CN111827355A - 一种沉管隧道及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉管隧道及施工方法，所述沉管隧道由多个筒体收尾对接而成，所述筒体的外形呈圆柱体状；所述筒体包括筒壁、第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板；所述第一肋板的两端均连接于所述筒壁的内壁，所述筒体的中轴线位于所述第一肋板所在的平面；本发明提出的沉管隧道的筒体的横截面为圆形，相比传统的横截面呈矩形的沉管，能够在保证筒体的承压能力的同时，尽可能的减小筒体的筒壁的厚度，降低沉管隧道的生产即安装成本，减少施工工期。

Description

一种沉管隧道及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种沉管隧道及施工方法。

背景技术

目前，水下隧道的建造方式有两种主流方法，一种是和传统地铁建设一样采用地下掘进，即通过盾构机来在水底的下方泥土层挖出通道，但是这种方式在水下的施工要求更高，因水底下方的泥土层的深度相比陆地的挖掘深度更低，前期勘探费时费力，后期挖掘和施工效率也比在陆地建设地铁更慢，耗资巨大。

另一种方式是采用沉管隧道的施工方式，沉管隧道是指在坞内预制沉管，再将制好的沉管运输至施工地，于施工地现场将多个沉管彼此进行对接，对接完成后再做基础处理而建成的水下隧道；沉管隧道的长度、与水域两岸道路衔接更灵活，修建成功后，因采用预制的方式，施工速度相比传统的地下盾构机掘进的施工方式大大加快，且施工成本大大降低。

沉管隧道的模式在业内也被称为“西方模式”，因这种建造方式在最早发源于欧洲，荷兰就是其代表；在亚洲，日本修建沉管隧道也已有50年的历史，我国的港珠澳隧道采用的就是采用沉管隧道建造而成。

现有的沉管隧道建造技术中，沉管截面必须是矩形的，当沉管位于水下的深度过深时，急剧升高的水压对沉管本体会产生巨大压强，矩形截面的沉管在对竖向压强的承载能力不足，必须加大沉管的筒壁的厚度来保证其不被水压破坏，但这样又会增加沉管的生产及安装成本和施工工期，目前我国已经完工的港珠澳海底隧道全长5.6公里，工期6年，总造价720亿元，平均每米成本1290万元，存在改进的空间。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种沉管隧道及施工方法，旨在解决现有的沉管隧道建造技术中，因沉管截面必须是矩形而增加沉管的生产和安装成本及施工工期的问题。

本发明提出一种沉管隧道，所述沉管隧道由多个筒体收尾对接而成，所述筒体的外形呈圆柱体状；所述筒体包括筒壁、第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板；所述第一肋板的两端均连接于所述筒壁的内壁，所述筒体的中轴线位于所述第一肋板所在的平面；

所述第二肋板的两端均连接于所述筒体的内壁；所述第三肋板的两端均连接于所述筒体的内壁；所述第四肋板的一端连接于所述筒体的内壁；所述第四肋板的另一端连接于所述第二肋板；所述第五肋板的一端连接于所述筒体的内壁；所述第五肋板的另一端连接于所述第二肋板；

所述第二肋板和所述第三肋板均垂直于所述第一肋板，且所述第二肋板位于所述第三肋板的上方；所述第二肋板和所述第三肋板均穿设于所述第一肋板；所述第四肋板和所述第五肋板均位于所述第二肋板的下方；所述第四肋板和所述第五肋板以所述第一肋板对称；第二肋板的下表面和所述筒体的纵截面共面；

所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板将所述筒体分割形成应急车道腔、管线腔、第一车道腔、第二车道腔、第一列车腔、第二列车腔、第一储水腔和第二储水腔；

所述筒体的一端形成有榫体，所述筒体的另一端形成有与所述榫体配合插接的卯体。

优选的，所述榫体包括第一榫壁和第二榫壁；所述第一榫壁更靠近所述筒体；所述第一榫壁的轴向截面呈梯形，所述第二榫壁的轴向截面呈梯形；所述第一榫壁的内壁的直径及所述第二榫壁的内壁的直径均与所述筒体的内径一致；

所述第一榫壁的外壁的与所述筒体的连接处的直径为第一直径；所述第一榫壁的远离所述筒体的一侧的外壁的直径为第二直径；所述第二榫壁的外壁的靠近所述第一榫壁的一侧的直径为第三直径；所述第二榫壁的外壁的远离所述第一榫壁的一侧的直径为第四直径；所述第一直径等于所述筒体的外径，所述第二直径大于所述第一直径，所述第三直径小于所述筒体的外径，所述第四直径小于所述第三直径；

所述卯体包括第一卯壁和第二卯壁；所述第一卯壁更靠近所述筒体；所述第一卯壁的轴向截面呈梯形，所述第二卯壁的轴向截面呈梯形；所述第一卯壁的内壁的直径与所述筒体的内径一致；

所述第一卯壁的外壁的与所述筒体的连接处的直径为第五直径；所述第一卯壁的远离所述筒体的一侧的外壁的直径为第六直径；所述第二卯壁的内壁的靠近所述第一卯壁的一侧的直径为第七直径；所述第二卯壁的内壁的远离所述第一卯壁的一侧的直径为第八直径；所述第五直径等于所述筒体的外径，所述第六直径大于所述第五直径，所述第七直径等于所述第四直径，所述第八直径等于所述第三直径。

优选的，所述榫体的距离所述筒体最远的侧面贴合设置有第一防水橡胶层.

