CN111254982A - 一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺。包括先在陆域预制场预制所有的水中悬浮隧道的管节，接着经由陆域斜坡隧道运输至顶推侧接岸结构内，依次进行二次舾装、与后续管节对接和密封入水，然后将管节逐段顶推至接收侧接岸结构内；斜拉索随顶推逐根安装在管节上并牵引至拉索锚碇墩内；顶推完成后，在顶推侧接岸结构和接收侧接岸结构内浇灌水中悬浮隧道两端的管节外表面的混凝土，完成水中悬浮隧道的两端管节的固结，然后通过调节每段管节内的压载水量调节浮重比，同时在拉索锚碇墩上进行斜拉索的索力调整并进行封锚。本发明的顶推工艺，受风、浪、流及船行波等影响很小，使海上施工人机安全风险大为降低，且施工工效极高，施工工期短。

Description

一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺

技术领域

本发明涉及一种水下悬浮隧道,具体涉及一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺。

背景技术

水中悬浮隧道，英文名称为“Submerged Floating Tunnel”，简称“SFT”。在意大利又称“阿基米德桥”，简称“PDA”桥。一般由浮在水中一定深度的管状体(该管状体的空间较大，足以适应道路和铁道交通的要求)、支撑系统(锚固在海底基础上的锚缆、墩柱或水上的浮箱)及与两岸的构筑物组成。它是交通运输工具跨越被深水分隔的两岸之间的一种新型结构物，适用于所有需在水中穿行的交通运载工具，可通行火车、汽车、小型机动车和行人，还可以做成穿行各种管道和电缆的服务通道。水中悬浮隧道和传统的沉埋隧道或掘进隧道的区别是：悬浮隧道结构被水包围着，既不是位于地层上也不穿越地层，而是主要依靠其自身结构的重力、结构受到的浮力以及支撑系统的锚固力来保持在固定的位置上。悬浮隧道四周密封，这种结构具有普通隧道的所有特点，从使用的观点来看应被认为是“隧道”而不是“桥梁”。

悬浮隧道可以穿越不同的水域，如河流、峡湾、海峡、湖泊等，对那些由于考虑深水或两岸距离太大而认为不可跨越的地方提供了可能和可以接受的固定跨越结构形式。悬浮隧道修建在水下一定深度，相比于水面敞开式通道和轮渡运输，恶劣的风浪、雾、雨、雪等天气不会对悬浮隧道的全天候运营带来影响。在保证相同通航能力的前提下，与桥梁相比悬浮隧道的坡度较为平缓而且总长度也减小，悬浮隧道在修建过程和投入使用都不会对环境和自然景观造成影响；当超过一定的跨度和水深时，悬浮隧道的单位造价不会随着跨越通道长度或水道深度的增加有显著提高，而斜拉桥和悬索桥的单位造价则会随着跨度的增加明显地增加。

虽然悬浮隧道与沉管隧道、深埋隧道、桥梁等跨海通道方案相比，具有一定优势，但悬浮隧道的设计、施工仍然是一个世界性的难题，至今尚无建成的悬浮隧道。目前世界上主要有7个国家(挪威、意大利、日本、中国、瑞士、巴西、美国)在研究，研究发现的诸多技术问题主要有：总体结构布置、隧道材料、锚固系统结构型式、隧道连接型式及接岸结构设计、隧道结构可实施性、施工与营运风险等。这些问题能否解决，决定了悬浮隧道能否从可行性方案走向实际工程。

迄今为止，悬浮隧道研究中，根据悬浮隧道自身重力与所受浮力之间的关系，提出的结构型式大致可分为三类：浮筒式、锚固式、墩柱式。浮筒式悬浮隧道是通过锚索或锚链把隧道悬挂于水面的浮筒上，隧道重力大于浮力，垂直方向受潮位涨落影响很大；锚固式悬浮隧道是通过张力腿或锚索把隧道锚固于海床以下的锚碇基础上，隧道重力小于浮力，隧道会在水动力作用下发生位移或晃动；墩柱式其实是支承在水下墩柱上的隧道桥，施工难度大且造价昂贵。由于隧道漂浮于水中，隧道安装施工受风、浪、流及船行波等影响，三种型式的隧道水下定位、水下或水上对接施工难度都很大，且水下营运期舒适度及安全风险均难以预估。

为了使悬浮隧道的受力更为合理，减小施工期不利海况的影响，更有利于施工期的控制、营运期的维护与零部件更换，提出了一种水下斜拉式缆索体系悬浮隧道结构。水下斜拉式缆索体系悬浮隧道由水中悬浮隧道、接岸结构、斜拉索锚碇系统、浮重比调节系统、防撞警示系统、逃生系统、隧道附属设施等组成。水中悬浮隧道与接岸结构相连，通过陆域斜坡隧道与地面道路连接，水中悬浮隧道上设斜拉索并固于隧道两侧岸上的拉索锚碇墩上形成稳定的受力体系。籍此需要提出一种与水下斜拉式缆索体系悬浮隧道结构相对应的安装施工方法。

