CN110258644A - 一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道及建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道及建造方法，其技术方案要点是：一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，包括锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井，在锭兼驱动井和锚锭兼接收井之间设有钢缆索、隧道；隧道分成若干段管节，每个管节设若干个连接环，供刚缆索穿设。本发明便于江河湖海中水下悬浮隧道精确定位建造。

Description

一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道及建造方法

技术领域

本发明涉及水下悬浮隧道领域，尤其涉及到一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道及建造方法。

背景技术

悬浮隧道又名阿基米德桥，是一种新型的跨水域交通构筑物。其主要利用隧道管体所受的浮力来平衡重力和运营交通荷载。悬浮隧道体系自上个世纪50年代被提出以来，引起了世界上诸如丹麦、意大利、挪威、日本、美国和中国等国家的重视。随着科研工作者不断地研究和推动，其概念得以广泛的传播而被人们所接受。然而，因其本身所处复杂的环境和未知的结构性能等原因，世界上还未有成功建成的悬浮隧道结构。

在悬浮隧道建造过程中，容易受水流等环境因素影响，导致悬浮隧道建造安装中出现偏差，影响水下悬浮隧道精准建造。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道及建造方法，便于江河湖海中水下悬浮隧道精确定位建造，并开拓钢材应用市场。

本发明的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：1.一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，包括锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井，在锭兼驱动井和锚锭兼接收井之间设置有钢缆索、圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形截面隧道，所述钢缆索位于隧道正下方；

所述隧道沿纵向分成若干段管节，每个管节底侧正下方等间距设若干个连接环，所述连接环供对应刚缆索穿设。

本发明的进一步设置为：在锚锭兼驱动井中顺着钢缆索的预设自然倾角并紧贴其下侧壁分别设置导轨，导轨最低处位置都高出水面，顺着导轨的倾角并在其上分别设置隧道顶进装置。

本发明的进一步设置为：所述锚锭兼驱动井内侧壁开设有供钢缆索穿设的第一缺口，锚锭兼接收井类侧壁开设有供钢缆索穿设的第二缺口，并且所述钢缆索的两端分别固定于对应锚锭兼驱动井及锚锭兼接收井的外侧壁。

本发明的进一步设置为：钢缆索的截面都为圆形，直径在100mm至1000mm之间。

本发明的进一步设置为：管节均为为钢管或钢管混凝土管，每段管节中轴线为直线，横截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形，侧视面为上侧边线比下侧边线短的等腰梯形，管节的外直径或多边形截面最大对角线在2m至20m之间，管节中轴线段长度在2m至30m之间，管节侧视面等腰梯形两侧边延长线夹角子在5°以下。

本发明的进一步设置为：所述连接环在与钢缆索连接前均分为两段，所述钢缆索卡入对应连接环并与管节连接后，连接环分别连接成完整圆环状。

本发明的进一步设置为：一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道的建造方法，包括如下步骤：

S1、预制若干段管节；在待穿越水域两岸分别设置锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井，在锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井之间安装钢缆索；在锚锭兼驱动井内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道的第一门洞，第一门洞的底侧正下方开设可穿越钢缆索及连接环的第一缺口；在锚锭兼接收井内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道第二门洞，第二门洞的底侧正下方开设可穿越钢缆索及连接环的第二缺口；在锚锭兼驱动井中顺着钢缆索的预设自然倾角并紧贴其下分别设置导轨，导轨最低处位置都高出水面，顺着导轨的倾角在其上分别安装隧道顶进装置；

S2、将第一段管节放置于钢缆索和导轨上，将对应连接环安装于钢缆索，并且每个连接环可事先将一个完整圆环分为两段，待连接环被安装穿过对应钢缆索后再连接成完整圆环；

S3、第一段管节靠近锚锭兼接收井一端安装密封端板，利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置，顶推管节管节穿过第一门洞并向锚锭兼接收井方向移动；同时向管节内注入水以维持浮力和重力平衡，管节内水面低于外水面；

