CN107663865B - 一种斜拉式沉管隧道结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜拉式沉管隧道结构及方法，它解决了现有技术中沉管隧道结构施工需要投入大量人力、设备与财力的问题，具有可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，可调节性的有益效果，其方案如下：一种斜拉式沉管隧道结构，包括多节沉管，每节沉管两侧均固定有与沉管表面垂直设置的桩基础，桩基础与沉管之间通过多根斜拉索进行连接，所述斜拉索对称设于所述桩基础的两侧，所述斜拉索倾斜设置。

Description

一种斜拉式沉管隧道结构及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其在软黏土或河床、近海岸地区修建水下隧道，特别是涉及一种斜拉式沉管隧道结构及方法。

背景技术

沉管隧道结构具有造价较低、施工工期短、易操作安装、断面型式多样等优点，已在跨河、跨海工程中得到广泛应用。然而，在软黏土或河床、近海岸地区采用沉管法修建水下隧道，由于河床或近海岸地区地层分布不均匀(岩土介质力学强度从河岸或海岸向河床或海床以此减弱)，相同结构物放置于这样的地层上极易造成结构物整体的不均匀沉降，致使结构物开裂，因此这种复杂地层上地基基础加固至为重要；若地基基础加固不稳，极易造成沉管隧道结构倾覆变形，从而危及施工人员生命安全和损坏生产设备。与此同时，常规地基加固方法虽然能够有效地加固地基，但施工过程需要投入大量的人力、设备与财力，同时还增加了施工风险。随着中国海洋资源的不断向深海开发，海底隧道的建设必将迎来加快发展时期，然而传统地基加固工艺已不能保证深海海底沉管隧道地基的稳定性，这就制约了沉管隧道的发展和应用。

因此，需要对沉管隧道结构进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种斜拉式沉管隧道结构，将传统沉管隧道结构与海洋石油开采平台的桩基础组成一种新型沉管隧道结构，借鉴斜拉式桥梁工程的施工方法，以满足软弱地层或深海地区水下结构的施工与稳定。该结构为小沉管隧道结构拼接而成，且有斜拉索牵引，布置方式可以适用于岩土介质力学强度不均匀的地层，通过斜拉索可以有效调整单节沉管隧道结构的布设角度，以适应高低起伏的河床或海床地层，已到达结构的整体稳定。

一种斜拉式沉管隧道结构的具体方案如下：

一种斜拉式沉管隧道结构，包括多节沉管，每节沉管两侧均固定有与沉管表面垂直设置的桩基础，桩基础与沉管之间通过多根斜拉索进行连接，该结构通过斜拉索将沉管与桩基础连接为一个整体，能够有效地提高沉管隧道的适用范围，减少沉管隧道地基失稳破坏、持久地提高隧道自稳性能，保证沉管隧道施工和运营期间的人员安全和设备运转，通过对斜拉索长度与角度的调整，实现沉管相对于铺设面的调整，每节沉管可以不再保持统一的一条直线，柔性增加适用范围广。

进一步地，为了保证连接的稳定性，所述斜拉索对称设于所述桩基础的两侧。

进一步地，所述斜拉索为高强钢丝或钢绞线，每节沉管一侧对应设置一斜拉索，桩基础一侧的多根斜拉索顶部共同连接到一个点，底部分别与沉管表面固定。

进一步地，为了方便对沉管的固定，所述桩基础底部超过沉管下表面设置。

进一步地，为了节约资源，提高能源利用率，所述吸力式桩基础为空心结构。

进一步地，为了保证结构的稳定性和可靠性，所述桩基础直径为3m～5m，高度为30m～40m。

进一步地，所述桩基础直径为4m，高35m。

进一步地，所述桩基础为吸力式桩基础，吸力式桩基础作为海洋石油开采平台深基础结构，其施工工艺成熟、方便快捷。

进一步地，所述斜拉索顶部距离所述桩基础顶部0.8m-1.2m，以保证斜拉索固定的稳定，而且斜拉索顶部固定于桩基础侧部的拉环，桩基础两侧各设置一拉环，桩基础一侧的斜拉索均与一拉环固连。

本发明的结构通过斜拉索将吸力式桩基础与沉管相连，持久地提高沉管结构地基稳定性，有效地减少沉管隧道在软弱地层的变形；并且，隧道结构包括并联连接的11段，从而使得原有沉管隧道结构长度减小，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，调节相应沉管对应斜拉锁的长度和角度，有效保证沉管底面与铺设面的适应性。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种斜拉式沉管隧道结构的施工方法，具体步骤如下：

1)在工厂预制沉管，并将沉管运输到施工现场；

2)在施工现场施做多个吸力式桩基础；

3)拼装多节沉管，并按照铺设面的角度在沉管两侧均通过斜拉索连接每节沉管与吸力式桩基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过斜拉索将吸力式桩基础与沉管隧道结构相连，持久地提高沉管结构地基稳定性，有效地减少沉管隧道在软弱地层的变形；并且，将原有沉管隧道结构长度减小，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，具有可调节性。

(1)沉管隧道稳定性方面：能够有效地提高沉管隧道的适用范围，减少沉管隧道地基失稳破坏、持久地提高隧道自稳性能，保证沉管隧道施工和运营期间的人员安全和设备运转。

(2)恶劣地质条件适应性方面：打破原有沉管隧道结构过长、柔性变形适应性差等不足，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，具有可调节性。