优选的，所述卯体的距离所述筒体最远的侧面贴合设置有第二防水橡胶层；所述第一防水橡胶层和所述第二防水橡胶层的厚度一致。

优选的，所述筒体还包括第一封堵板和第二封堵板；所述第一封堵板靠近所述榫体，所述第二封堵板靠近所述卯体；所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板均与所述第一封堵板密封连接；所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板均与所述第二封堵板密封连接；

所述第一封堵板相比所述第一连接环更靠近所述筒体的中心，所述第二封堵板相比所述第二连接环更靠近所述筒体的中心；

所述第一封堵板开设有2个第一通孔，2个所述第一通孔分别与所述第一储水腔和所述第二储水腔连通；所述第二封堵板开设有2个第二通孔，2个所述第二通孔分别与所述第一储水腔和所述第二储水腔连通；所述第一通孔密封嵌入有第一盖板；所述第二通孔密封嵌入有第二盖板。

优选的，所述筒体还包括多根连接于所述筒体的拉索。

本发明还提出一种沉管隧道施工方法，用于对上述任一项所述的沉管隧道进行施工；所述方法包括：

预制场准备：将所述干船坞向水平面下挖出容腔，其中，所述容腔的上部分的竖直截面呈矩形，所述容腔的下部分的竖直截面呈半圆形；

于所述干船坞内由一端向另一端敷设钢筋并绑扎；

于所述干船坞内从下至上敷设包裹所述钢筋的模板，边敷设边浇筑；

定期养护所述混凝土并在最后一次浇灌的第一预设时间后拆除所述模板；

拆除所述模板后引水入所述干船坞，以使所述筒体浮起，并打开所述干船坞的闸门将所述筒体拖出于所述干船坞；

通过拖船将所述浮起的筒体浮运至施工目的地；

将所述筒体于所述施工目的地进行对接。

优选的，所述筒体的所述榫体插入相邻的所述筒体的所述卯体后，同时启动所述筒体的所述液压缸，以使得防水压头与相邻的所述筒体的所述第一防水橡胶层紧压接触，之后还包括：

将靠近陆地的筒体一端与陆地道路连接，另一端倾斜插入水中；

当所有的筒体均完成对接后，拆除所有的所述第一封堵板和第二封堵板，将各所述筒体的所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板进行对接浇筑。

优选的，所述对接：通过吊船将所述筒体吊送至水下，并于水下将所述筒体和之前已经预埋的筒体进行对接，之后还包括：

当所有的筒体均完成所述对接后，拆除所有的所述第一封堵版和第二封堵板，并将整个沉管隧道内的储水抽出，然后将各所述筒体的所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板进行对接浇筑。

优选的，所述当所有的筒体均完成对接后，拆除所有的所述第一封堵板和第二封堵板，将各所述筒体的所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板进行对接浇筑，之后还包括：

将所述拉索的另一端固定于水底以对所述筒体进行位置固定。

通过上述技术方案，能实现以下有益效果：

本发明提出的沉管隧道的筒体的横截面为圆形，相比传统的横截面呈矩形的沉管(如图2所示)，横截面为圆形的沉管在水下承受的水压更小且均匀，传统的沉管的筒体的上壁和下壁承受的压强是大于本沉管隧道的筒体的，这样的话，能够在保证筒体的承压能力的同时，尽可能的减小筒壁的厚度，降低沉管隧道的生产即安装成本，减少施工工期。

此外，本沉管隧道的筒体通过设置第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板以将筒体分割形成了应急车道腔、管线腔、第一车道腔、第二车道腔、第一列车腔、第二列车腔、第一储水腔和第二储水腔；这样能够充分利于筒体内的空间，布局更加合理紧凑，且更加实用，通过设置2个汽车车道和2个列车车道，大大提升了沉管隧道的通行能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种沉管隧道的一实施例的筒体的截面示意图；

