CN112982476A - 无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元及建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元及建造方法，该方法所用基本结构单元具有如下特点：每节基本结构单元长度在20‑25m，一端设置封门，另一端为敞口结构，封门的下端设置排水泄压阀；基本结构单元的端部环绕设置橡胶止水带，内部固定有可调节进、排水容量的起浮兼压重舱室；所述基本结构单元的底部设置至少四个轴线定位脚座。本发明所述的通道基本结构单元可直接在平地上预制，无需修建大型临时干坞，减少了临时工程投入，节省了水下通道的造价和工期；基本结构单元可通过滑道由陆域滑入水域，通过调节起浮兼压重舱室内的空气体积，在水中保持悬浮状态，并由浮吊船牵引并沉放，提高了施工效率，降低了水上施工难度。

Description

无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元及建造方法

技术领域

本发明涉及水下工程领域，具体涉及一种无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元及其快速建造方法。

背景技术

我国绝大部分人口过百万的城市都依江河湖海而建，江河湖海在给城市带来发展同时，也将城市两岸分割，一定程度上阻碍了两岸城市整体交通路网的形成。隧道具有全天候、不影响航运等突出优点，修建水下隧道是城市两岸突破江河湖海阻隔，连通城市路网，发展区域经济的重要手段。

常规的水下通道建造方法有矿山法、盾构法和沉管法。其中，不同工法修建的隧道，埋深要求不同，埋深越深，同样纵坡下，与两岸接线越长，占地面积越大，接线要求越高，且对城市地块分割越明显。另一方面，受水作用影响，江河湖海下方一般地质条件较差，软土较厚，而矿山法需要埋置岩石地层中，并对上部岩石覆盖层厚度有要求；盾构法可以埋置在软土中，但要求不小于1倍洞径；沉管法埋深最浅，满足隧道抗浮要求即可。综上，三种工法中，水下隧道占地面积大小依次为矿山法大于盾构法，盾构法大于沉管法。

为节约土地，沉管法是较理想的水下通道工法，但是，总结目前我国大陆已建和在建的20座沉管法的施工方法与工程经验，发现如下以下问题与不足：

（1）管节制作时需要前提在沉放水域附近修建大面积的临时干坞作为管段预制场地。但是，一般情况下，由于城市两岸建筑密集，土地资源宝贵，在沉放水域附近寻找大面积临时场地作为干坞难度较大，且沉管隧道竣工后需要对临时干坞进行回填，导致整体工程量较大、施工周期长，临时工程造价高；

（2）基本结构单元长度一般达100m-120m，重量达40000-50000吨，导致管节由干坞转运至水域较为困难，必须通过在干坞内注水使管段起浮后，再由4-6艘拖轮托运，才能完成管节沉放前的转运；

（3）管节部为密封腔体，通过自身浮力起浮，管节浮运过程中顶板有10cm左右始终高出水面，在水流冲击力、波浪力、拖轮牵引力等不同方向和角度的力综合作用下容易出现横荡和纵荡，导致管节倾覆，引发事故；此外，管节沉放时，还必需配备专门的沉放船进行沉放，导致施工难度大、周期长、造价高；

（4）管节在水下压接时，通过接头处1个支点和尾部2个支点控制标高，支点少，长管节在水流力作用下，容易出现扭转现象，导致轴线偏差和竖向标高难以精准控制。

发明内容

为了应对上述缺陷和不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需建设大型临时干坞用来制作基本结构单元、无需在干坞内注水浮运基本结构单元以及无需配备专门沉放船实现基本结构单元浮运和沉放的水下浅埋明挖大型通道快速建造方法以及与该方法配套使用的通道基本结构单元。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，所述基本结构单元由顶板、底板以及两边侧墙一体浇筑而成，所述基本结构单元一端设置封门，另一端为敞口结构，所述封门的下端设置排水泄压阀，所述封门侧基本结构单元的端部环绕设置橡胶止水带；所述基本结构单元的内部固定有起浮兼压重舱室；所述基本结构单元的底部设置至少四个轴线定位脚座 。

