CN111254984A - 一种水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，包括隧道本体和一对接岸结构。隧道本体包括水中悬浮隧道和陆域斜坡隧道；水中悬浮隧道由多段预制的管节和一对接岸段管节连接而成；管节之间通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接；管节接头为承插式接头；接头紧固件包括接头内紧固件和接头外紧固件；接头填缝料包括接头缝隙填缝料和螺栓孔填缝料；接头止水材料包括外层止水圈和内层止水圈；一对接岸段管节的岸侧头各自位于一对接岸结构的内腔中并通过在岸侧头的外表面与接岸结构的内表面之间灌注混凝土与接岸结构固结；陆域斜坡隧道的临水端与接岸结构的背水侧连接。本发明的管节连接结构，能满足隧道受力及耐久性的要求。

Description

一种水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构

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管节连接结构。

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；墩柱式悬浮隧道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，隧道的安装施工受风、浪、流及船行波等影响，上述三种型式的悬浮隧道水下定位、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及隧道管节顶推安装的施工方法。水下斜拉式缆索体系悬浮隧道由水中悬浮隧道1、接岸结构2、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1与接岸结构2相连，通过陆域斜坡隧道6与地面道路连接，水中悬浮隧道1上设斜拉索3并固于隧道两侧岸5上的拉索锚碇墩4上形成稳定的受力体系(见图1和图2)。斜拉式悬浮隧道的管节顶推安装的施工方法为：所有的管节在隧道陆域进口或出口的后方预制场预制后，经由陆域斜坡隧道6运输至接岸结构2内，依次进行逐段对接、二次舾装和密封入水，然后逐段顶推至对岸的接岸结构2内，顶推完成后，在接岸结构2内浇灌接岸段管节外表面的混凝土，完成水中悬浮隧道1两端的接岸段管节与接岸结构的固结。

籍此需要提出一种与水下斜拉式缆索体系悬浮隧道结构及施工方法相对应的管节连接结构。

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管节连接结构，它不仅能适应悬浮隧道管节水下顶推安装工艺的要求，并能满足隧道结构受力及耐久性的要求。

本发明的目的是这样实现的：一种水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，所述水下斜拉式悬浮隧道包括隧道本体、一对接岸结构、斜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和陆域斜坡隧道；其中，

所述水中悬浮隧道由多段预制的管节和一对接岸段管节连接而成，多段管节之间通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接；

所述管节接头为承插式接头，并在每段管节的承口的外表面和插口的内表面上各自均布并对应地径向开设多个埋头式接头螺栓孔；

所述接头紧固件包括接头内紧固件和接头外紧固件；所述接头内紧固件为插设在所述接头螺栓孔中的高强不锈钢螺栓、螺母及垫片并采用垂直锚固型式；所述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的锚碇座之间的钢绞线或预应力钢筋；

所述接头填缝料包括填设在两段对接的管节的承口的内表面和插口的外表面之间的接头缝隙填缝料和填设在两段对接的管节的接头螺栓孔内的螺栓孔填缝料；

所述接头止水材料包括设在两段对接的管节的承口的端面与插口的止封面之间的外层止水圈和设在插口的端面和承口的止封面之间的内层止水圈；

一对接岸段管节的岸侧头各自位于一对接岸结构的内腔中，接岸段管节通过在岸侧头的外表面与接岸结构的内表面之间灌注混凝土与接岸结构固结；

所述陆域斜坡隧道的临水端与所述接岸结构的背水侧连接。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其中，所述水中悬浮隧道的腔内分隔为隧道上层、隧道中层和隧道下层；隧道中层为行人通行及车辆通行的通道；隧道上层内布置供电设施和通风设施；隧道下层为给排水室，布置浮重比调节系统；

上述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其中，所述接头缝隙填缝料为高强无收缩砂浆；所述螺栓孔填缝料为无收缩密封料。

上述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其中，所述外层止水圈和内层止水圈均为橡胶垫圈。

本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构具有以下特点：

1)本发明的水下悬浮隧道的管节连接结构适用于采用水下顶推安装工艺的悬浮隧道型式，并能满足隧道结构受力及耐久性的要求；

2)本发明的紧固件锚固结构简单，采用的接头内紧固螺栓垂直锚固比水平螺栓丝扣锚固更为牢靠；还采用接头外紧固件，即体外预应力结构，不仅能用于管节对接时的张紧，还能在隧道营运期承受水平拉力；

3)本发明的止水材料设施简单、经济。

附图说明

图1是水下斜拉式悬浮隧道的平面图；

图2是水下斜拉式悬浮隧道的纵剖面图；

图3是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构的纵剖面图(未连接)；

图4是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构的纵剖面图(已连接)；

图5是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构的横剖面图；

图6是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构中的接岸段管节与接岸结构连接的横剖面图；

图7是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构中的接岸段管节与接岸结构连接的纵剖面图。

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3至图7并结合参阅图1和图2，本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，适用的水下斜拉式悬浮隧道由隧道本体、一对接岸结构、斜拉索锚碇系统和浮重比调节系统、防撞警示系统、逃生系统、隧道附属设施等组成。隧道本体包括水中悬浮隧道1和陆域斜坡隧道6。一对接岸结构2各自设在两岸岸坡5附近的稳定地基上。斜拉索锚碇系统包括斜拉索3和斜拉索接收井4。