图2为现有的常规沉管隧道的筒体的截面示意图；

图3为本发明提出的一种沉管隧道的一实施例的筒体的另一角度的截面示意图；

图4为本发明提出的一种沉管隧道的另一实施例的筒体的另一角度的截面示意图；

图5为图4中A处的细节放大示意图；

图6为本发明提出的一种沉管隧道的一实施例的第一通孔及第一盖板的结构示意图；

图7为本发明提出的一种沉管隧道施工方法的干船坞的结构示意图。

图中标号说明：

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种沉管隧道。

如图1所示，在本发明提出的一种沉管隧道的一实施例中，本沉管隧道包括筒体，即本沉管隧道由多个筒体收尾对接而成，筒体的外形呈圆柱体状；筒体包括筒壁100、第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140、第五肋板150；第一肋板110的两端均连接于筒壁100的内壁，筒体的中轴线位于第一肋板110所在的平面，即第一肋板110和筒体的纵截面共面，即第一肋板110将筒体分割为完全对称的两个部分空间。

第二肋板120的两端均连接于筒体的内壁；第三肋板130的两端均连接于筒体的内壁；第四肋板140的一端连接于筒体的内壁；第四肋板140的另一端连接于第二肋板120；第五肋板150的一端连接于筒体的内壁；第五肋板150的另一端连接于第二肋板120。

第二肋板120和第三肋板130均垂直于第一肋板110，且第二肋板120位于第三肋板130的上方；第二肋板120和第三肋板130均穿设于第一肋板110；第四肋板140和第五肋板150均位于第二肋板120的下方；第四肋板140和第五肋板150以第一肋板110对称；第二肋板120的下表面和筒体的纵截面共面。

第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150将筒体分割形成应急车道腔210、管线腔220、第一车道腔230、第二车道腔240、第一列车腔250、第二列车腔260、第一储水腔270和第二储水腔280。

上述应急车道腔210用于通行应急车辆或维护车辆，管线腔220用于设置通信线路、燃油管线、电缆、燃气管线等运营所需要的管线，第一车道腔230和第二车道腔240为车辆通行的腔室，第一列车腔250和第二列车腔260为火车或高铁通行的腔室，第一储水腔270和第二储水腔280主要用于灌入外界水，以便于施工对接时控制筒体的浮力。

此外，如图3所示，筒体的一端形成有榫体300，筒体的另一端形成有与榫体300配合插接的卯体400。

本发明提出的沉管隧道的筒体的横截面为圆形，传统的横截面呈矩形的沉管(如图2所示，现有技术中的港珠澳隧道即是采用的矩形截面)，矩形截面的沉管带来了如下问题：工程规模庞大、工程设备庞大，图纸多、工期长、施工环境恶劣。

圆形截面的受力分布非常合理，圆形截面将海水的正压力分解，一部分由筒体的筒壁100承担，一部分用筒体的肋板(包括第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150)承担，一部分滑出了筒体的外表面。所以，在同样的海水压强下，圆形截面相比矩形截面的受力更加合理。

此外，在同样的海水压强下，海水里面的物体，表面积越大，它所受到的压力越大；这样的话，在同样的内部面积下，矩形截面的筒体的外表面积近乎是圆形截面的筒体的外表面积的1.3倍，矩形截面的筒体的受力即是圆形截面的筒体的1.3倍，即圆形截面的筒体在水下所受到的压力是矩形截面的筒体所受到的压力的76％。

圆形截面还有一个好处，就是其质量中心稳定，在浮于水面进行拖运时，不会翻滚。

横截面为圆形的沉管在水下承受的水压更小且均匀，传统的沉管的筒体的上壁和下壁承受的压强是大于本沉管隧道的筒体的；在同样的横截面面积下，圆形的截面的周长是最小的，且圆形截面在水下的抗压能力比矩形截面更强，即相同体积物体中，圆形截面的整体受力是最小的；而且，圆形将外力分散、所受到的力被上述第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150吸收，这样的话，能够在保证筒体的承压能力的同时，尽可能的减小筒壁100的厚度，降低沉管隧道的生产即安装成本，减少施工工期。

此外，本沉管隧道的筒体通过设置第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150以将筒体分割形成了应急车道腔210、管线腔220、第一车道腔230、第二车道腔240、第一列车腔250、第二列车腔260、第一储水腔270和第二储水腔280；这样能够充分利于筒体内的空间，布局更加合理紧凑，且更加实用，通过设置2个汽车车道和2个列车车道，大大提升了沉管隧道的通行能力。

此外，通过设置第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150，还能增强对于筒壁100的支撑能力，从而增强筒体在水压的抗压能力。

同时，筒体还包括呈弓形的底壁160，底壁160的呈弧形的一端贴合于筒壁100的内壁，底壁160的呈平面状的另一端与第三肋板130平行且正相对；且底壁160以第一肋板110对称。

底壁160用来承受第一列车腔250和第二列车腔260内运行的列车，此外，通过设置底壁160，还能使得筒体的重心靠近底壁160的一侧，能够使得筒体在水下更加稳定，不会随意偏转。

