CN106677242A - 一种用于水下隧道的工程船及其施工法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是一种用于水下隧道的工程船及其施工法，其工程船由后段、中间段和前段组成，工程船的上部高于水面；后段既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段，止水时防止水从隧道与后部接缝进入中间段，使混凝土充满隧道底板和两侧板与岩土间的空间，尾端开口的截面与隧道管节截面相同；中间段是隧道施工段，在中间段的后部舱室进行管节施工，完成与原有已施工管节的连接，中间段的前部安装有顶推装置；前段是挖掘岩土段。优点：土方开挖量小，由于工程船前段在半敞开式的U型舱内挖掘岩土，施工方便，由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用，所以土方开挖量小；施工快捷、安全，所有施工操作都在工程船内完成。

Description

一种用于水下隧道的工程船及其施工法
技术领域
本发明涉及的是一种用于水下隧道的工程船及其施工法，属于土木工程基础施工技术领域。
背景技术
现有水下隧道的施工一般采用盾构法和沉管法, 盾构法施工时对水面的影响小,但掘进机造价高昂,施工周期长；沉管法对施工条件要求较高，适用于水道河床稳定、水流不能过急的水域，而且土方开挖量大。
发明内容
本发明提出的是一种用于水下隧道的工程船及其施工法，其目的旨在克服现有技术存在的缺陷，由于工程船前段在半敞开式的U型舱内挖掘岩土，施工方便，由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用，土方开挖量小；中间段自带推定装置，工程船行走方便，挖掘岩土快捷。
本发明的技术方案：工程船由后段、中间段和前段组成，工程船的上部高于水面；后段既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段，止水时防止水从隧道与后部接缝进入中间段，使混凝土充满隧道底板和两侧板与岩土间的空间，尾端开口的截面与隧道管节截面相同；中间段是隧道施工段，在中间段的后部舱室进行管节施工，完成与原有已施工管节的连接，中间段的前部安装有顶推装置；前段是挖掘岩土段。
前段由U型舱和挖掘装置组成，U型舱由两侧墙和底板组成，即U型舱的前部和上部均开口，U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道，两侧墙和底板内还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧板和底板前方的岩土，两侧板前端挖掘岩土的链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方，底板前端挖掘岩土的链刀从前往后运行时将已挖掘的岩土带至后方或经岩土输送机送出。
前段由两侧板和位于两侧板前端的挖掘装置组成，即前段的前部和上下均开口，两侧板的前端设有链刀运行的轨道，两侧板还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土，链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方；
工程船设有若干行走轨道，行走轨道上运行有起重机和挖掘机，挖掘机仅挖掘两侧板内的岩土；
前段的后部设有无底板的隧道基础处理段；
密封止水段仅在进行管节施工时进行密封止水；
施工法包括如下步骤：
1）在现场水中建工作井，处理好基础；
2）工程船至施工现场，在工作井中下沉至设定深度，工程船后段尾部开口处有一活动密封止水盖，活动密封止水盖的前端伸进中间段的尾部；
3）在中间段安装第一管节，使第一管节的尾端与活动密封止水盖的前端相连固连成一体；
4）顶推装置顶推第一管节的前端，活动密封止水盖的尾端逐渐滑出工程船的尾部，工程船向前运行；
5）挖掘装置挖掘前方的岩土，挖掘机挖掘两侧墙内的岩土；
6）工程船后部的灌注装置将混凝土灌满活动密封止盖（含第一管节）两侧及底部与岩土之间的空间；
7）第一管节的前端顶推至中间段尾部的设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的尾端与第一管节的前端相连成一体；
8）掘进段继续挖掘前方的岩土，顶推装置顶推第二管节的前端，工程船继续向前运动；
9）重复上述动作，完成全部管节的施工。
本发明的优点：土方开挖量小，由于工程船前段在半敞开式的U型舱内挖掘岩土，施工方便，由于U型舱的两侧墙对基坑的支护作用，所以土方开挖量小；施工快捷、安全，所有施工操作都在工程船内完成。
附图说明
