CN106759495B - 一种沉箱、隧道以及使用沉箱建造隧道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉箱、隧道以及使用沉箱建造隧道的方法，通过在陆地上预制沉箱，在水中固定和安装沉箱，铺设成隧道，大大缩减了隧道建设工期，降低了材料消耗量，大大节约了成本。本发明的隧道可以用于步行通道、铁路运输及汽车交通，还可用于运输气体或液体。

Description

一种沉箱、隧道以及使用沉箱建造隧道的方法

技术领域

本发明属于隧道的建造与铺设技术领域，具体是一种沉箱、隧道以及使用沉箱建造隧道的方法。

背景技术

隧道是一种常见的河水或海水下的建筑工程，已知大量的水体下隧道建造的工艺方法。比如，使用用于土地钻进的隧道掘进钻机，排出钻进获取的材料，随着隧道掘进钻机的前进逐步建造由连续部件组成的隧道（如同山洞隧道铺设时的情况）。水底下建造的隧道具有不妨碍水上交通的优势。而不足之处在于巨大的工作量、必须掘取上百万吨的土壤、较长的建筑工期以及巨大的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种沉箱及使用该沉箱建造隧道的方法，使用预制的沉箱铺设隧道，简化了隧道铺设过程、降低工作量、减少工期和成本。

为实现上述发明目的，本发明的一种沉箱，包括第一至第四侧壁围成的空腔，所述第一侧壁和第三侧壁相对，所述第二侧壁和第四侧壁相对；所述沉箱的第三侧壁的端部安装对向导轨；所述空腔两端采用衬垫覆盖；所述第一和第三侧壁上设置定位块，所述定位块上开设平行于空腔轴线的第一定位孔和垂直于空腔轴线的第二定位孔；所述第一定位孔内插入插销，所述插销用于固定柱桩；在所述沉箱的两端安装法兰，法兰上开设连接孔，所述法兰边缘突出在沉箱外，沿着法兰的边缘装配角形支架。

进一步的，所述沉箱可以采用钢筋混凝土、装甲陶瓷、聚合物复合材料（玻璃纤维和乙烯醚）以及其它坚固材料制成。聚合物复合材料的优势在于部件可以做成透明的。

进一步的，所述沉箱由若干沉箱组件拼接而成，所述沉箱组件的结构均相同。

一种隧道，包括若干所述沉箱，每两个沉箱之间通过卡钳连接，所述卡钳套装在所述对向导轨上，所述卡钳带有主销；所述第二侧壁上设置固定滑轨。

一种建造上述隧道的方法，包括以下步骤：

在所述固定导轨上安装移动平台。

在用于铺设隧道的壕沟底部放置带有移动平台的第一个沉箱，向所述第二定位孔插入柱桩，将所述第一个沉箱固定到壕沟底部，并通过所述插销固定；所述壕沟通过横堤与水区隔离。

在壕沟内远离水区的一侧建立防水墙，所述沉箱的主体在防水墙与水区之间，只有端面伸出防水墙。

在对岸的壕沟内距离堤岸边缘一定距离处建造临时水坝；之后，铲平横堤，壕沟彼此相对延长；每一条壕沟都延伸到海峡或河流底部开始低于壕沟底部的地方。

将第二个沉箱沉入水中，放在所述移动平台上，将载有第二个沉箱的移动平台拖向第一个沉箱靠近水区的一端，直至两个沉箱的卡钳结合在一起，之后卡钳用主销固定。

翻转第二个沉箱，第二个沉箱沉入水中，其一个端面与第一个沉箱靠近水区的端面对接；两个沉箱接近的角形支架利用螺栓连接拉紧；两个沉箱相邻的法兰通过衬垫的螺栓或者铆接固定在一起，然后切开衬垫，采用金属带材沿着内周边焊接两个沉箱的法兰，最后浇注混凝土。

第三个至第N个沉箱的安装方法与第二个沉箱相同。

完成施工后，用土填平壕沟。

进一步的，所述插销和柱桩的型面均是带有交替凹槽和凸起的，所述插销上的凹槽/凸起与所述柱桩上的凸起/凹槽相互配合。

进一步的，在将第二个沉箱沉入水中时，在第二个沉箱上加载定量载荷；在第一和第二沉箱的卡钳结合在一起后，去掉定量载荷；在翻转第二个沉箱时，当第二个沉箱超过竖直位置后，重新加载定量载荷。