上述方案中，所述基本结构单元纵向长度为22-25m，重量小于等于6000吨。

上述方案中，所述轴线定位脚座的数量为4，两两平行设置，所述轴线定位脚座的长为0.6m、宽为0.4m、高为0.5m。

上述方案中，所述基本结构单元的顶板设置轴向拉锁或与轴向拉锁配套设置的固定块。

本发明还提供了一种无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法，具体包括以下步骤：

S1，在通道水域堤岸线附近平地处直接预制第一至第N个上述方案所述的基本结构单元；

S2，在通道水域堤岸线下方通过围堰明挖法施工用于与步骤S1中预制的第一基本结构单元对接的现浇筑结构单元，在所述现浇筑结构单元的衔接端设置封门，封门的下端设置排水泄压阀，所述现浇筑结构单元的顶板上设置轴向拉锁或与轴向拉锁配套设置的固定块；

S3，在通道位置所在水域下方开挖水下基坑，水下基坑内安装调坡千斤顶，调坡千斤顶上固定连接纵坡定位钢板以定位通道纵坡，所述纵坡定位钢板上设有位置以及数量与基本结构单元底部轴线定位脚座相对应的轴线定位孔；其中，所述纵坡定位钢板的设置，可以有效控制通道的底部标高；所述纵坡定位钢板上沿通道纵向设置的多个轴线定位孔，可以有效控制通道的水平位置；

S4，在通道基本结构单元预制处水域堤岸修建滑道，所述滑道顶部与堤岸线平齐，底部伸入水域面以下；

S5，利用滑道将预制好的第一基本结构单元从陆域转移至水域，通过调节基本结构单元内部起浮兼压重舱室内的空气体积，平衡基本结构单元自重，使其在沉放水域中保持悬浮状态，并通过浮吊船将其牵引至沉放位置，整个牵引过程基本结构单元全部悬浮没入水中；

S6，将第一基本结构单元沉放至纵坡定位钢板上，所述第一基本结构单元底部轴线定位脚座完全嵌入纵坡定位钢板上的轴线定位孔内，完成第一基本结构单元的水平和纵向位置精准定位；

S7，水下压接：通过设置于第一基本结构单元顶板上和接头处现浇筑结构单元顶板上的轴向拉锁及固定块拉合，实现首个接头处橡胶止水带之间的初步压接；其次，开启现浇筑结构单元封门下方的排水泄压阀，橡胶止水带所封闭的空腔压力变低，第一基本结构单元的封门受外部水压作用挤压接头，橡胶止水带实现二次压紧止水；

S8，重复步骤S6以及步骤S7依次完成第二基本结构单元与第一基本结构单元、第三基本结构单元与第二基本结构单元至第N基本结构单元与第N-1基本结构单元的水下压接，完成水下通道的全部施工。

进一步地，上述建造方法中，所述轴线定位孔垂直于通道轴线方向的宽为0.405m，平行于隧道轴线方向的长为1.5m，以满足接头橡胶止水带止水所需要的压缩距离。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、本发明所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法中，基本结构单元长度为22-25m，重量不超过6000吨，制作基本结构单元时，无需在水域附近修建大型临时干坞作为预制场地，只需在沉放水域堤岸附近平地处选址即可，且场地无需开挖基坑，无需通过注水进行基本结构单元的浮运，后期也无需对场地进行修复维护，继而降低了预制基本结构单元的选址难度以及避免了对沉放水域附近环境以及人文造成影响；另一方面，无干坞管节预制，还可减少临时工程投入，节省水下通道的总体工程造价和施工工期。

2、本发明所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法中，基本结构单元一端设置封门，另一端设置敞口结构，单元内部设置起浮兼压重舱室，在由陆域转运至水域以及沉放过程中，无需使用专门的沉放设备，通过调节起浮兼压重舱室内的空气体积，平衡结构自重，使基本结构单元在水中处于悬浮状态，继而在无需提供较大额外拉力控制竖向平衡的情况下，在水域中通过1艘浮吊船，即可实现基本结构单元的高效浮运和精准沉放。与现有两端封闭，内部空腔，依靠自身浮力起浮的基本结构单元相比，一方面减少了特殊装备的使用，大大降低了水上施工难度，减少了管节浮运以及沉放所需投入的人力、物力以及财力；另一方面，避免了基本结构单元在浮运过程中，受水流冲击力、波浪力、拖轮牵引力等不同方向和角度的力综合作用下，出现横荡和纵荡，导致倾覆甚至引发事故的风险。