(3)施工方面：沉管隧道结构完全由预制厂按照设计图纸加工制作，提高了生产效率，减少了对施工环境的污染。吸力式桩基础施工工艺成熟、方便快捷。上述两种结构通过斜拉索连接沉管隧道结构的两侧和吸力式桩基础结构顶部之间的吊装扣，使它们组成一个整体结构；与传统斜拉式桥梁的斜拉索施工相比，斜拉索无需承担较大牵引力，只需满足沉管隧道结构单个管片的位置调整和部分重力作用即可，因此其施工工艺简单易操作，耐久性强，不易发生拉伸破坏。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本新型斜拉式沉管隧道结构的正视图；

图2为本新型斜拉式沉管隧道结构的纵断面图。

图3为本新型斜拉式沉管隧道结构的吸力式桩基础示意图。

图4为本新型斜拉式沉管隧道建设完成的纵断面图。

图5为本新型斜拉式沉管隧道建设完成的示意图。

其中，单位：cm；1、沉管；2、斜拉索；3、桩基础。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种斜拉式沉管隧道结构。

本申请的一种典型的实施方式中，如图5所示，一种斜拉式沉管隧道结构，包括多节沉管1，每节沉管1两侧均固定有与沉管表面垂直设置的桩基础3，桩基础3与沉管1之间通过多根斜拉索2进行连接，该结构通过斜拉索2将沉管与桩基础连接为一个整体，能够有效地提高沉管隧道的适用范围，减少沉管隧道地基失稳破坏、持久地提高隧道自稳性能，保证沉管隧道施工和运营期间的人员安全和设备运转。

沉管1的结构尺寸为宽30m，高10m，宽5m，需要在预制厂预制，如图1和图2所示。

为了保证连接的稳定性，所述斜拉索2对称设于所述桩基础3的两侧。

所述斜拉索2倾斜设置，如图4所示，斜拉索2设有多根，桩基础3一侧的多根斜拉索顶部共同连接到一个点，底部分别与沉管1表面固定。

为了方便对沉管的固定，所述桩基础3底部超过沉管1下表面设置。

所述桩基础3为空心结构。所述桩基础3直径为4m，高35m；所述斜拉索顶部距离所述桩基础顶部0.8m-1.2m，桩基础采用厚度为30mm的加强钢筋板，如图3所示，桩基础两侧各设置一拉环，桩基础一侧的斜拉索均与一拉环固连，斜拉索顶部可设置拉钩，方便连接，或者斜拉索与桩基础通过其他可拆卸方式进行连接。

所述桩基础3为吸力式桩基础，吸力式桩基础作为海洋石油开采平台深基础结构，其施工工艺成熟、方便快捷。

本发明的结构通过斜拉索将吸力式桩基础与沉管相连，持久地提高沉管结构地基稳定性，有效地减少沉管隧道在软弱地层的变形；并且，每节沉管包括并联连接的11段，从而使得原有沉管隧道结构长度减小，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，具有可调节性。

上述沉管隧道结构的施工方法：

(1)沉管隧道结构制作

沉管隧道结构尺寸为宽30m，高10m，宽5m，在预制厂预制，预制方法与传统沉管隧道结构相同。

(2)吸力式桩基础安装

吸力式桩基础为直接4m，高35m的圆桶钢结构，钢结构采用厚度为30mm的加强钢筋板。施工方法与海洋石油开采平台吸力式基础安装方式相同。

(3)斜拉索相连

距离吸力式桩基础顶部1m处固定斜拉索，每节沉管隧道结构两侧分别用斜拉索与同侧的吸力式桩基础相连，以11节沉管为一单元。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种斜拉式沉管隧道结构，其特征在于，包括多节沉管，每节沉管两侧均固定有与沉管表面垂直设置的桩基础，桩基础与沉管之间通过多根斜拉索进行连接；

所述斜拉索对称设于所述桩基础的两侧；

所述斜拉索倾斜设置，斜拉索无需承担较大牵引力；

所述桩基础底部超过沉管下表面设置；

通过斜拉索将沉管与桩基础连接为一个整体；通过对斜拉索长度与角度的调整，实现沉管相对于铺设面的调整，适应高低起伏的河床或海床地层，每节沉管能够不保持统一的一条直线，沉管隧道具有柔性；

所述桩基础为吸力式桩基础；

所述斜拉索顶部距离所述桩基础顶部0.8m-1.2m。

2.根据权利要求1所述的一种斜拉式沉管隧道结构，其特征在于，所述桩基础为空心结构。

3.根据权利要求1所述的一种斜拉式沉管隧道结构，其特征在于，所述桩基础直径为3m～5m，高度为30m～40m。

4.根据权利要求1所述的一种斜拉式沉管隧道结构，其特征在于，所述桩基础直径为4m，高35m。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种斜拉式沉管隧道结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在工厂预制沉管，并将沉管运输到施工现场；

2)在施工现场施做多个吸力式桩基础；

3)拼装多节沉管，并按照铺设面的角度在沉管两侧均通过斜拉索连接每节沉管与吸力式桩基础。