此外，通过设计海水调节仓(即第一储水腔270和第二储水腔280)，使得筒体的浮力可调节，海水调节仓装满水时，筒体的长度方向上每一米增加重量20吨(即减少浮力20吨)，也就是说，当海水调节仓灌满水，筒体就会沉入水下(此时是筒体的正常运行状态)，与海底接触。

筒体沉入海底后，可以避免地震，特别是避免海面上的恶劣天气对筒体的不利影响。

海水调节仓的另一个作用，当海水调节仓中的海水排出后，筒体的长度方向上每一米增加浮力20吨，对于筒体的浮运起非常大的作用(即使得筒体能够浮起于水面)，这样通过水面拖轮即可将筒体拖运至世界各地，大大增加了可施工的范围。

此外，如图3所示，榫体300包括第一榫壁310和第二榫壁320；第一榫壁310更靠近筒体；第一榫壁310的轴向截面呈梯形，第二榫壁320的轴向截面呈梯形；第一榫壁310的内壁的直径及第二榫壁320的内壁的直径均与筒体的内径一致，值得注意的是，第一榫壁310和第二榫壁320及筒体的筒壁100是一体浇筑成型的，图3中只是为了显示更加明显而添加了虚线。

第一榫壁310的外壁的与筒体的连接处的直径为第一直径；第一榫壁310的远离筒体的一侧的外壁的直径为第二直径；第二榫壁320的外壁的靠近第一榫壁310的一侧的直径为第三直径；第二榫壁320的外壁的远离第一榫壁310的一侧的直径为第四直径；第一直径等于筒体的外径，第二直径大于第一直径，第三直径小于筒体的外径，第四直径小于第三直径。

卯体400包括第一卯壁410和第二卯壁420；第一卯壁410更靠近筒体；第一卯壁410的轴向截面呈梯形，第二卯壁420的轴向截面呈梯形；第一卯壁410的内壁的直径与筒体的内径一致；值得注意的是，第一卯壁410和第二卯壁420及筒体的筒壁100是一体浇筑成型的，图3中只是为了显示更加明显而添加了虚线。

第一卯壁410的外壁的与筒体的连接处的直径为第五直径；第一卯壁410的远离筒体的一侧的外壁的直径为第六直径；第二卯壁420的内壁的靠近第一卯壁410的一侧的直径为第七直径；第二卯壁420的内壁的远离第一卯壁410的一侧的直径为第八直径；第五直径等于筒体的外径，第六直径大于第五直径且等于第二直径，第七直径等于第四直径，第八直径等于第三直径。

通过上述技术方案，使得筒体和筒体之间的对接安装更加容易，直接将筒体的榫体300插入相邻的筒体的卯体400即可，且榫卯结合的密封防水性能更佳。

本专利的筒体之间的榫卯连接是保护的重点，现有技术中，港珠澳隧道的筒体的长度为180米，各筒体之间的连接非常困难，耗时耗力耗钱，本专利的筒体采用公母榫设计，即筒体的两端分别为公榫和母榫，筒体之间的连接采用公母榫配合嵌套。

此外，榫体300的距离筒体最远的侧面贴合设置有第一防水橡胶层(未示出)；卯体400的距离筒体最远的侧面贴合设置有第二防水橡胶层(未示出)；第一防水橡胶层和第二防水橡胶层的厚度一致。

通过设置第一防水橡胶层和第二防水橡胶层进一步增加筒体和筒体之间的连接处的防水性能。

此外，如图4和图5所示，在本发明提出的沉管隧道的另一实施例中，筒体还包括密封组件；密封组件包括连接于榫体300的内壁的第一连接环610，以及连接于卯体400的内壁的第二连接环620；第一连接环610包括第一连接面611，第二连接环620包括第二连接面621；第一连接面611和第二连接面621彼此平行且正相对。

第二榫壁320的远离筒体的一侧面和第一连接面611共面；第一卯壁410的远离筒体的一侧面和第二连接面621共面。

第一连接面611开设有环形槽612；环形槽612内均匀分布设置有多个垂直于第一连接面611的液压缸613，各液压缸613的伸缩杆的前端连接设置有防水压头614，防水压头614由弹性材质制成；第二连接面621贴合设置有第三防水橡胶层(未示出)。且第一防水橡胶层的厚度大于第三防水橡胶层的厚度。

密封组件还包括内波纹层616和外波纹层615；内波纹层616的两侧分别连接于第一连接面611和防水压头614；外波纹层615的两侧分别连接于第一连接面611和防水压头614；内波纹层616比外波纹层615更靠近筒体的中心。内波纹层616和外波纹层615均采用防水材质制成。