发明内容

本发明的目的在于填补现有技术的空白而提供一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，它受风、浪、流及船行波等影响很小，使海上施工人机安全风险大为降低，且施工工效极高，施工工期短。

本发明的目的是这样实现的：一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，适用的悬浮隧道包括隧道本体、顶推侧接岸结构、接收侧接岸结构、拉索锚碇系统和浮重比调节系统；所述隧道本体包括水中悬浮隧道、顶推侧陆域斜坡隧道和接收侧陆域斜坡隧道；顶推侧接岸结构和接收侧接岸结构一一对应地设在顶推侧海岸和接收侧海岸上；顶推侧陆域斜坡隧道的临水端和接收侧陆域斜坡隧道的临水端一一对应地与顶推侧接岸结构和接收侧接岸结构的背水端连接；

所述水中悬浮隧道由多段管节连接而成；水中悬浮隧道的第一段管节的头部和最后一段管节的尾部一一对应地固结在顶推侧接岸结构的内腔和接收侧接岸结构的内腔中；每段管节内均通过上隔板和下隔板分隔成隧道上层、隧道中层和隧道下层，隧道上层空间为工艺室；隧道中层为隧道交通室；隧道下层为给排水室；

所述顶推侧接岸结构由海域至陆域依次包括：水下护岸段、起步段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、止推段、密封段、对接段、顶推段、水平运输段和背水侧墙体；所述临水侧墙体的前侧面上还设置临时封门，该临时封门上设置堵水塞；所述止推段为密封箱室结构并且设置抱箍式止推装置；所述密封段为一堵开设了墙洞的密封墙体，该密封段的前、后侧面上各自沿所述墙洞的一周设置密封抱箍，并在墙洞与管节的外表面之间设置止水条；所述对接段和顶推段均设在能开启和封闭的管节连接箱内；所述对接段的底部设置阶梯式管节对接坑；所述顶推段的底部设置搬运气囊，该顶推段的后部设置液压顶推台车的就位段；所述水平运输段的底部设置由千斤顶驱动的顶升梁；

所述接收侧接岸结构由海域至陆域依次包括：水下护岸段、接收段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、管节稳定段、密封段、管节固结段、牵引锚锭段和背水侧墙体；所述接收侧接岸结构的水下护岸段、接收段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、密封段和背水侧墙体的结构一一对应地与顶推侧接岸结构的水下护岸段、起步段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、密封段和背水侧墙体的结构相同；所述接收侧接岸结构的临水侧墙体上开设墙洞，该临水侧墙体的迎水面上沿墙洞的一周设止水装置；所述管节稳定段为钢筋混凝土箱体结构，内设抱箍式管节稳定装置；所述密封段为一堵开设了墙洞的密封墙，该密封墙的迎水面上沿墙洞也设置止水装置；所述管节固定段位于密封段的后方且也为钢筋混凝土箱室结构，该管节固结段的尾部设置钢封门；所述牵引锚锭段位于管节固结段的钢封门与背水侧墙体之间，该牵引锚锭段的底部设置一个钢筋混凝土墩台，墩台下设桩基，墩台上设置牵引索的牵引装置；

所述拉索锚碇系统包括四个拉索锚碇墩、多道斜拉索和两个临时拉索锚碇墩；四个拉索锚碇墩各自设在隧道两侧的顶推侧海岸上和隧道两侧的接收侧海岸上；多道斜拉索的一端间隔地锚固在水中悬浮隧道的两侧面的锚具上；多道斜拉索的另一端从水中引伸至地面，再锚固于拉索锚碇墩上；两个临时拉索锚碇墩一一对应地设在顶推侧海岸上的两个拉索锚碇墩的一旁；

所述浮重比调节系统布置在每段管节的给排水室内；

其特征在于，所述顶推工艺包括以下步骤:

步骤一，在顶推侧陆域斜坡隧道后方的预制厂内预制所有的管节并进行一次舾装；

步骤二，通过运输平车将第一段管节从顶推侧陆域斜坡隧道运输至顶推侧接岸结构内的水平运输段，水平运输段内的千斤顶驱动顶升梁将第一段管节顶升后，移除运输平车；

步骤三，在顶推侧接岸结构内进行第一段管节的二次舾装，并在第一段管节的前端安装圆锥形的顶推导梁和两根牵引索；

步骤四，在第一段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第一段管节向前移动至止推段，使第一段管节的头部位于所述临时封门后，并使第一段管节的尾部遗留在所述对接段内，用于与第二段管节对接，同时开启止推段内的抱箍式止推装置临时固定第一段管节，然后密封止推段；

步骤五，先将第二段管节运输至顶推侧接岸结构内的水平运输段，接着水平运输段内的千斤顶驱动顶升梁将第二段管节顶升后，移除运输平车，再进行第二段管节的二次舾装，然后在第二段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第二段管节的头部向前移至对接段，与第一段管节的尾部进行对接，并在第二段管节的前端安装第一道斜拉索，以及在第二段管节的内腔两头各自设置密封墙；