本发明的一种沉箱、隧道以及使用沉箱建造隧道的方法，通过在陆地上预制沉箱，在水中固定和安装沉箱，铺设成隧道，大大缩减了隧道建设工期，降低了材料消耗量，大大节约了成本。本发明的隧道可以用于步行通道、铁路运输及汽车交通，还可用于运输气体或液体。

附图说明

图1为本发明的沉箱的整体结构示意图；

图2为本发明的沉箱的装配示意图；

图3为本发明的法兰结构示意图；

图4为图3所示的法兰另一角度的示意图；

图5为沉箱的端面组件示意图；

图6为与图5所述的端面组件对向的另一个端面组件的示意图；

图7为带有固定导轨和移动平台的沉箱的示意图；

图8为带有移动平台和卡钳的沉箱的示意图；

图9为插销和柱桩示意图；

图10为用于建造隧道的海峡（水湾、河流）地段的示意图；

图11为带有已安装沉箱的堤岸壕沟片段（切口）示意图；

图12为带有防水墙的堤岸片段示意图；

图13为带有第二个沉箱的堤岸片段示意图；

图14为安装阶段的第一个和第二个沉箱示意图；

图15为开始翻转第二个沉箱状态示意图；

图16为图15显示的沉箱继续翻转示意图；

图17为图15显示的沉箱翻转结束状态示意图；

图18为用柱桩固定第二个沉箱状态示意图；

图19和20为安装第三个沉箱示意图；

图21为固定上一个和下一个沉箱的片段（端面组件）示意图；

图22为带有切割衬垫的片段（相邻沉箱的端面组件）示意图；

图23为带有护罩的片段（相邻沉箱的端面组件）示意图；

图24为隧道总体示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种内燃波转子强化燃烧装置进行详细说明。

如图1和2所示，每个沉箱由单独的沉箱组件2装配而成，这些组件是由例如厚壁混凝土（或者钢筋混凝土）制成的。沉箱1包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，以及第一侧壁第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁围成的空腔。第一和第三侧壁上设置定位块3。在定位块3内部做出平行于沉箱轴线的第一定位孔4，并且按一定次序做出垂直于轴线的N个开口5。

如图5和6，端面沉箱组件2是与法兰内周边带有孔洞7的金属法兰6一同生产的，图3和4为法兰的结构示意图。法兰的内边缘突出在组件内周边之外。沿着外周边的边缘端面组件装配了角形支架8。支架可以有M个。法兰配置了带有螺母的双头螺栓9，在制造端面组件时它们充满水泥浆或其它混合物浆液，用于形成牢固的固定。

如图2所示，在法兰上配置了短的对向导轨10。沉箱端面用衬垫11覆盖，衬垫是由密实的材料制成，例如：坦克橡胶或塑料，然后用胶水混合物固定在法兰上。

在装配沉箱1时，沉箱组件2使用专用浆液或者胶水混合物彼此牢固连接。

隧道由彼此对接的沉箱1组成。建造隧道的整个过程，包括陆上隧道单独沉箱的制造、使用临时端面防水隔板（衬垫）进行密封、将其沉入水中并将沉箱运输至安装地点、彼此对接以及利用水柱桩进行固定。其不同之处在于，在沉箱侧板上制造平行于其轴线的开口，并按照一定的次序制造垂直于它们的N开口。这种情况下，沉箱的每一个端面都装备了带有沿内周长排列的孔洞的法兰，和角形支架，并且在法兰边缘从一个方向上固定了短的相向导轨，可移动卡钳可以沿导轨移动。而在每一个沉箱的上部沿着沉箱固定有滑轨，并且在安装隧道之前，在相对的两岸上断开使用土层从水区划分出的壕沟，此时，在其中一岸的底部装配起第一个隧道沉箱，并利用柱桩固定到底部，柱桩由一定的型材加工而成，带有交替的凹坑和凸起。此时，柱桩通过沉箱侧板上的垂直开口打入土壤，然后从沉箱的每个方向通过插销进行固定。插销的型面同样加工成带有交替的凹坑和凸起，插入平行于沉箱轴线的开口中。之后在沉箱滑轨上安装带轮平台，然后每条壕沟都距岸边一定的距离隔开。并且，在一个壕沟内安装环绕所装沉箱入口端的防水墙墙，而在相对的壕沟内设置临时水坝，然后铲平两岸上的土壤层（横堤），彼此相向延长壕沟，挖深底部直至其水平低于壕沟。之后将下一个成型沉箱沉入充满水的壕沟，初步沿着纵轴翻转180度，在其上固定定量的载荷，放置在平台上，使这个沉箱与上一个沉箱的卡钳结合到符合隧道安装方向的顶端上，并且将它们活动的固定在主销上，使得安装中的沉箱可以在其上旋转。之后去掉定量载荷，利用吊车旋转被安装在主销上的沉箱，在沉箱经过垂直位置后从新固定定量载荷。之后沉箱继续翻转，当其端面对接到上一个沉箱的端面时，便利用螺栓连接角形支架。然后沉箱便通过柱桩固定到水底。下一个沉箱同样的下降到位于第一个沉箱上的平台上，沿着滑轨运送，直至其卡钳通过主销和旋转、对接、固定至水底的操作，与上一个沉箱的卡钳、下一个固定位结合在一起。当完成将隧道铺设到下一个沉箱出口端周围的临时水坝上时，安装固定防水墙，而水坝被拆除。完成隧道安装后，相邻沉箱的法兰用螺栓或者铆接拉紧，之后切割临时隔板，用成对的带材沿着内圆周焊接法兰，浇注上混凝土。