通过上述技术方案，能够进一步增加筒体和筒体对接时的密封防水性能，具体的，当筒体和相邻的筒体完成对接后(即筒体的榫体300插入相邻的筒体的卯体400中)，同时启动所有的液压缸613，进而同步推动防水压头614朝向第二连接面621的方向移动，直至防水压头614完全和第二连接面621压紧并接触(实际上是与第三防水橡胶层压紧接触)，此时，在内波纹层616、防水压头614、第三防水橡胶层和外波纹层615的共同作用下，大大提升了筒体和筒体之间的连接密封性和防水性。

同时，如图4所示，筒体还包括第一封堵板510和第二封堵板520；第一封堵板510靠近榫体300，第二封堵板520靠近卯体400；第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150均与第一封堵板510密封连接；第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150均与第二封堵板520密封连接。

第一封堵板510相比第一连接环610更靠近筒体的中心，第二封堵板520相比第二连接环620更靠近筒体的中心，即第一连接环610位于第一封堵板510的外侧，第二连接环620位于第二封堵板520的外侧。通过设置第一封堵板510而后第二封堵板520使得筒体封闭，进而使得筒体能够浮起于水面，便于拖船拖运。

第一封堵板510和第二封堵板520在筒体浇筑时即一并浇筑出来，并在整个隧道的各个筒体对接完成后，再将各筒体的第一封堵板510和第二封堵板520进行拆除，一旦拆除，整个隧道即架设完成，再将筒体内残余的海水抽出即可。

如图6所示，第一封堵板510开设有2个第一通孔511，2个第一通孔511分别与第一储水腔270和第二储水腔280连通；第二封堵板520开设有2个第二通孔(未示出)，2个第二通孔分别与第一储水腔270和第二储水腔280连通；第一通孔511密封嵌入有第一盖板512；第二通孔密封嵌入有第二盖板(未示出)。

第一盖板512包括盖面板513和盖环板514，盖面板513贴合于第一封堵板510的外侧壁，盖环板514嵌入第一通孔511，且盖环板514的外壁和第一通孔511的内壁贴合接触，第一盖板512通过螺栓515固定于第一封堵板510。

图6中只示出了第一通孔511和第一盖板512之间的连接结构，因第一通孔511和第二通孔的结构和尺寸一致，第二盖板和第一盖板512的的结构和尺寸一致，故第二通孔和第二盖板之间的连接结构也和图6一致，这里不再赘述。

通过上述技术方案，使得第一储水腔270和第二储水腔280能够通过第一盖板512和第二盖板来实现排水和充水(对接后，敲破第一盖板和第二盖板，使得所有的筒体的第一储水腔270和第二储水腔280依次贯通，以此实现对整个沉管隧道的排水和充水)。

同时，筒体还包括多根连接于筒体的拉索(未示出)。拉索用于将对接安装完成后的筒体固定于水下，使得整个沉管隧道更加稳固。

本发明还提出一种沉管隧道施工方法。

在本发明提出的一种沉管隧道施工方法的第一实施例中，本实施例用于对上述任一项沉管隧道进行施工；所述方法包括如下步骤：

步骤S110：预制场准备：将所述干船坞向水平面下挖出容腔，其中，所述容腔的上部分的竖直截面呈矩形，所述容腔的下部分的竖直截面呈半圆形。

具体的，干船坞700的结构如图7所示，本专利中，将干船坞700和预制场放置于一起，相比传统的施工方法种，干船坞700和预制场分离设置且占地面积过大，这样即可以最小的面积同时解决干船坞700和预制场占地面积大的问题；在实际应用中，港珠澳隧道所用到的预制场的占地面积为72.5万平米，而本专利所用到的预制场的占地面积是6.6万平米。

预制场将干船坞700、钢筋操作车间、混凝土搅拌车间、材料吊装设备、混凝土输送设备、混凝土浇捣设备集成在一起，最大限度节约了占地，节约了设备，并使得施工工艺中的各个工序的衔接更加合理。

干船坞700的断面设计要点：干船坞700的断面即是筒体的截面的一半(即半圆形)，这样即可用最小的干船坞700的面积来承受筒体；因干船坞700的断面的下部分呈半圆形，且这个半圆形的直径和筒体的圆形截面的直径是完全一致的，因此，筒体制作的时候，筒体的下半部分不需要支设模板，这样即可节省一半模板。

干船坞700和筒体的配合设计，称之为“量体裁衣”，即干船坞700的设计按照筒体的形状来进行，所有一切多余的都去掉，即这个干船坞700可以以最小的面积来完成筒体的浇筑。

故本专利的干船坞700开挖的面积是最小的，开挖深度也是最小的，干船坞700的开挖主要是土方工程，没有多高的技术含量，尽量减少开挖的体积即可节省施工费用。所以本专利提出的干船坞700的面积和开挖体积相比现有技术中的干船坞700(港珠澳隧道的干船坞700)是明显更小的，占地面积只有港珠澳隧道的干船坞700的十分之一。