步骤六，先将液压顶推台车就位，关闭管节连接箱的密封门，并将管节连接箱内灌满水，进行第一次浮重比调节，再松开抱箍式止推装置，使两段管节呈漂浮状态；启动液压顶推台车将两段管节顶推前行；

步骤七，刚开始顶推时，第一段管节前端的顶推导梁先顶开临时封门上的堵水塞，接着采用起重船将两根牵引索牵引至接收侧接岸结构内，并连接在牵引锚锭段内的牵引索的牵引装置上；

步骤八，顶推过程中，接收侧接岸结构内的牵引装置收紧两根牵引索，并通过液压顶推台车以前拉后推的方式进行顶推，直至第二段管节的尾部遗留在顶推侧接岸结构的对接段内；

步骤九，将第一道斜拉索牵引至顶推侧海岸上的两个临时拉索锚碇墩上；

步骤十，先开启止推段内的抱箍式止推装置临时紧固第二段管节，并启动密封墙体中的密封抱箍，再抽干管节连接箱内的水，然后打开管节连接箱的密封门，并移除液压顶推台车；

步骤十一，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推第三段管节至跨中段管节的后一段管节，每顶推一段管节，就将已推出顶推侧接岸结构的管节的前端的斜拉索依序牵引至顶推侧海岸上的两个临时拉索锚碇墩上；当顶推到跨中段管节的后一段管节时，采用起重船将第一道斜拉索从两个临时拉索锚碇墩牵引至接收侧海岸上的两个拉索锚碇墩上；

步骤十二，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推跨中段管节的后二段管节至最后一段管节，每顶推一段管节，就将第三段管节上的第二道斜拉索至跨中段管节上的斜拉索依序牵引至接收侧海岸上的两个拉索锚碇墩上，并将跨中段管节的后一段管节上的斜拉索至最后一段管节上的斜拉索依序牵引至顶推侧海岸上的两个拉索锚碇墩上，直至最后一段管节顶推完毕，使最后一段管节的尾部遗留在对接段内，第一段管节的头部进到接收侧接岸结构内的管节固定段，再启动接收侧接岸结构内的止水装置密封第一段管节的头部，同时启动顶推侧接岸结构内的抱箍式止推装置临时固定最后一段管节的尾部；

步骤十三，抽干管节连接箱内的水，并移除液压顶推台车，再将最后一段管节的尾部固结在顶推侧接岸结构内，同时抽干接收侧接岸结构的管节固结段内的水，拆除顶推导梁和两根牵引索，并移除牵引锚锭段内的墩台和牵引装置，再将第一段管节的头部固结在接收侧接岸结构内；

步骤十四，隧道内后续设施施工，包括拆除每段管节内的密封墙、水中悬浮隧道的路面施工、水中悬浮隧道内的风、水、电气设施的安装及内装修，同时进行第二次浮重比调节；

步骤十五，逐段对管节的给排水室灌水进行第三次浮重比调节；

步骤十六，逐道调整斜拉索的索力，然后斜拉索封锚。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其中，进行步骤五时，在干环境中进行管节对接，管节的对接通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其中，进行步骤七和步骤八时，在湿环境中进行管节顶推。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其中，进行步骤十三时，所述第一段管节的头部外表面与接收侧接岸结构的管节固结段的内表面之间通过灌注混凝土固结；所述最后一段管节的尾部外表面与顶推侧接岸结构的管节连接箱的内表面之间通过灌注混凝土固结。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其特征在于，所述第一次浮重比调节至第三次浮重比调节均采用对每段管节的给排水室内灌水或抽水实现。