具体来说，使用已经预制好的上述沉箱铺设隧道的过程为：

在每一个沉箱的专门凹槽（当然也是每个沉箱组件的凹槽）内插入并固定滑轨12。如图8所示，在需要时，对向导轨10套上带有主销14的卡钳13，卡钳13可以沿着这些对向导轨10垂直于沉箱轴线进行移动。

如图7所示，然后在固定于沉箱“背部”的滑轨12上安装带轮子的移动平台15。如图9所示，从沉箱的两个方向上向第一定位孔4插入插销16，这些插销用于固定插入开口5的柱桩17。插销16和每一个柱桩的型面均由一定的带有交替凹槽和凸起的型面制成，可以固定柱桩。

如图10所示，在每一个堤岸上距离专用水区不远的地方开一个带有出入道的壕沟。壕沟的深度由设计隧道基准线上海峡的最大深度和该区域航行条件下船舶下沉的最大数值之间的数值来确定。每一条壕沟均用天然土壤层（横堤）18从专用水区中划分出来。

如图11所示，在一个壕沟底部汇集并安装隧道的第一个沉箱1。第一个沉箱安装后用柱桩17将其固定到壕沟底部，这些柱桩17穿过沉箱侧板上的第二定位孔5打入土壤，并利用插销锁16加以固定。

如图12所示，接下来出入壕沟在距离堤岸边缘较远距离上用防水墙19覆盖。并且，墙是围绕已安装的第一个沉箱1按如下方式装配的，即：在壕沟内留下沉箱的绝大部分，而在外面只伸出一个端面。此时，根据墙厚不同，第一个沉箱由明显比所有后续沉箱数量要多的沉箱组件2装配而成。

这时，在对岸的壕沟内距离堤岸边缘一定距离处建造临时水坝。

之后，铲平两岸上的土壤层（横堤）18，壕沟彼此相对延长。每一条壕沟都延伸到海峡（河流）底部开始低于壕沟底部的地方。在铲平土壤横堤18之后，壕沟内充满了水。

如图13和14所示，下一个沉箱在壕沟边缘的陆地上装配，利用吊车以“背部”下放到充满水的壕沟内。因为沉箱具有正浮力，在其上设置下述定量载荷20，使得重量比阿基米德上推力（浮力）没有明显占优。将沉箱沉入水中，安放在移动平台15上，移动平台是放置在上一个沉箱1的固定滑轨上的。利用拖船将载有沉箱的移动平台拉向上一个沉箱的端面，直至两个端面的卡钳13全部结合在一起。之后卡钳成对的用主销14固定。

如图15至16所示，然后去掉定量压载，利用阿基米德上推力（浮力）和吊车翻转被安装在主销14上的沉箱，当其通过垂直位置后重新在其上固定定量压载20，但是是从另一个方向。

如图17所示，之后，沉箱沉入水中，继续翻转，其端面与上一个沉箱的端面对接。如图18所示，角形支架8利用螺栓连接拉紧，然后沉箱就固定到柱桩17底部了。如图19至20所示，下一个第三沉箱同样的下放到位于第一个沉箱上的移动平台15，沿着第一和第二个沉箱的滑轨运送至其卡钳与上一个沉箱的卡钳13吻合，之后利用主销14和翻转、对接与固定至底部等工序进行后续定位。