在本实施例中，筒体的直径是24米，那干船坞700的半圆形的下部的直径也是24米，干船坞700的上部的深度为30米，以便于筒体浮起。

预制场的平面设计：两边是干船坞700，中间是操作车间(混凝土搅拌车间、钢筋存放车间等)，整个设计便利了整个筒体的生产制造。

即干船坞700包括两个相邻的容腔，容腔就是浇筑筒体的地方，容腔的上方设置有龙门吊720，龙门吊720上连接有多个浇灌头730，两个容腔之间设置有混凝土搅拌房710，混凝土搅拌房710与龙门吊720上的浇筑头连通，以通过浇灌头730将混凝土进行筒体浇筑。

干船坞700靠近河海设置，且干船坞700能够打开并与外界河海连通，以便于筒体浇筑完成后，于干船坞700内引入外界河海的水，从而使得筒体浮起，并将筒体拖出，且本发明中的这种干船坞700平面设计结构紧凑，占地面积小。

步骤S120：于所述干船坞内由一端向另一端敷设钢筋并绑扎。

步骤S130：于所述干船坞内从下至上敷设包裹所述钢筋的模板，边敷设边浇筑。

具体的，将钢筋绑扎好后会形成一个笼子结构，模板的敷设是依附于笼子的。因干船坞的容腔的下部分的竖直截面呈半圆形，半圆形的容腔和筒体的下部契合，故筒体的下部的外壁模板无需敷设，即直接采用容腔的内壁作为筒体下部的外壁模板(即可节省大量的模板材料，降低了施工成本)，实际浇筑时，只需于容腔的内壁涂抹隔离剂，即可便于筒体浇筑后脱模浮起。

本专利中需要强调的另一个重点即是模板的支设顺序，本专利将模板支设的顺序进行分解，使得筒体的钢筋混凝土的浇捣，尤其是横向肋板的浇捣变得容易。

此外，上述模板的敷设过程是应该按照顺序来完成的，具体的顺序为：先敷设筒体的下部模板(包括筒壁100的下部、第一肋板110的下部、第四肋板140、第五肋板150、底壁160和第三肋板130的模板)，再于上述下部模板内浇筑混凝土，然后敷设中上部模板(包括筒壁100的中上部、第一肋板110的中上部和第二肋板120的模板)，再于上述中上部模板内浇筑混凝土；最后敷设筒体的上部模板(筒壁100的上部和第一肋板110的上部模板)，再于上述上部模板内浇筑混凝土，至此，整个筒体全部浇筑完成。

使用上述顺序进行混凝土浇筑，从下至上，层层叠进，更加合理，且浇筑效果好，效率快。

步骤S140：定期养护所述混凝土并在最后一次浇灌的第一预设时间后拆除所述模板。

具体的，这里的第一预设时间为混凝土达到设计强度的100％所需要的时间，根据不同的气温有所述差别，本实施例有优选为2天。

步骤S150：于所述筒体安装所述密封组件。

具体的，密封组件的第一连接环610及第二连接环620均是与筒体一体浇筑成型的，只是后续的液压杆、防水压头614、内波纹层616和外波纹层615是随后安装上去的。

步骤S160：拆除所述模板后引水入所述干船坞，以使所述筒体浮起，并打开所述干船坞的闸门将所述筒体拖出于所述干船坞。

具体的，筒体可在本身浮力作用下浮起，在本实施例中，筒体的外径达到24米、筒壁100厚1.3米、第一肋板110厚度为1米，第二肋板120厚0.7米，第三肋板130厚1米，第四肋板140和第五肋板150厚0.4米，筒体单根长度500米，单根重22万吨。

由图1所示，每长度米筒体体积为452立方米，而每长度米筒体重441吨，故每长度米筒体产生的净浮力＝452-441＝11(吨)，除去第一封堵板510和第二封堵板520处造成的浮力损失(第一封堵板510距离较近的筒体的端部为5米，第二封堵板520距离较近的筒体的端部同样为5米)，筒体总体的浮力＝11*490-((220000÷500)*10)＝990(吨)筒体仍然能够浮起。

步骤S170：通过拖船将所述浮起的筒体浮运至施工目的地。

具体的，至于浮运的速度，比照美国10万吨福特航母30节时速，22万吨的筒体用4艘4千吨级的拖轮，可以以每小时5公里的速度拖行。筒体浮于水面进行拖运的方式，减少了运输难度、且定位更加容易。

步骤S180：将所述筒体于所述施工目的地进行对接。

具体的，这里的对接，是直接将筒体的榫体300插入相邻的筒体的卯体400中，整个过程对接过程中，筒体一直浮于水面并不下沉，所有的筒体完成对接后再统一打开筒体内部的第一封堵板510和第二封堵板520。