S4、按顺序将后方管节放置于钢缆索和导轨上，并将对应的连接环安装于对应的钢缆索；

S5、将后方管节与前方相邻的管节对接贯通，并利用焊接方法将管节与前方相邻的管节焊接固定连接；

S6、利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置，顶推管节向锚锭兼接收井方向移动；同时向已经通过多个管节贯通的隧道内注入水以维持浮力和重力平衡，隧道内水面低于外水面；

S7、重复上述S4、S5、S6步，将若干段管节安装完毕，并将所有贯通连接的管节顶进到预定位置，其中第一段管节端部到达锚锭兼接收井；

S8、拆除第一段管节端部的端板，并将第一段管节与锚锭兼接收井连接；拆除锚锭兼驱动井的隧道顶进装置，并将最后一段管节靠近锚锭兼驱动井方向一端与锚锭兼驱动井连接；将贯通连接的隧道分别在两端与锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井连接成两个相互平行的贯通整体；

S9、在隧道两侧对称地沉入若干对桩基，桩基距离对应隧道边缘的静间距小于或等于隧道的横截面半径或最长边长，桩基顶高于附近隧道的上边缘；采用固定于桩基的钢连梁及缆绳对隧道从侧面和上下方向给予固定约束和保护，然后排出已经注入隧道的水体。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1)提供一种利用钢缆索辅助定位的水下隧道建造方法，便于江河湖海中水下悬浮隧道精确定位建造。

2)可以用钢缆索辅助定位的水下隧道，利于开拓钢材应用市场。

附图说明

图1是本发明锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井以及钢缆索侧面图；

图2是顶进第一段和第二段管节的局部侧剖面图；

图3是锚锭兼驱动井内侧壁的第一门洞和对应第一缺口的示意图；

图4是锚锭兼接收井内侧壁的第二门洞和对应第二缺口的示意图；

图5是管节穿越锚锭兼驱动井内侧壁的横剖面图；

图6是顶进五段管节的侧面图；

图7是顶进二十六段管节并安装桩基的侧视图；

图8是完整隧道剖视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一，如图1至图8所示，本发明提出的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，包括锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2，在锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2之间设置有缆索5、截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形截面隧道3。

钢缆索5的截面都为圆形，直径不小于100mm且不大于1000mm。钢缆索5的中轴线在俯视图为相互平行的直线，在侧视图为具有相同的矢跨比的倒拱形曲线，其矢跨比不小于1/10且不大于1/1000。

在锚锭兼驱动井1中顺着钢缆索5的预设自然倾角并紧贴其下分别设置导轨13A，导轨13A最低处位置都高出水面。顺着导轨13A的倾角在其上设置隧道顶进装置3A。

隧道3沿纵向分成M段管节编号依次为3-1、3-2、…、3-M。

管节3-1底侧正下方等间距设N个连接环编号依次为3-1-1、3-1-2、…、3-1-N，,其他每段管节底侧正下方同样等间距设N个对应的连接环，如管节3-M底侧正下方等间距设置N个下方连接环编号依次为3-M-1、3-M-2、…、3-M-N。其中所有连接环供钢缆索5穿设。

在锚锭兼驱动井1内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形截面门洞13；第一门洞13的底侧正下方开设可穿越钢缆索5及连接环3-1-1、3-1-2、…、3-M-N的第一缺口15，第一缺口15与上方的第一门洞13连通。

在锚锭兼接收井2内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形截面第二门洞23；第二门洞23的底侧正下方开设可穿越钢缆索5J及连接环3-1-1的第二缺口25；第二缺口25与上方的第二门洞23连通。

钢缆索5一端穿过锚锭兼驱动井1内侧壁的第一缺口15，紧贴敷设于导轨13A上，并固定于锚锭兼驱动井1外侧壁；另一端穿过锚锭兼接收井2内侧壁第二缺口25，并固定于锚锭兼接收井2外侧壁。