本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺具有以下特点：

1)本发明的管节安装在顶推侧接岸结构内干施工环境中进行，受风、浪、流及船行波等影响很小，海上施工人机安全风险大为降低；

2)本发明避免了水上漂浮对接、水下钟摆对接产生的施工难度和管节碰撞风险，结构安全更能保证；

2)本发明除牵引索牵引外，使用施工船舶频率较低，施工对水面船舶交通影响很小，海上交通安全风险也大大降低。

3)本发明在接岸结构内进行管节对接，采用工厂化对接，对接精度及止水效果都能得到大幅度提高，隧道总体质量更为可控。

4)本发明的基本都在陆域干施工环境中进行，无需选择安装窗口期，施工工效极高，施工工期短。

5)本发明的基本不需要大型船机，且工期大大缩短，成本大为降低。

附图说明

图1是采用本发明的顶推工艺所涉及的水下斜拉式悬浮隧道的平面图；

图2是采用本发明的顶推工艺所涉及的水下斜拉式悬浮隧道的纵断面图；

图3是采用本发明的顶推工艺所涉及的水下斜拉式悬浮隧道的横断面图；

图4是采用本发明的顶推工艺所涉及的水下斜拉式悬浮隧道的顶推侧接岸结构的纵剖面图；

图5是采用本发明的顶推工艺所涉及的水下斜拉式悬浮隧道的接收侧接岸结构的纵剖面图；

图6是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺所用的顶推装置的布置图；

图7是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺在进行步骤五时的状态图；

图8是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺在进行步骤六时的状态图；

图9是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺在进行步骤八时的状态图；

图10是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺在进行步骤八时的平面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图10，本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，适用的悬浮隧道包括隧道本体、顶推侧接岸结构2、接收侧接岸结构2’、拉索锚碇系统和浮重比调节系统；其中，隧道本体包括水中悬浮隧道1、顶推侧陆域斜坡隧道6和接收侧陆域斜坡隧道6’；顶推侧接岸结构2和接收侧接岸结构2’一一对应地设在顶推侧海岸5和接收侧海岸5’上；顶推侧陆域斜坡隧道6的临水端和接收侧陆域斜坡隧道6’的临水端一一对应地与顶推侧接岸结构2和接收侧接岸结构2’的背水端连接；水中悬浮隧道1由多段管节10连接而成；水中悬浮隧道1的第一段管节的头部和最后一段管节的尾部一一对应地固结在顶推侧接岸结构2的内腔和接收侧接岸结构2’的内腔中；每段管节10内均通过上隔板和下隔板分隔成隧道上层、隧道中层和隧道下层，隧道上层空间为工艺室；隧道中层为隧道交通室；隧道下层为给排水室。

顶推侧接岸结构2由海域至陆域依次包括：水下护岸段21、起步段22、洞口段挡墙2A、洞口段23、临水侧墙体2B、止推段24、密封段25、对接段26、顶推段27、水平运输段28和背水侧墙体2C；其中，临水侧墙体2B的前侧面上还设置临时封门231及相应的止水装置，该临时封门231上设置堵水塞；止推段24为密封箱室结构并且内部设置抱箍式止推装置240；密封段25为一堵开设了墙洞的密封墙体，该密封墙体的前、后侧面上各自沿墙洞的一周设置密封抱箍，并在墙洞与管节10的外表面之间设置止水条；对接段26和顶推段27均设在能开启和封闭的管节连接箱20内；对接段26的底部设置阶梯式管节对接坑260；顶推段27的底部设置搬运气囊，该顶推段27的后部设置液压顶推台车270的就位段；水平运输段28的底部设置由千斤顶驱动的顶升梁；当所有的管节顶推完成后，最后一段管节10的尾部留在对接段26内，在最后一段管节10的尾部外表面与管节连接箱20的内表面之间浇筑混凝土，使最后一段管节10与顶推侧接岸结构2形成固结。

接收侧接岸结构2’由海域至陆域依次包括：水下护岸段21、接收段22’、洞口段挡墙2A、洞口段23、临水侧墙体2B、管节稳定段24’、密封段25、管节固结段26’、牵引锚锭段27’和背水侧墙体2C；其中，接收侧接岸结构2’的水下护岸段21、接收段22’、洞口段挡墙2A、洞口段23、临水侧墙体2B、密封段25和背水侧墙体2C的结构一一对应地与顶推侧接岸结构2的水下护岸段21、起步段22、洞口段挡墙2A、洞口段23、临水侧墙体2B、密封段25和背水侧墙体2C的结构相同且作用也相同。

接收侧接岸结构2’的临水侧墙体2B上开设墙洞，该临水侧墙体2B的迎水面上沿墙洞设置止水装置232，止水装置232采用密封抱箍，密封抱箍上安装橡胶止水条；管节稳定段24’为密封箱室结构，顶部开设人孔并设置嵌入式盖板，内设抱箍式管节稳定装置，用于管节10顶推进入后姿态的稳定控制；密封段25为一堵开设了墙洞的密封墙，该密封墙的迎水面上沿墙洞也设置止水装置232，并在墙洞与管节10的外表面之间设置止水条；管节固定段26’位于密封段25的后方并与管节稳定段24’的结构相同，也为钢筋混凝土箱体结构，该管节固结段26’的尾部设置钢封门26A，与管节固结段26’形成密封舱结构，防止海水倒灌；在第一段管节10顶推进入管节固结段26’后，开启临水侧墙体2B上的止水装置232和密封段25上的止水装置232，再将管节固结段26’抽水形成干施工环境，浇筑位于管节固结段26’内的第一段管节10头部外表面的混凝土与接收侧接岸结构2’形成固结；牵引锚锭段27’位于管节固结段26’的钢封门26A与背水侧墙体2C之间，该牵引锚锭段27’的底部设置一个钢筋混凝土墩台，墩台下设桩基，墩台上设大功率的牵引索12的牵引装置27A；管节顶推到位并固结后拆除墩台和牵引装置27A，再采用现浇钢筋混凝土将第一段管节的头部与接收侧陆域斜坡隧道6’连通。