图1是水下隧道工程船前段3的挖掘装置4挖掘前部的岩土，中间段2的顶推装置2-1推顶管节6，工程船向前运行的结构示意图，也是由U型舱3-1和挖掘装置4组成的前段3A的结构示意图，也是工程船的后段1，既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段的结构示意图；
图2是图1的A向视图，也是由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成的传动装置4-1的结构式示意图，也是前段3内链刀6运行的轨道3-3的结构示意图；
图3是图1的B向视图，也是传动装置4-1和链刀5组成的挖掘装置4的结构示意图；
图4是图2的C-C视图，也是在U型舱3-1的两侧墙的上方有轨道7-1，轨道7-1上有运行的挖掘机7和起重机8的结构示意图；
图5是链刀5的结构示意图，也是链条5-1和刀具5-2的结构示意图，也是由A十字节5-1-1和B十字节5-1-2组成的链条5-1的十字节的结构示意图；也是链条5-1实现空间弯曲的结构示意图是链刀5的结构示意图,（a）是链条5-1和刀具5-2的结构示意图，也是由A十字节5-1-1和B十字节5-1-2组成的链条5-1的十字节的结构示意图；也是链条5-1实现空间弯曲的结构示意图。（b）是链刀5由柔性带5-1B和刀具5-2B组成的结构示意图；也是柔性带5-1B和刀具5-2B的结构示意图；
图6是隧道上部在水底之上的结构示意图，也是由两侧墙3-2和位于两侧墙前端的挖掘装置4组成的前段3B的结构示意图，也是工程船后部的由喷嘴11-1组成的灌注装置11的结构示意图，也是隧道基础处理段9的结构示意图；
图7是工程船在工作井12中，工程船后段1尾部开口处有一活动密封止水盖10的结构示意图；
图8是图7的下一步工作示意图，也是在中间段2安装第一管节6，使第一管节6的尾端与活动密封止水盖10的前端相连固连成一体的结构示意图；
图9是图8的下一步工作示意图，也是顶推装置2-1顶推第一管节6的前端，活动密封止水盖10的尾端逐渐滑出工程船的尾部，工程船向前运行的结构示意图，也是挖掘装置4挖掘前方的岩土，挖掘机7挖掘两侧墙内的岩土的结构示意图，也是工程船后部的灌注装置11将混凝土灌满活动密封止盖（含第一管节）两侧及底部与岩土之间的空间的结构示意图；
图10是图9的下一步工作示意图，第一管节6的前端顶推到位后，顶进装置2-1缩回，放下第二管节6，将第二管节6的尾端与第一管节6的前端相连成一体的结构示意图；
图11是图10的下一步工作示意图，也是顶推装置2-1顶推第二管节10到位，工程船继续向前运动的结构示意图；
图12是切槽装置的链刀轨道的结构示意图，轨道的类型包括A、B、C1、C2和D 共5种，其中A是平面型，B是凸型，C1、C2是凹型；
图13是 D为纵向多排轨道错开成锥型的结构示意图；
图14是切槽装置的D型轨道和多排链刀的结构示意图；
图中的1是工程船的后段，既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段；2是工程船的中间段；2-1是安装在中间段2前部的顶推装置；3是工程船的前段，有3A和3B两种结构形式；3A是由U型舱3-1和挖掘装置4组成的前段；3B是由两侧墙3-2和位于两侧墙前端的挖掘装置4组成的前段，即前段3B的前部和上下均开口；3-1是前段3的U型舱；3-2是前段3的两侧墙；3-3是前段3内链刀5运行的轨道；4是前段3的挖掘装置，由传动装置4-1和链刀5组成；4-1是传动装置，由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成；4-1-1是传动装置4-1的驱动装置；4-1-2是传动装置4-1的链轮； 5是组成挖掘装置4的链刀；5-1是组成链刀5的链条，包括履带、绳索和柔性带；5-1-1是组成链条5-1的十字节的A十字节；5-1-2是组成链条5-1的十字节的B十字节；5-1B是组成链刀5的柔性带；5-2是固定在 链条5-1上的挖掘岩土的刀具；5-2B是固定在柔性带5-1B上的挖掘岩土的刀具；6是管节；7是挖掘机；7-1是在两侧墙的上方设有挖掘机7行走的轨道；8是起重机；9是隧道基础处理段；10是工程船后段1尾部开口处的活动密封止水盖；11是工程船后部的灌注装置；11-1是灌注装置11的喷嘴；12是工程船后部的工作井。
具体实施方式
一种用于水下隧道的工程船由后段、中间段和前段组成，工程船的上部高于水面；后段既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段，止水时防止水从隧道与后部接缝进入中间段，使混凝土充满隧道底板和两侧板与岩土间的空间，尾端开口的截面与隧道管节截面相同；中间段是隧道施工段，在中间段的后部舱室进行管节施工，完成与原有已施工管节的连接，中间段的前部安装有顶推装置；前段是挖掘岩土段。
