优点是具有较好地挡流、挡浪效果，能提供较好的作业条件；L型码头和T型码头要有考虑性选择性的根据浪向进行布置，相对于前两种，造价相对要低很多；L型(135°)码头5，其表示一种如图6所示，码头两条边的夹角为135°，此种形式的码头，除了具备L型码头和T型码头造价低的特点，还具备以下优点，当钢壳由短边那一侧进入码头时，由于夹角为135°左右，所以能更方便地进入码头内，而且由于这条短边的存在，能在一定程度上起到挡流、挡浪的效果。
如图2至图6所示，在混凝土浇筑与舾装码头内，可以同时给两个钢壳进行混凝土浇筑，并且可同时对两个已经完成混凝土浇筑的钢壳进行舾装。混凝土浇筑与舾装码头的长边与隧道的轴线(或隧道路线10)平行设置或垂直设置。由于沉管隧道一般都是横跨航道，所以一般水流都会垂直于沉管轴线，如果混凝土浇筑与舾装码头垂直于码头，则短边会出现挡流，挡流面积小，施工环境比较好，但是安装时需要转90°的弯让沉管轴线和沉管隧道的总轴线平行才能安装。如果混凝土浇筑与舾装码头是平行于沉管轴线，则沉管离开码头后，可以横拖平移至沉管隧道纵轴线处，施工操作简单方便。
如图1所示，在隧道管节11离开川字型码头1，进行沉放施工时，通过缆系绞移或拖运的方式运至沉放位置沉放。本发明的混凝土浇筑与舾装码头，优选地设置于隧道轴线的中点处，以方便整条隧道的施工。
本发明可以实现沉管作业窗口的多重选择，例如在浮运距离短的情况下，浮运时间必然短，而大海里能够保持适用于沉管安装的波浪波高和流速大小的潮汐变化是有规律的(半日潮水或全日潮水)，是一定的，当涨潮和落潮时，流速都会变大，随月度波浪也会变大，如果我们浮运距离长，就需要保持在适用于沉管安装的窗口要求中，要保持在例如5h，而如果我们的沉管舾装码头就在施工现场，则浮运距离短，如我们浮运仅为1h，例如原来需要保持5h风平浪静的窗口每个月只有1个，而保持1h风平浪静的窗口则每个月有数十个，这样就会随时有选择沉管安装的窗口。如果距离远，则每个月只有1次可以进行沉管安装的窗口，沉管作业窗口浮运距离短，假如有突风或者时临时风暴天气的时候，我们可以在较短的时间内将沉管浮运至混凝土浇筑与舾装码头进行避风或避流。而浮运距离远的情况下，则无法实现快速回拖避风避流，将存在严重的安全隐患。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明专利涵盖范围。

Claims (6)

1.一种钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：包括以下步骤，
在陆地上完成隧道管节的钢壳的制造；
将制造好的钢壳浮运至隧道地址处的混凝土浇筑与舾装码头；
在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装，完成隧道管节的制作；
将制作好的隧道管节运至沉放位置沉放安装。
2.根据权利要求1所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：混凝土浇筑与舾装码头的布置形式为川字型、L型、T型或槽型。
3.根据权利要求1所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：混凝土浇筑与舾装码头的长边与隧道的轴线平行设置或垂直设置。
4.根据权利要求1所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：将制作好的隧道管节运至沉放位置的方式为，缆系绞移或拖运的方式。
5.根据权利要求1所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装时的步骤包括，同时对两节钢壳进行浇筑和对浇筑完的两节钢壳进行舾装。
6.根据权利要求1所述的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，其特征在于：混凝土浇筑与舾装码头旁设于隧道轴线的中点处。
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