拉索锚碇系统包括四个拉索锚碇墩4、多道斜拉索3和两个临时拉索锚碇墩4A；两个拉索锚碇墩4各自设在隧道两侧的顶推侧海岸5上，另两个拉索锚碇墩4各自设在隧道两侧的接收侧海岸5’上；多道斜拉索3的一端间隔地锚固在水中悬浮隧道1的两侧面的锚具30上；多道斜拉索3的另一端从水中引伸至地面，再锚固于拉索锚碇墩4上；两个临时拉索锚碇墩4A一一对应地设在在顶推侧海岸上的两个拉索锚锭墩4的旁边，用于顶推时的前半跨管节上的斜拉索3的临时锚固，管节顶推过半后，临时锚固的斜拉索由起重船牵引至接收侧海岸5’与预先设置在水下的转向墩内的牵引索连接，再由接收侧海岸5’上的拉索锚锭墩4进行收紧，并固定在拉锁锚锭墩4上。

浮重比调节系统布置在每段管节的给排水室内；

本发明的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺包括以下步骤:

步骤一，在与顶推侧陆域斜坡隧道6后方的预制厂100内预制所有的管节10并一次舾装；

步骤二，通过运输平车将第一段管节从顶推侧陆域斜坡隧道6运输至顶推侧接岸结构2内的水平运输段28，水平运输段28内的千斤顶驱动顶升梁将第一段管节顶升后，移除运输平车；

步骤三，在顶推侧接岸结构2内进行第一段管节的二次舾装，并在第一段管节的前端安装圆锥形的顶推导梁11和两根牵引索12；

步骤四：在第一段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第一段管节向前移动至止推段24，使第一段管节的头部位于临时封门2C的后侧，并使第一段管节的尾部遗留在对接段26内，用于与第二段管节对接，同时开启止推段24内的抱箍式止推装置240临时固定第一段管节；

步骤五，先将第二段管节运输至顶推侧接岸结构2内的水平运输段28，接着水平运输段28内的千斤顶驱动顶升梁将第二段管节顶升后，移除运输平车，再进行第二段管节的二次舾装，然后在第二段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第二段管节的首端向前移至对接段26，与第一段管节的尾端进行对接，并在第二段管节的前端安装第一道斜拉索3，以及在第二段管节的内腔两头各自设置密封墙；第二段管节的首端与第一段管节的尾端之间通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接；接头内紧固件采用垂直锚固型式并包括高强不锈钢螺栓和与螺栓配套的螺母及垫片；螺栓主要承受剪力作用；接头外紧固件包括若干个设置在每段管节的内表面上并靠近管口的锚碇座和通过锚具连接在两段对接的管节10的锚碇座之间的钢绞线或预应力钢筋；接头外紧固件主要用于管节10对接时张紧，并在隧道营运期参与承受水平拉力；

步骤六，先将液压顶推台车270就位，关闭管节连接箱20的密封门，并将管节连接箱20内灌满水，进行第一次浮重比调节，再松开抱箍式止推装置240，使两段管节呈漂浮状态；启动液压顶推台车270将管节顶推前行；

步骤七，刚开始顶推时，第一段管节前端的顶推导梁11先顶开临时封门231上的堵水塞，使内外水压平衡，即可轻易顶开临时封门231，接着采用起重船将两根牵引索12牵引至接收侧接岸结构2’内，并连接在牵引锚锭段27’内牵引装置27A上；

步骤八，顶推过程中，接收侧接岸结构2’内的牵引装置27A收紧两根牵引索12，以前拉后推的方式进行顶推，直至第二段管节的尾部遗留在顶推侧接岸结构2内的对接段26内；

步骤九，将第一道斜拉索3牵引至顶推侧海岸5上的两个临时拉索锚碇墩4A上；

步骤十，先开启止推段内的抱箍式止推装置240临时紧固第二段管节，并启动密封墙体25上的密封抱箍，再抽干管节连接箱20内的水，然后打开管节连接箱20的密封门，并移除液压顶推台车270；

步骤十一，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推第三段管节至跨中段管节的后一段管节，每顶推一段管节，就将已推出顶推侧接岸结构2的管节的前端的斜拉索3依序牵引至顶推侧海岸5上的两个临时拉索锚碇墩4A上；当顶推到跨中段管节的后一段管节时，采用起重船将第一道斜拉索3从临时拉索锚锭墩4A牵引至接收侧海岸5’上的两个拉索锚碇墩4上；

步骤十二，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推跨中段管节的后二段管节至最后一段管节，每顶推一段管节，就将第三段管节上的第二道斜拉索3至跨中段管节上的斜拉索3依序牵引至接收侧海岸5’上的两个拉索锚碇墩4上，并将跨中段管节的后一段管节上的斜拉索3至最后一段管节上的斜拉索3依序牵引至顶推侧海岸5上的两个拉索锚碇墩4上，直至最后一段管节顶推完毕，使最后一段管节的尾部遗留在对接段26内，第一段管节的头部进到接收侧接岸结构2’内的管节固结段26’内，再启动接收侧接岸结构2’内的止水装置232密封第一段管节的头部，同时启动顶推侧接岸结构2内的抱箍式止推装置240临时固定最后一段管节的尾部；