所述的前段由U型舱和挖掘装置组成，U型舱由两侧墙和底板组成，即U型舱的前部和上部均开口，U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道，两侧墙和底板内还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧板和底板前方的岩土，两侧板前端挖掘岩土的链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方，底板前端挖掘岩土的链刀从前往后运行时将已挖掘的岩土带至后方或经岩土输送机送出。
所述的前段由两侧板和位于两侧板前端的挖掘装置组成，即前段的前部和上下均开口，两侧板的前端设有链刀运行的轨道，两侧板还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土，链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方。
所述的工程船设有若干行走轨道，行走轨道上运行有起重机和挖掘机，挖掘机仅挖掘两侧板内的岩土。(说明书中增加挖泥船）
所述的前段的后部设有无底板的隧道基础处理段。
所述的密封止水段仅在进行管节施工时进行密封止水。
所述的施工法包括如下步骤：
1）在现场水中建工作井，处理好基础；
2）工程船至施工现场，在工作井中下沉至设定深度，工程船后段尾部开口处有一活动密封止水盖，活动密封止水盖的前端伸进中间段的尾部；
3）在中间段安装第一管节，使第一管节的尾端与活动密封止水盖的前端相连固连成一体；
4）顶推装置顶推第一管节的前端，活动密封止水盖的尾端逐渐滑出工程船的尾部，工程船向前运行；
5）挖掘装置挖掘前方的岩土，挖掘机挖掘两侧墙内的岩土；
6）工程船后部的灌注装置将混凝土灌满活动密封止盖（含第一管节）两侧及底部与岩土之间的空间；
7）第一管节的前端顶推至中间段尾部的设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的尾端与第一管节的前端相连成一体；
8）掘进段继续挖掘前方的岩土，顶推装置顶推第二管节的前端，工程船继续向前运动；
9）重复上述动作，完成全部管节的施工；
所述的隧道上部在水底之上或淤泥之中。
所述的链刀的中心线是空间曲线。
所述的链刀是多排链刀，多排链刀在挖掘面布置成锥形。
下面结合附图进一步描述本发明：
如图1所示，工程船由后段1、中间段2和前段3组成，工程船的上部高于水面；后段1既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段，止水时防止水从隧道与后部接缝进入中间段2，使混凝土充满隧道底板和两侧板与岩土间的空间，尾端开口的截面与隧道管节截面相同；中间段2是隧道施工段，在中间段的后部舱室进行管节施工，完成与原有已施工管节的连接，中间段的前部安装有顶推装置2-1；前段3是挖掘岩土段。
如图2～图5所示，前段3A由U型舱3-1和挖掘装置4组成，U型舱3-1由两侧墙和底板组成，即U型舱3-1的前部和上部均开口，U型舱3-1的两侧墙和底板的前端均设有链刀5运行的轨道3-3，两侧墙和底板内还设有链刀5运行的轨道3-3；挖掘装置4由传动装置4-1和链刀5组成，传动装置4-1由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成，链刀5由链条5-1和固定于链条上的刀具5-2组成；施工时驱动装置4-1-1驱动链刀，链刀5沿着轨道3-3运行，U型舱3-1前端轨道上的链刀5仅挖掘两侧板和底板前方的岩土，两侧板前端挖掘岩土的链刀5从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方，底板前端挖掘岩土的链刀5从前往后运行时将已挖掘的岩土带至后方送出。
如图4所示，工程船设有若干行走轨道7-1，行走轨道7-1上运行有起重机8和挖掘机7，挖掘机7挖掘两侧板内的岩土，如果有需要增加挖泥船挖掘两侧板内的岩土。
如图6所示，前段3B由两侧板3-2和位于两侧板前端的挖掘装置4组成，即前段3B的前部和上下均开口，两侧板3-2的前端设有链刀运行的轨道，两侧板3-2还设有链刀5运行的轨道3-3；挖掘装置4由传动装置4-1和链刀5组成，传动装置4-1由驱动装置4-1-1和链轮4-1-2组成，链刀5由链条5-1和固定于链条上的刀具5-2组成；施工时驱动装置4-1-1驱动链刀5，链刀5沿着轨道3-3运行，前端轨道3-3上的链刀5仅挖掘两侧墙前方的岩土，链刀5从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方。
如图7～图11所示，水下隧道的工程船施工法包括如下步骤：
1）在现场水中建工作井12，处理好基础；
2）工程船至施工现场，在工作井12中下沉至设定深度，工程船后段1尾部开口处有一活动密封止水盖10，活动密封止水盖10的前端伸进中间段2的尾部；