管节3-1为钢管或钢管混凝土管，每段管节3-1中轴线为直线，横截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形，侧视面为上侧边线比下侧边线短的等腰梯形。管节3-1的外直径或多边形截面最大对角线不小于2m且不大于20m，每段管节3-1的中轴线段长度不小于2m且不大于30m，每段管节3-1的侧视面等腰梯形两侧边延长线夹角不大于5°。

实施例二，一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮双隧道的建造方法，包括如下步骤：

S1、预制M段管节编号依次为3-1、3-2、…、3-M，每段管节3-1、3-2、…、3-M中轴线为直线，横截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形，侧视面为上侧边线比下侧边线短的等腰梯形，外直径或多边形截面最大对角线不小于2m且不大于20m，中轴线段长度不小于2m且不大于30m，侧视面等腰梯形两侧边延长线夹角不大于5°。并在待穿越水域两岸分别设置锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2，在锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2安装钢缆索5，并在钢缆索5上套设若干连接环编号依次为3-1-1、3-1-2、…、3-M-N(N为每个管节连接连接环的数量)；在锚锭兼驱动井1内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的第一门洞13，第一门洞13的底侧正下方开设可穿越钢缆索5及连接环3-1-1、3-1-2、…、3-M-N的第一缺口15；在锚锭兼接收井2内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的第二门洞23，第二门洞23的底侧正下方开设可穿越钢缆索5及连接环3-1-1、3-1-2、…、3-M-N的第二缺口25；在锚锭兼驱动井1中顺着钢缆索5的预设自然倾角并紧贴其下分别设置导轨13A，导轨13A最低处位置都高出水面，顺着导轨13A的倾角在其上分别安装隧道顶进装置3A；

S2、将第一段管节3-1放置于钢缆索5和导轨13A上，将对应连接环3-1-1、3-1-2、…、3-1-N通过焊接固定于管节3-1；

S3、第一段管节靠近锚锭兼接收井2一端安装密封端板3B，利用锚锭兼驱动井1中的隧道顶进装置3A，分别顶推管节3-1，使管节3-1穿过第一门洞13并向锚锭兼接收井2方向移动；同时向管节3-1内注入水以维持浮力和重力平衡，管节3-1内水面低于外水面；

S4、按顺序将后方管节3-2、…、3-M放置于钢缆索5和导轨13A上，并将对应的连接环3-2-1、3-2-2、…、3-M-N安装于对应的钢缆索5；

S5、将管节3-2、…、3-M与前方相邻的管节对接贯通，并利用焊接方法将管节3-2、…、3-M与前方相邻的管节焊接固定连接；

S6、利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置3A，分别顶推管节3-2、…、3-M；同时向已经通过多个管节3-1、3-2、…、3-M分接贯通的隧道3内注入水以维持浮力和重力平衡，隧道3内水面低于外水面；

S7、重复上述S4、S5、S6步，将若干段管节3-1、3-2、…、3-M安装完毕，并将所有贯通连接的管节3-1、3-2、…、3-M顶进到预定位置，其中第一段管节3-1端部到达锚锭兼接收井2；

S8、拆除第一段管节3-1端部的端板3B，并将第一管节3-1与锚锭兼接收井2连接；拆除锚锭兼驱动井1的隧道顶进装置3A，并将最后一段管节3-M靠近锚锭兼驱动井1方向一端与锚锭兼驱动井1连接；将贯通连接的隧道3分别在两端与锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2连接成贯通整体。

S9、在隧道3两侧对称地沉入若干对桩基6，桩基6的直径或最小边长不小于800mm桩基6距离对应隧道3边缘的静间距不大于隧道3的横截面半径或最大边长，桩基6顶高于隧道附近的上边缘；采用固定于桩基6的钢连梁及缆绳对隧道3从侧面和上下方向给予固定约束和保护，然后排出已经注入隧道3和的水体。