水中悬浮隧道1的内腔分隔为隧道上层11、隧道中层12和隧道下层13；隧道中层12为行人通行及车辆通行的通道；隧道上层11内布置供电设施和通风设施；隧道下层13为给排水室，布置浮重比调节系统。

水中悬浮隧道1由预制的多段管节10和一对接岸段管节10’连接而成，多段管节10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；其中，

管节接头为承插式接头，并在每段管节10的承口的外表面和插口的内表面上各自均布并对应地径向开设多个埋头式接头螺栓孔14；

接头紧固件包括接头内紧固件和接头外紧固件；其中，接头内紧固件采用垂直锚固型式并包括插设在接头螺栓孔14中的高强不锈钢螺栓30和与螺栓30配套的螺母及垫片；螺栓30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10的内表面上并靠近管口的锚碇座40和通过锚具连接在两段对接的管节10的锚碇座40之间的钢绞线或预应力钢筋31；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；

接头填缝料包括接头填缝料50和螺栓孔填缝料，其中，接头缝隙填缝料50采用高强无收缩砂浆，该接头缝隙填缝料50填设在两段对接的管节10的承口的内表面和插口的外表面之间；螺栓孔填缝料填设在两段对接的管节10的接头螺栓孔14内；螺栓孔填缝料采用无收缩密封料，该无收缩密封料采用环氧浆料；接头填缝料的强度应不低于隧道管节本体的混凝土强度；

接头止水材料包括外层止水圈51和内层止水圈52，其中，外层止水圈51设在两段对接的管节10的承口的端面与插口的止封面之间；内层止水圈52设在插口的端面和承口的止封面之间；外层止水圈51和内层止水圈52均采用橡胶垫圈。

一对接岸段管节10’的岸侧头各自位于一对接岸结构2的内腔中，接岸段管节10’通过在岸侧头的外表面与接岸结构2的内表面之间灌注混凝土20与接岸结构2固结；

陆域斜坡隧道6的临水端与接岸结构2的背水侧连接。

本发明的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构适用于在无水环境中进行管节对接施工的悬浮隧道，实施步骤如下：

步骤一：预制的管节10经由陆域斜坡隧道运输至接岸结构2内，进行二次舾装，并安装密封墙；

步骤二：管节10在接岸结构2内进行插接施工；

步骤三：管节10的接头外紧固件施工；

步骤四：先进行管节10的接头内紧固件锚固，然后在接头螺栓孔内灌注螺栓孔填缝料，即灌注无收缩的环氧浆料；

步骤五：管节10的接头内填筑接头缝隙填缝料50，即灌注无收缩砂浆；

步骤六：顶推循环施工；

步骤七：顶推完成后，在接岸结构2内浇注接岸段管节10’岸侧头的外表面的混凝土，完成水中悬浮隧道1两端的接岸段管节10’与接岸结构2的固结。

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 (4)

1.一种水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，所述水下斜拉式悬浮隧道包括隧道本体、一对接岸结构、斜拉索锚碇系统和浮重比调节系统；其特征在于，所述隧道本体包括水中悬浮隧道和陆域斜坡隧道；

所述水中悬浮隧道由多段预制的管节和一对接岸段管节连接而成，多段管节之间通过管节接头、接头紧固件、接头填缝料与接头止水材料连接；

所述管节接头为承插式接头，并在每段管节的承口的外表面和插口的内表面上各自均布并对应地径向开设多个埋头式接头螺栓孔；

所述接头紧固件包括接头内紧固件和接头外紧固件；所述接头内紧固件为插设在所述接头螺栓孔中的高强不锈钢螺栓、螺母及垫片并采用垂直锚固型式；所述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的锚碇座之间的钢绞线或预应力钢筋；

所述接头填缝料包括填设在两段对接的管节的承口的内表面和插口的外表面之间的接头缝隙填缝料和填设在两段对接的管节的接头螺栓孔内的螺栓孔填缝料；

所述接头止水材料包括设在两段对接的管节的承口的端面与插口的止封面之间的外层止水圈和设在插口的端面和承口的止封面之间的内层止水圈；

一对接岸段管节的岸侧头各自位于一对接岸结构的内腔中，接岸段管节通过在岸侧头的外表面与接岸结构的内表面之间灌注混凝土与接岸结构固结；

所述陆域斜坡隧道的临水端与所述接岸结构的背水侧连接。

2.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其特征在于，所述水中悬浮隧道的腔内分隔为隧道上层、隧道中层和隧道下层；隧道中层为行人通行及车辆通行的通道；隧道上层内布置供电设施和通风设施；隧道下层为给排水室，布置浮重比调节系统。

3.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其特征在于，所述接头缝隙填缝料为无收缩砂浆；所述螺栓孔填缝料为无收缩密封料。

4.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的管节连接结构，其特征在于，所述外层止水圈和内层止水圈均为橡胶垫圈。

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