本实施例的步骤即是本发明提出的沉管隧道施工方法的主要步骤，通过上述方法即可完成对本发明提出的沉管隧道的施工，且施工速度快，效率高。

在本发明提出的一种沉管隧道施工方法的第二实施例中，基于第一实施例，本实施例用于对如上述设置了密封组件的沉管隧道进行施工；步骤S180，包括如下步骤：

步骤S210：所述筒体的所述榫体插入相邻的所述筒体的所述卯体后，同时启动所述筒体的所述液压缸613，以使得防水压头614与相邻的所述筒体的所述第一防水橡胶层紧压接触。

通过本实施例的方法，对接后的密封性和防水性大大提升。

在本发明提出的一种沉管隧道施工方法的第三实施例中，基于第二实施例，步骤S210，之后还包括如下步骤：

步骤S310：将靠近陆地的筒体一端与陆地道路连接，另一端倾斜插入水中。

具体的，这里是沉管隧道的靠近陆地的那一根筒体的摆设方式，即陆地的一端连接于陆地的道路，另一端插入水中并与水中的筒体进行对接即可，该筒体整体呈倾斜状。

步骤S320：当所有的筒体均完成对接后，拆除所有的所述第一封堵板510和第二封堵板520，将各所述筒体的所述第一肋板110、所述第二肋板120、所述第三肋板130、所述第四肋板140和所述第五肋板150进行对接浇筑。

本第三实施例，实际上是如何处理对接完成后剩余施工步骤，拆除第一封堵板510和第二封堵板520后，将各筒体的第一肋板110、第二肋板120、第三肋板130、第四肋板140和第五肋板150进行对接浇筑，以形成最终的完整的沉管隧道。

对接浇筑完成后，可敲破所有的第一盖板512和第二盖板，使得整条沉管隧道的所有的筒体的第一储水腔270和第二储水腔280依次贯通，以便于将第一储水腔270和第二储水腔280抽出水或者灌入水，并以此调节整条沉管隧道的浮沉，通过调节灌入第一储水腔270和第二储水腔280中的水量来调节筒体的浮力，即本沉管隧道既可浮于水面，也可悬浮于水中，还能沉入水底，但为了稳定性考虑，实际应用中以悬浮于水中或沉入水底为佳。

在本发明提出的一种沉管隧道施工方法的第四实施例中，基于第三实施例，本实施例用于对如上述设置了拉索的沉管隧道进行施工；步骤S320，之后还包括如下步骤：

步骤S410：将所述拉索的另一端固定于水底以对所述筒体进行位置固定。

通过本实施例，可进一步将筒体的位置进行固定，以使得完成施工后的沉管隧道运行更加稳定。

本发明提出的施工方法，不需要施工基础、不要现场勘探(直接将沉管悬浮于水中)、不要要求适合的气象条件(水面对接，且对接简单)、不要水下作业、不要大型设备(如吊船)，整个施工成本大大降低、工期缩短、且更利于文明施工。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种沉管隧道，其特征在于，所述沉管隧道由多个筒体收尾对接而成，所述筒体的外形呈圆柱体状；所述筒体包括筒壁、第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板；所述第一肋板的两端均连接于所述筒壁的内壁，所述筒体的中轴线位于所述第一肋板所在的平面；

所述第二肋板的两端均连接于所述筒体的内壁；所述第三肋板的两端均连接于所述筒体的内壁；所述第四肋板的一端连接于所述筒体的内壁；所述第四肋板的另一端连接于所述第二肋板；所述第五肋板的一端连接于所述筒体的内壁；所述第五肋板的另一端连接于所述第二肋板；

所述第二肋板和所述第三肋板均垂直于所述第一肋板，且所述第二肋板位于所述第三肋板的上方；所述第二肋板和所述第三肋板均穿设于所述第一肋板；所述第四肋板和所述第五肋板均位于所述第二肋板的下方；所述第四肋板和所述第五肋板以所述第一肋板对称；第二肋板的下表面和所述筒体的纵截面共面；

所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板将所述筒体分割形成应急车道腔、管线腔、第一车道腔、第二车道腔、第一列车腔、第二列车腔、第一储水腔和第二储水腔；

所述筒体的一端形成有榫体，所述筒体的另一端形成有与所述榫体配合插接的卯体。

2.根据权利要求1所述的沉管隧道，其特征在于，所述榫体包括第一榫壁和第二榫壁；所述第一榫壁更靠近所述筒体；所述第一榫壁的轴向截面呈梯形，所述第二榫壁的轴向截面呈梯形；所述第一榫壁的内壁的直径及所述第二榫壁的内壁的直径均与所述筒体的内径一致；