如图21至23相邻沉箱的法兰6通过穿过衬垫11的螺栓或者铆接连接固定在一起。然后切开临时衬垫，用金属带材（护罩）21沿着内周边成对焊接法兰。最后浇注混凝土。

柱桩17的长度根据沉箱下方水底的深度不同而变化。在一些地方沉箱平躺在水底，而在另一些地方则提高到水底之上的柱桩上。如果随着隧道安装进程遇到明显的水底局部凹处，则可以合理的不使用超长柱桩，而用横梁22覆盖凹处，在横梁上再固定柱桩17。鉴于在整个隧道上将持续作用着阿基米德上推力（浮力），则在柱桩和横梁上不会从沉箱方向上施加巨大的压力。

如图24所示，完成全部施工后，得到隧道。完成施工后用土填平壕沟。

沉箱可以由钢筋混凝土、装甲陶瓷、聚合物复合材料（玻璃纤维和乙烯醚）以及其它坚固材料制成。聚合物复合材料的优势在于沉箱可以做成透明的。

当使用混凝土或其它具有在一定条件下保留液体和固体状态（凝结）属性的材料制造沉箱时，可合理使用工业3D打印机加工沉箱组件。

基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。

Claims (7)

1.一种沉箱，包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，以及第一侧壁第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁围成的空腔；所述第一侧壁和第三侧壁相对，所述第二侧壁和第四侧壁相对；其特征在于，所述沉箱的第三侧壁的端部安装对向导轨；所述空腔两端采用衬垫覆盖；所述第一和第三侧壁上设置定位块，所述定位块上开设平行于空腔轴线的第一定位孔和垂直于空腔轴线的第二定位孔；所述第一定位孔内插入插销，所述插销用于固定柱桩；在所述沉箱的两端安装法兰，法兰上开设连接孔，所述法兰边缘突出在沉箱外，沿着法兰的边缘装配角形支架。

2.根据权利要求1所述的沉箱，其特征在于，所述沉箱采用钢筋混凝土、装甲陶瓷、聚合物复合材料或者其它坚固材料制成。

3.根据权利要求1所述的沉箱，其特征在于，所述沉箱由若干沉箱组件拼接而成，所述沉箱组件的结构均相同。

4.一种隧道，其特征在于，包括若干权利要求1至3任一项所述的沉箱，每两个沉箱之间通过卡钳连接，所述卡钳套装在所述对向导轨上，所述卡钳带有主销；所述第二侧壁上设置固定滑轨。

5.一种建造权利要求4所述的隧道的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在固定导轨上安装移动平台；

在用于铺设隧道的壕沟底部放置带有移动平台的第一个沉箱，向所述第二定位孔插入柱桩，将所述第一个沉箱固定到壕沟底部，并通过所述插销固定；所述壕沟通过横堤与水区隔离；

在壕沟内远离水区的一侧建立防水墙，所述沉箱的主体在防水墙与水区之间，只有端面伸出防水墙；

在对岸的壕沟内距离堤岸边缘一定距离处建造临时水坝；之后，铲平横堤，壕沟彼此相对延长；每一条壕沟都延伸到海峡或河流底部开始低于壕沟底部的地方；

将第二个沉箱沉入水中，放在所述移动平台上，将载有第二个沉箱的移动平台拖向第一个沉箱靠近水区的一端，直至两个沉箱的卡钳结合在一起，之后卡钳用主销固定；

翻转第二个沉箱，第二个沉箱沉入水中，其一个端面与第一个沉箱靠近水区的端面对接；两个沉箱接近的角形支架利用螺栓连接拉紧；两个沉箱相邻的法兰通过衬垫的螺栓或者铆接固定在一起，然后切开衬垫，采用金属带材沿着内周边焊接两个沉箱的法兰，最后浇注混凝土；

第三个至第N个沉箱的安装方法与第二个沉箱相同；

完成施工后，用土填平壕沟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述插销和柱桩的型面均是带有交替凹槽和凸起的，所述插销上的凹槽/凸起与所述柱桩上的凸起/凹槽相互配合。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将第二个沉箱沉入水中时，在第二个沉箱上加载定量载荷；在第一和第二沉箱的卡钳结合在一起后，去掉定量载荷；在翻转第二个沉箱时，当第二个沉箱超过竖直位置后，重新加载定量载荷。