应用例1：S1、预制若干管节3-1、3-2、…、3-26，每段管节3-1、3-2、…、3-26中轴线为直线，横截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形，侧视面为上侧边线比下侧边线短的等腰梯形，外直径或多边形截面最大对角线不小于2m且不大于20m，中轴线段长度不小于2m且不大于30m，侧视面等腰梯形两侧边延长线夹角不大于5°。并在待穿越水域两岸分别设置锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2，在锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2安装钢缆索5，并在钢缆索5上套设若干连接环3-1-1、3-1-2、…、3-26-2(每个管节安装两个连接环)；在锚锭兼驱动井1内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的圆形的第一门洞13，第一门洞13的底侧正下方开设可穿越钢缆索5及连接环3-1-1、3-1-2、…、3-26-2的第一缺口15；在锚锭兼接收井2内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道3的圆形的第二门洞23，第二门洞23的底侧正下方开设可穿越钢缆索5及连接环3-1-1、3-1-2、…、3-26-2的第二缺口25；在锚锭兼驱动井1中顺着钢缆索5的预设自然倾角并紧贴其下分别设置导轨13A，导轨13A最低处位置都高出水面，顺着导轨13A的倾角在其上分别安装隧道顶进装置3A；

S2、将第一段管节3-1放置于钢缆索5和导轨13A上，将对应连接环3-1-1、3-1-2通过焊接固定于第一管节3-1；

S3、第一段管节靠近锚锭兼接收井2一端安装密封端板3B，利用锚锭兼驱动井1中的隧道顶进装置3A，分别顶推管节3-1，使管节3-1分别穿过第一门洞13并向锚锭兼接收井2方向移动；同时向管节3-1内注入水以维持浮力和重力平衡，管节3-1内水面低于外水面；

S4、按顺序将后方管节3-2、…、3-26放置于钢缆索5和导轨13A上，并将对应的连接环3-2-1、3-2-2、…、3-26-2安装于对应的钢缆索5；

S5、将管节3-2、…、3-26与前方相邻的管3-1节对接贯通，并利用焊接方法将管节3-2、…、3-26与前方相邻的管节3-1焊接固定连接；

S6、利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置3A，顶推管节3-2、…、3-26向锚锭兼接收井2方向移动；同时向已经通过多个管节3-1、3-2、…、3-26贯通的隧道3内注入水以维持浮力和重力平衡，隧道3内水面低于外水面；

S7、重复上述S4、S5、S6步，将若干段管节3-1、3-2、…、3-26安装完毕，并将所有贯通连接的管节3-1、3-2、…、3-26顶进到预定位置，其中第一段管节3-1端部到达锚锭兼接收井2；

S8、拆除第一段管节3-1端部的端板，并将第一段管节3-1与锚锭兼接收井2连接；拆除锚锭兼驱动井1的隧道顶进装置3A，并将最后一段管节3-26靠近锚锭兼驱动井1方向一端与锚锭兼驱动井1连接；将贯通连接的隧道3分别在两端与锚锭兼驱动井1和锚锭兼接收井2连接成两个相互平行的贯通整体。

S9、在隧道3两侧对称地沉入若干对桩基6，桩基6的直径或最小边长不小于800mm桩基6距离对应隧道3边缘的静间距不大于隧道3的横截面半径或最大边长，桩基6顶高于隧道3附近的上边缘；采用固定于桩基6的钢连梁及缆绳对隧道3从侧面和上下方向给予固定约束和保护，然后排出已经注入隧道3的水体。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，包括锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井，在锭兼驱动井和锚锭兼接收井之间设置有钢缆索、圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形截面隧道，所述钢缆索位于隧道正下方；