步骤十三，抽干管节连接箱20内的水，并移除液压顶推台车270，再通过在最后一段管节的尾部外表面与顶推侧接岸结构2的管节连接箱20的内表面之间灌注混凝土固结在顶推侧接岸结构2内，同时抽干接收侧接岸结构2’的管节固结段26’内的水，拆除顶推导梁11和两根牵引索12，并移除牵引锚锭段27’内的墩台和牵引装置27A，再通过将第一段管节的头部外表面与接收侧接岸结构2’的管节固结段26’的内表面之间灌注混凝土固结在接收侧接岸结构2’内；

步骤十四，隧道内后续设施施工，包括拆除每段管节10内的密封墙、水中悬浮隧道1的路面施工、水中悬浮隧道1内的风、水、电气设施的安装及内装修，同时进行第二次浮重比调节；

步骤十五，逐段对管节10的给排水室灌水或抽水进行第三次浮重比调节；

步骤十六，逐道调整斜拉索3的索力，然后斜拉索封锚。

本发明的斜拉式悬浮隧道的顶推工艺总体工艺为：隧道管节陆域预制、陆域斜坡隧道内运输、接岸结构内拼接、干湿转换后湿顶推同时牵引索牵引定位。

本发明按照顶推时管节的设计浮重比等于1考虑，采用管节内灌水压载的方法，将浮重比调节到设计浮重比。管节顶推安装时，利用浮力支承管节的重量，使其基本保持在水中设计深度上。根据阿基米德浮力定律，当浮力等于重力时，理论上水中物体可以停留在相同密度的水中任何地方；另外，海水密度一般随深度加大而增大，即浮力随深度加大而增大，因此，顶推入水的密封管节不会上浮，也不会下沉，但可能会上下晃动，晃动幅度与水流和波浪有关，水流力越大，晃动越大。因此，需要利用斜拉索3进行约束，同时适当减小浮重比，使管节具有向下的趋势。

在水流、波浪等产生的水平力作用下，顶推入水的管节会产生旋转、位移，需进行限位。不同于桥梁顶推，管节在水中顶推时没有临时墩的支承与约束，极易偏离方向，并对管节入水处产生较大的水平弯矩。因此，本发明采取了三种措施，一是在顶推侧接岸结构外设置一段起步段进行起步限位；二是在管节的最前端设置牵引索，事先锚固到接收侧接岸结构内，管节顶推时做到前拉后推；三是利用斜拉索抵抗水平力及竖向力，使管节保持设定方向。

本发明对管节的对接采取干施工对接方式，在顶推侧接岸结构内进行，对接后再进行二次舾装。因此在顶推侧接岸结构内设置对接段，即顶推管节的尾部外露在顶推侧接岸结构内的干施工环境中，以便于对接。为形成干施工环境，必须在顶推侧接岸结构与顶推管节之间进行密封，因此需在顶推侧接岸结构内设置密封段，仅管节的尾部位于干环境中。由于干湿环境的转换，顶推管节将承受顶推侧接岸结构外深水压力的反向推挤，因此，必须将顶推管节临时固定进行止推。本发明采取三个止推措施，一是在顶推侧接岸结构内设置止推段，采用抱箍式止推装置，利用抱箍与管节之间的摩擦力止推；二是利用管节前端的牵引索在对岸拉住，三是在管节前端设置锥形导梁，以减小水压力。

本发明的管节顶推采取湿顶推，即管节全部悬浮在水中时进行顶推。在顶推侧接岸结构内的对接段和顶推段设置在管节连接箱内，并装配水下齿轮驱动液压顶推台车，用于管节顶推。顶推在管节完全浸没在水中时进行。顶推前，将管节连接箱进行封闭，并将管节连接箱内灌满水，使液压顶推台车及对接后的管节完全浸没，然后松开止推装置，使管节呈漂浮状态。由于管节前后水压平衡，顶推时仅受到管节移动速度产生的水阻力，因此使得顶推轻而易举。顶推过程中，顶推台车沿轨道顶推前行至对接段，同时，管节前端的牵引索紧缆，即前拉后推。一段管节顶推行程结束，启动止推装置进行临时止推，并启动密封段的密封抱箍密封。然后，抽干管节连接箱内的水，开启对接段管节连接箱，使管节的尾部暴露在干环境中，进行下一段管节对接、密封、灌水、顶推循环。

本发明在顶推侧接岸结构的临水侧墙体外设置临时封门，临时封门上设置堵水塞，利用墙外深水压力紧固临时封门。顶推时，打开堵水塞，使内外水压平衡，顶推时可轻易顶开临时封门。接收侧接岸结构的临水侧墙体外不设临时封门，但在牵引锚锭段的后端设钢封门，管节进入后，临时止推，浇筑管周混凝土，隧道两端固结后，打开两端钢封门。