3、本发明所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法中，通过在基本结构单元底部设置轴线定位脚座，在水域基坑上设置纵坡定位钢板定位纵坡通道，在沉放过程中，设置于结构单元底部的轴线定位脚座完全嵌入设置于纵坡定位钢板上的轴线定位孔内，实现精准定位，继而有效确保了基本结构单元沉放时无轴线偏差，为不同结构单元之间的精准水下压接提供了保障。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述沉放水域、滑道以及基本结构单元预制场地平面布置示意图。

图2为本发明实施例所述基本结构单元的结构示意图。

图3为本发明实施例所述无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法中，基本结构单元由陆域转运至水域过程示意图。

图4为本发明实施例所述无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法中，基本结构单元水下压接过程示意图。

标号说明：1、基本结构单元；2、堤岸线；3、滑道；4、通道水域；6、浮吊船；7、现浇筑结构单元；8、调坡千斤顶；9、纵坡定位钢板；91、轴线定位孔；10、基槽间隙；11、起浮兼压重舱室；12、封门；13、排水泄压阀；14、橡胶止水带；15、轴线定位脚座；16、固定块；17、轴向拉锁。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：如图2所示，一种无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，所述基本结构单元1由顶板、底板以及两边侧墙一体浇筑而成，所述基本结构单元一端设置封门12，另一端为敞口结构，所述封门12的下端设置排水泄压阀13，所述封门12侧基本结构单元的端部环绕设置橡胶止水带14，所述基本结构单元1的内部设有可调节进、排水容量的起浮兼压重舱室11，所述基本结构单元1的底部设置至少四个轴线定位脚座15，所述基本结构单元1的顶板设置轴向拉锁17或与轴向拉锁17配套设置的固定块16。

其中，本实施例1中，所述基本结构单元1的纵向长度限定为22-25m，重量小于等于6000吨；所述轴线定位脚座15的数量为4，两两平行设置，所述轴线定位脚座15的长设置为0.6m、宽为0.4m、高为0.5m。

本实施例1所述的基本结构单元首端封闭，末端敞口，首端端面设置橡胶止水带14，压缩后可止水，并预留排水泄压阀13，敞口的末端可使江河水进入结构单元内部。

进一步地，本实施例1所述的基本结构单元可在平地上预制，通过滑道由陆域滑入水域，并浸入水中，通过调节起浮兼压重舱室内的空气体积，平衡结构自重，在水域中处于悬浮状态，整个过程无需提供额外的拉力控制竖向平衡，在水域中通过1艘浮吊船牵引基本结构单元，采用沉浸式拖运至沉放位置。

本实施例1所述的基本结构单元可应用于沉管法施工的水下浅埋明挖大型水下通道的修建中，所述基本结构单元内部结构、纵向长度以及吨位设置合理，在预制时，所需场地面积要求小，在沉放水域堤岸线附近平地处选址即可，基本结构单元适用性强、施工效率高。

实施例2：如图1至4所示，一种应用实施例1所述基本结构单元快速建造无干坞水下浅埋明挖大型通道的方法，具体包括以下步骤：

S1，如图1所示，在通道水域4的堤岸线2附近平地处直接预制第一至第N个实施例1所述的基本结构单元1；其中，基本结构单元1的结构示意图如图2所示；

S2，如图4所示，在通道水域4的堤岸线2下方通过围堰明挖法施工用于与步骤S1中预制的第一基本结构单元对接的现浇筑结构单元7，在所述现浇筑结构单元7的衔接端设置封门12，封门12的下端设置排水泄压阀13，所述封门12侧现浇筑结构单元7的端部平整光滑，以便衔接端橡胶止水带压缩止水，所述现浇筑结构单元7的顶板上设置轴向拉锁17或与轴向拉锁17配套设置的固定块16；

S3，在通道位置所在水域下方开挖水下基坑，水下基坑内安装调坡千斤顶8，调坡千斤顶8上固接纵坡定位钢板9以定位通道纵坡，所述纵坡定位钢板9上设有位置以及数量与基本结构单元底部轴线定位脚座15相对应的轴线定位孔91；其中，所述纵坡定位钢板9以及轴线定位孔91的设置用于确保基本结构单元的四个轴线定位脚座15完全插入，实现精准定位，无轴线偏差；