所述第一榫壁的外壁的与所述筒体的连接处的直径为第一直径；所述第一榫壁的远离所述筒体的一侧的外壁的直径为第二直径；所述第二榫壁的外壁的靠近所述第一榫壁的一侧的直径为第三直径；所述第二榫壁的外壁的远离所述第一榫壁的一侧的直径为第四直径；所述第一直径等于所述筒体的外径，所述第二直径大于所述第一直径，所述第三直径小于所述筒体的外径，所述第四直径小于所述第三直径；

所述卯体包括第一卯壁和第二卯壁；所述第一卯壁更靠近所述筒体；所述第一卯壁的轴向截面呈梯形，所述第二卯壁的轴向截面呈梯形；所述第一卯壁的内壁的直径与所述筒体的内径一致；

所述第一卯壁的外壁的与所述筒体的连接处的直径为第五直径；所述第一卯壁的远离所述筒体的一侧的外壁的直径为第六直径；所述第二卯壁的内壁的靠近所述第一卯壁的一侧的直径为第七直径；所述第二卯壁的内壁的远离所述第一卯壁的一侧的直径为第八直径；所述第五直径等于所述筒体的外径，所述第六直径大于所述第五直径，所述第七直径等于所述第四直径，所述第八直径等于所述第三直径。

3.根据权利要求2所述的沉管隧道，其特征在于，所述榫体的距离所述筒体最远的侧面贴合设置有第一防水橡胶层。

4.根据权利要求3所述的沉管隧道，其特征在于，所述卯体的距离所述筒体最远的侧面贴合设置有第二防水橡胶层；所述第一防水橡胶层和所述第二防水橡胶层的厚度一致。

5.根据权利要求3所述的沉管隧道，其特征在于，所述筒体还包括第一封堵板和第二封堵板；所述第一封堵板靠近所述榫体，所述第二封堵板靠近所述卯体；所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板均与所述第一封堵板密封连接；所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板均与所述第二封堵板密封连接；

所述第一封堵板相比所述第一连接环更靠近所述筒体的中心，所述第二封堵板相比所述第二连接环更靠近所述筒体的中心；

所述第一封堵板开设有2个第一通孔，2个所述第一通孔分别与所述第一储水腔和所述第二储水腔连通；所述第二封堵板开设有2个第二通孔，2个所述第二通孔分别与所述第一储水腔和所述第二储水腔连通；所述第一通孔密封嵌入有第一盖板；所述第二通孔密封嵌入有第二盖板。

6.根据权利要求1所述的沉管隧道，其特征在于，所述筒体还包括多根连接于所述筒体的拉索。

7.一种沉管隧道施工方法，其特征在于，用于对如权利要求1-6中任一项所述的沉管隧道进行施工；所述方法包括：

预制场准备：将所述干船坞向水平面下挖出容腔，其中，所述容腔的上部分的竖直截面呈矩形，所述容腔的下部分的竖直截面呈半圆形；

于所述干船坞内由一端向另一端敷设钢筋并绑扎；

于所述干船坞内从下至上敷设包裹所述钢筋的模板，边敷设边浇筑；

定期养护所述混凝土并在最后一次浇灌的第一预设时间后拆除所述模板；

拆除所述模板后引水入所述干船坞，以使所述筒体浮起，并打开所述干船坞的闸门将所述筒体拖出于所述干船坞；

通过拖船将所述浮起的筒体浮运至施工目的地；

将所述筒体于所述施工目的地进行对接。

8.根据权利要求7所述的沉管隧道施工方法，其特征在于，用于对如权利要求5所述的沉管隧道进行施工；所述将所述筒体于所述施工目的地进行对接，包括：

所述筒体的所述榫体插入相邻的所述筒体的所述卯体后，同时启动所述筒体的所述液压缸，以使得防水压头与相邻的所述筒体的所述第一防水橡胶层紧压接触。

9.根据权利要求8所述的沉管隧道施工方法，其特征在于，所述筒体的所述榫体插入相邻的所述筒体的所述卯体后，同时启动所述筒体的所述液压缸，以使得防水压头与相邻的所述筒体的所述第一防水橡胶层紧压接触，之后还包括：

将靠近陆地的筒体一端与陆地道路连接，另一端倾斜插入水中；

当所有的筒体均完成对接后，拆除所有的所述第一封堵板和第二封堵板，将各所述筒体的所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板进行对接浇筑。

10.根据权利要求9所述的沉管隧道施工方法，其特征在于，用于对如权利要求6所述的沉管隧道进行施工；所述当所有的筒体均完成对接后，拆除所有的所述第一封堵板和第二封堵板，将各所述筒体的所述第一肋板、所述第二肋板、所述第三肋板、所述第四肋板和所述第五肋板进行对接浇筑，之后还包括：

将所述拉索的另一端固定于水底以对所述筒体进行位置固定。

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