所述隧道沿纵向分成若干段管节，每个管节底侧正下方等间距设若干个连接环，所述连接环供对应刚缆索穿设。

2.根据权利要求1所述的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，在锚锭兼驱动井中顺着钢缆索的预设自然倾角并紧贴其下侧壁分别设置导轨，导轨最低处位置都高出水面，顺着导轨的倾角并在其上分别设置隧道顶进装置。

3.根据权利要求2所述的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，所述锚锭兼驱动井内侧壁开设有供钢缆索穿设的第一缺口，锚锭兼接收井内侧壁开设有供钢缆索穿设的第二缺口，并且所述钢缆索的两端分别固定于对应锚锭兼驱动井及锚锭兼接收井的外侧壁。

4.根据权利要求3所述的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，钢缆索的截面都为圆形，直径在100mm至1000mm之间。

5.根据权利要求4所述的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，管节均为为钢管或钢管混凝土管，每段管节中轴线为直线，横截面为圆形或有竖直和水平两个相互垂直对称轴的多边形，侧视面为上侧边线比下侧边线短的等腰梯形，管节的外直径或多边形截面最大对角线在2m至20m之间，管节中轴线段长度在2m至30m之间，管节侧视面等腰梯形两侧边延长线夹角在5°以下。

6.根据权利要求5所述的一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道，其特征在于，所述连接环在与钢缆索连接前均分为两段，所述钢缆索卡入对应连接环并与管节连接后，连接环分别连接成完整圆环状。

7.一种利用钢缆索定位的水下反拱形悬浮隧道的建造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、预制若干段管节；在待穿越水域两岸分别设置锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井，在锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井之间安装钢缆索；在锚锭兼驱动井内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道的第一门洞，第一门洞的底侧正下方开设可穿越钢缆索及连接环的第一缺口；在锚锭兼接收井内侧壁关于其垂直中轴线对称开设可穿越隧道第二门洞，第二门洞的底侧正下方开设可穿越钢缆索及连接环的第二缺口；在锚锭兼驱动井中顺着钢缆索的预设自然倾角并紧贴其下分别设置导轨，导轨最低处位置都高出水面，顺着导轨的倾角在其上分别安装隧道顶进装置；

S2、将第一段管节放置于钢缆索和导轨上，将对应连接环安装于钢缆索，并且每个连接环可事先将一个完整圆环分为两段，待连接环被安装穿过对应钢缆索后再连接成完整圆环；

S3、第一段管节靠近锚锭兼接收井一端安装密封端板，利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置，顶推管节管节穿过第一门洞并向锚锭兼接收井方向移动；同时向管节内注入水以维持浮力和重力平衡，管节内水面低于外水面；

S4、按顺序将后方管节放置于钢缆索和导轨上，并将对应的连接环安装于对应的钢缆索；

S5、将后方管节与前方相邻的管节对接贯通，并利用焊接方法将管节与前方相邻的管节焊接固定连接；

S6、利用锚锭兼驱动井中的隧道顶进装置，顶推管节向锚锭兼接收井方向移动；同时向已经通过多个管节贯通的隧道内注入水以维持浮力和重力平衡，隧道内水面低于外水面；

S7、重复上述S4、S5、S6步，将若干段管节安装完毕，并将所有贯通连接的管节顶进到预定位置，其中第一段管节端部到达锚锭兼接收井；

S8、拆除第一段管节端部的端板，并将第一段管节与锚锭兼接收井连接；拆除锚锭兼驱动井的隧道顶进装置，并将最后一段管节靠近锚锭兼驱动井方向一端与锚锭兼驱动井连接；将贯通连接的隧道分别在两端与锚锭兼驱动井和锚锭兼接收井连接成两个相互平行的贯通整体；

S9、在隧道两侧对称地沉入若干对桩基，桩基距离对应隧道边缘的静间距小于或等于隧道的横截面半径或最长边长，桩基顶高于附近隧道的上边缘；采用固定于桩基的钢连梁及缆绳对隧道从侧面和上下方向给予固定约束和保护，然后排出已经注入隧道的水体。