本发明的斜拉式悬浮隧道的顶推工艺在实施过程中，管节浮重比的调节分三次进行。第一次调节是在管节对接完成后顶推作业开始之前进行，该调节主要满足顶推作业时水中悬浮隧道能够悬浮于水中。第二次调节是在水中悬浮隧道内后续路面及附属设施等施工时进行，主要是水中悬浮隧道内附属设施施工会增加隧道自重，调节浮重比保证水中悬浮隧道各受力系统满足设计要求。第三次调节是在水中悬浮隧道内后续设施施工完成后进行，主要是考虑到运营期的水中悬浮隧道的荷载分布情况。

管节顶推安装之前，通过管节内灌水方式将浮重比调节至略小于1，调节浮重比主要通过向管节的给排水室内贮水方式实现。管节所处水深处水的密度采取取样实测获得，管节的钢筋混凝土密度通过试制钢筋混凝土块体模型过磅称重获取，管节的钢筋混凝土体积通过实测确定。

水中悬浮隧道内后续路面施工分段施工，同时根据增加的重量，对相应管节进行抽水减重，以保持浮重比满足设计要求。

水中悬浮隧道内后续设施施工完成后，分段灌水将浮重比调节至设计值，同时分段量测斜拉索的索力，并张拉斜拉索至设计张力。

在管节逐渐向接收侧海岸顶推过程中，斜拉索需要适时增加长度并保证相应的张力来保证管节的位置及姿态。可根据结构设计要求事先预留好每根斜拉索的长度并盘放在锚定井内，根据需要释放相应长度。斜拉索通过专门的牵引装置收紧或放张，并在斜拉索上安装应力传感器实时监测其拉应力。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，适用的悬浮隧道包括隧道本体、顶推侧接岸结构、接收侧接岸结构、拉索锚碇系统和浮重比调节系统；所述隧道本体包括水中悬浮隧道、顶推侧陆域斜坡隧道和接收侧陆域斜坡隧道；顶推侧接岸结构和接收侧接岸结构一一对应地设在顶推侧海岸和接收侧海岸上；顶推侧陆域斜坡隧道的临水端和接收侧陆域斜坡隧道的临水端一一对应地与顶推侧接岸结构和接收侧接岸结构的背水端连接；

所述水中悬浮隧道由多段管节连接而成；水中悬浮隧道的第一段管节的头部和最后一段管节的尾部一一对应地固结在顶推侧接岸结构的内腔和接收侧接岸结构的内腔中；每段管节内均通过上隔板和下隔板分隔成隧道上层、隧道中层和隧道下层，隧道上层空间为工艺室；隧道中层为隧道交通室；隧道下层为给排水室；

所述顶推侧接岸结构由海域至陆域依次包括：水下护岸段、起步段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、止推段、密封段、对接段、顶推段、水平运输段和背水侧墙体；所述临水侧墙体的前侧面上还设置临时封门，该临时封门上设置堵水塞；所述止推段为密封箱室结构并且设置抱箍式止推装置；所述密封段为一堵开设了墙洞的密封墙体，该密封段的前、后侧面上各自沿所述墙洞的一周设置密封抱箍，并在墙洞与管节的外表面之间设置止水条；所述对接段和顶推段均设在能开启和封闭的管节连接箱内；所述对接段的底部设置阶梯式管节对接坑；所述顶推段的底部设置搬运气囊，该顶推段的后部设置液压顶推台车的就位段；所述水平运输段的底部设置由千斤顶驱动的顶升梁；

所述接收侧接岸结构由海域至陆域依次包括：水下护岸段、接收段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、管节稳定段、密封段、管节固结段、牵引锚锭段和背水侧墙体；所述接收侧接岸结构的水下护岸段、接收段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、密封段和背水侧墙体的结构一一对应地与顶推侧接岸结构的水下护岸段、起步段、洞口段挡墙、洞口段、临水侧墙体、密封段和背水侧墙体的结构相同；所述接收侧接岸结构的临水侧墙体上开设墙洞，该临水侧墙体的迎水面上沿墙洞的一周设止水装置；所述管节稳定段为钢筋混凝土箱体结构，内设抱箍式管节稳定装置；所述密封段为一堵开设了墙洞的密封墙，该密封墙的迎水面上沿墙洞也设置止水装置；所述管节固定段位于密封段的后方且也为钢筋混凝土箱室结构，该管节固结段的尾部设置钢封门；所述牵引锚锭段位于管节固结段的钢封门与背水侧墙体之间，该牵引锚锭段的底部设置一个钢筋混凝土墩台，墩台下设桩基，墩台上设置牵引索的牵引装置；

所述拉索锚碇系统包括四个拉索锚碇墩、多道斜拉索和两个临时拉索锚碇墩；四个拉索锚碇墩各自设在隧道两侧的顶推侧海岸上和隧道两侧的接收侧海岸上；多道斜拉索的一端间隔地锚固在水中悬浮隧道的两侧面的锚具上；多道斜拉索的另一端从水中引伸至地面，再锚固于拉索锚碇墩上；两个临时拉索锚碇墩一一对应地设在顶推侧海岸上的两个拉索锚碇墩的一旁；

所述浮重比调节系统布置在每段管节的给排水室内；

其特征在于，所述顶推工艺包括以下步骤:

步骤一，在顶推侧陆域斜坡隧道后方的预制厂内预制所有的管节并进行一次舾装；

步骤二，通过运输平车将第一段管节从顶推侧陆域斜坡隧道运输至顶推侧接岸结构内的水平运输段，水平运输段内的千斤顶驱动顶升梁将第一段管节顶升后，移除运输平车；

步骤三，在顶推侧接岸结构内进行第一段管节的二次舾装，并在第一段管节的前端安装圆锥形的顶推导梁和两根牵引索；

步骤四，在第一段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第一段管节向前移动至止推段，使第一段管节的头部位于所述临时封门后，并使第一段管节的尾部遗留在所述对接段内，用于与第二段管节对接，同时开启止推段内的抱箍式止推装置临时固定第一段管节，然后密封止推段；

步骤五，先将第二段管节运输至顶推侧接岸结构内的水平运输段，接着水平运输段内的千斤顶驱动顶升梁将第二段管节顶升后，移除运输平车，再进行第二段管节的二次舾装，然后在第二段管节与顶升梁之间穿入搬运气囊，搬运气囊充气后将第二段管节的头部向前移至对接段，与第一段管节的尾部进行对接，并在第二段管节的前端安装第一道斜拉索，以及在第二段管节的内腔两头各自设置密封墙；

步骤六，先将液压顶推台车就位，关闭管节连接箱的密封门，并将管节连接箱内灌满水，进行第一次浮重比调节，再松开抱箍式止推装置，使两段管节呈漂浮状态；启动液压顶推台车将两段管节顶推前行；

步骤七，刚开始顶推时，第一段管节前端的顶推导梁先顶开临时封门上的堵水塞，接着采用起重船将两根牵引索牵引至接收侧接岸结构内，并连接在牵引锚锭段内的牵引索的牵引装置上；

步骤八，顶推过程中，接收侧接岸结构内的牵引装置收紧两根牵引索，并通过液压顶推台车以前拉后推的方式进行顶推，直至第二段管节的尾部遗留在顶推侧接岸结构的对接段内；

步骤九，将第一道斜拉索牵引至顶推侧海岸上的两个临时拉索锚碇墩上；

步骤十，先开启止推段内的抱箍式止推装置临时紧固第二段管节，并启动密封墙体中的密封抱箍，再抽干管节连接箱内的水，然后打开管节连接箱的密封门，并移除液压顶推台车；

步骤十一，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推第三段管节至跨中段管节的后一段管节，每顶推一段管节，就将已推出顶推侧接岸结构的管节的前端的斜拉索依序牵引至顶推侧海岸上的两个临时拉索锚碇墩上；当顶推到跨中段管节的后一段管节时，采用起重船将第一道斜拉索从两个临时拉索锚碇墩牵引至接收侧海岸上的两个拉索锚碇墩上；

步骤十二，重复步骤五、步骤六、步骤八至步骤十，依序对接并顶推跨中段管节的后二段管节至最后一段管节，每顶推一段管节，就将第三段管节上的第二道斜拉索至跨中段管节上的斜拉索依序牵引至接收侧海岸上的两个拉索锚碇墩上，并将跨中段管节的后一段管节上的斜拉索至最后一段管节上的斜拉索依序牵引至顶推侧海岸上的两个拉索锚碇墩上，直至最后一段管节顶推完毕，使最后一段管节的尾部遗留在对接段内，第一段管节的头部进到接收侧接岸结构内的管节固定段，再启动接收侧接岸结构内的止水装置密封第一段管节的头部，同时启动顶推侧接岸结构内的抱箍式止推装置临时固定最后一段管节的尾部；

步骤十三，抽干管节连接箱内的水，并移除液压顶推台车，再将最后一段管节的尾部固结在顶推侧接岸结构内，同时抽干接收侧接岸结构的管节固结段内的水，拆除顶推导梁和两根牵引索，并移除牵引锚锭段内的墩台和牵引装置，再将第一段管节的头部固结在接收侧接岸结构内；

步骤十四，隧道内后续设施施工，包括拆除每段管节内的密封墙、水中悬浮隧道的路面施工、水中悬浮隧道内的风、水、电气设施的安装及内装修，同时进行第二次浮重比调节；

步骤十五，逐段对管节的给排水室灌水进行第三次浮重比调节；

步骤十六，逐道调整斜拉索的索力，然后斜拉索封锚。

2.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其特征在于，进行步骤五时，在干环境中进行管节对接，管节的对接通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接。

3.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其特征在于，进行步骤七和步骤八时，在湿环境中进行管节顶推。

4.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其特征在于，进行步骤十三时，所述第一段管节的头部外表面与接收侧接岸结构的管节固结段的内表面之间通过灌注混凝土固结；所述最后一段管节的尾部外表面与顶推侧接岸结构的管节连接箱的内表面之间通过灌注混凝土固结。

5.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的顶推工艺，其特征在于，所述第一次浮重比调节至第三次浮重比调节均采用对每段管节的给排水室内灌水或抽水实现。

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