3）在中间段2安装第一管节6，使第一管节6的尾端与活动密封止水盖10的前端相连固连成一体；
4）顶推装置2-1顶推第一管节6的前端，活动密封止水盖10的尾端逐渐滑出工程船的尾部，工程船向前运行；
5）挖掘装置4挖掘前方的岩土，挖掘机7挖掘两侧墙内的岩土；
6）工程船后部的灌注装置11将混凝土灌满活动密封止盖10（含第一管节）两侧及底部与岩土之间的空间；
7）第一管节6的前端顶推至中间段2尾部的设定距离后，顶进装置2-1缩回，放下第二管节6，将第二管节6的尾端与第一管节6的前端相连成一体；
8）前段3继续挖掘前方的岩土，顶推装置2-1顶推第二管节6的前端，工程船继续向前运动；
9）重复上述动作，完成全部管节6的施工。

Claims (10)

1.一种用于水下隧道的工程船，其特征是工程船由后段、中间段和前段组成，工程船的上部高于水面；后段既是工程船与隧道密封止水段也是混凝土灌注段，止水时防止水从隧道与后部接缝进入中间段，使混凝土充满隧道底板和两侧板与岩土间的空间，尾端开口的截面与隧道管节截面相同；中间段是隧道施工段，在中间段的后部舱室进行管节施工，完成与原有已施工管节的连接，中间段的前部安装有顶推装置；前段是挖掘岩土段。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下隧道的工程船，其特征是所述的前段由U型舱和挖掘装置组成，U型舱由两侧墙和底板组成，即U型舱的前部和上部均开口，U型舱的两侧墙和底板的前端均设有链刀运行的轨道，两侧墙和底板内还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，U型舱前端轨道上的链刀仅挖掘两侧板和底板前方的岩土，两侧板前端挖掘岩土的链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方，底板前端挖掘岩土的链刀从前往后运行时将已挖掘的岩土带至后方或经岩土输送机送出。
3.根据权利要求1所述的一种用于水下隧道的工程船，其特征是所述的前段由两侧板和位于两侧板前端的挖掘装置组成，即前段的前部和上下均开口，两侧板的前端设有链刀运行的轨道，两侧板还设有链刀运行的轨道；挖掘装置由传动装置和链刀组成，传动装置由驱动装置和链轮组成，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；施工时驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，前端轨道上的链刀仅挖掘两侧墙前方的岩土，链刀从下往上运行时将已挖掘的岩土带至上方。
4.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道的工程船，其特征是所述的工程船设有若干行走轨道，行走轨道上运行有起重机和挖掘机，挖掘机仅挖掘两侧板内的岩土。
5.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道的工程船，其特征是所述的前段的后部设有无底板的隧道基础处理段。
6.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道的工程船，其特征是所述的密封止水段仅在进行管节施工时进行密封止水。
7.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道的工程船施工法，其特征是所述的施工法包括如下步骤：
1）在现场水中建工作井，处理好基础；
2）工程船至施工现场，在工作井中下沉至设定深度，工程船后段尾部开口处有一活动密封止水盖，活动密封止水盖的前端伸进中间段的尾部；
3）在中间段安装第一管节，使第一管节的尾端与活动密封止水盖的前端相连固连成一体；
4）顶推装置顶推第一管节的前端，活动密封止水盖的尾端逐渐滑出工程船的尾部，工程船向前运行；
5）挖掘装置挖掘前方的岩土，挖掘机挖掘两侧墙内的岩土；
6）工程船后部的灌注装置将混凝土灌满活动密封止盖（含第一管节）两侧及底部与岩土之间的空间；
7）第一管节的前端顶推至中间段尾部的设定距离后，顶进装置缩回，放下第二管节，将第二管节的尾端与第一管节的前端相连成一体；
8）掘进段继续挖掘前方的岩土，顶推装置顶推第二管节的前端，工程船继续向前运动；
9）重复上述动作，完成全部管节的施工。
8.根据权利要求1所述的一种用于水下隧道工程船施工法，其特征是所述的隧道上部在水底之上或淤泥之中。
9.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道工程船，其特征是所述的链刀的中心线是空间曲线。
10.根据权利要求2、3所述的一种用于水下隧道工程船施工法，其特征是所述的链刀是多排链刀，多排链刀在挖掘面布置成锥形。
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