S4，如图3所示，在通道基本结构单元预制处水域堤岸修建滑道3，所述滑道3顶部与堤岸线2平齐，底部伸入水域面以下；

S5，利用滑道3将预制好的第一基本结构单元从陆域转移至水域，通过调节基本结构单元内部起浮兼压重舱室11内的空气体积，平衡基本结构单元自重，使其在沉放水域中保持悬浮状态，并通过1艘浮吊船将其牵引至沉放位置，整个牵引过程基本结构单元完全悬浮没入水中；

具体为：通过滑道3使第一基本结构单元一半没入水中，此时结构自重大于起浮兼压重舱室浮力，在结构单元顶板安装浮吊船吊索，在浮吊船吊索拉力和水浮力作用下，使基本结构单元平稳滑入水中，此时起浮兼压重舱室整体没入水中，浮力大于基本结构单元重力，结构浮在水面上，受波浪和水流力作用，在水中拖运不便；往起浮兼压重舱室中注水，使结构单元没入水中，并保持悬浮状态，用浮吊船将结构单元拖至沉放基槽位置，准备沉放；

S6，将第一基本结构单元沉放至纵坡定位钢板9上，所述第一基本结构单元底部轴线定位脚座15完全嵌入纵坡定位钢板9上的轴线定位孔91内，完成第一基本结构单元的水平和纵向位置的精准定位；所述轴线定位孔91垂直于通道轴线方向的宽为0.405m，平行于通道轴线方向的长为1.5m。

S7，水下压接：通过设置于第一基本结构单元顶板上和接头处现浇筑结构单元顶板上的轴向拉锁17及固定块16进行轴向拉合，实现首个接头处橡胶止水带14的初步压接；其次，开启现浇筑结构单元7封门下方的排水泄压阀13，橡胶止水带所封闭的空腔压力变低，第一基本结构单元封门受外部水压作用挤压接头，橡胶止水带14实现二次压紧止水；最后填充通道纵坡定位钢板9与水下基坑之间的基槽间隙10，对接完成；

S8，重复步骤S6以及步骤S7依次完成第二基本结构单元与第一基本结构单元、第三基本结构单元与第二基本结构单元至第N基本结构单元与第N-1基本结构单元的水下压接，完成水下通道的全部施工。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，所述基本结构单元由顶板、底板以及两边侧墙一体浇筑而成，其特征在于，所述基本结构单元一端设置封门，另一端为敞口结构，所述封门的下端设置排水泄压阀，所述封门侧基本结构单元的端部环绕设置橡胶止水带；所述基本结构单元的内部设有可调节进、排水容量的起浮兼压重舱室；所述基本结构单元的底部设置至少四个轴线定位脚座 。

2.根据权利要求1所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，其特征在于，所述基本结构单元的纵向长度为22-25m，重量小于等于6000吨。

3.根据权利要求2所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，其特征在于，所述轴线定位脚座的数量为4，两两平行设置，所述轴线定位脚座的长为0.6m、宽为0.4m、高为0.5m。

4.根据权利要求3所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道基本结构单元，其特征在于，所述基本结构单元的顶板设置轴向拉锁或与轴向拉锁配套设置的固定块。

5.一种无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在通道水域堤岸线附近平地处直接预制第一至第N个权利要求1至4任一所述的基本结构单元；

S2，在通道水域堤岸线下方通过围堰明挖法施工用于与步骤S1中预制的第一基本结构单元对接的现浇筑结构单元，在所述现浇筑结构单元的衔接端设置封门，封门的下端设置排水泄压阀，所述现浇筑结构单元的顶板上设置轴向拉锁或与轴向拉锁配套设置的固定块；

S3，在通道位置所在水域下方开挖水下基坑，水下基坑内安装调坡千斤顶，调坡千斤顶上固定连接纵坡定位钢板以定位通道纵坡，所述纵坡定位钢板上设有位置以及数量与基本结构单元底部轴线定位脚座相对应的轴线定位孔；

S4，在通道基本结构单元预制处水域堤岸修建滑道，所述滑道顶部与堤岸线平齐，底部伸入水域面以下；

S5，利用滑道将预制好的第一基本结构单元从陆域转移至水域，通过调节基本结构单元内部起浮兼压重舱室内的空气体积，平衡基本结构单元自重，使其在沉放水域中保持悬浮状态，并通过浮吊船将其牵引至沉放位置，整个牵引过程基本结构单元全部悬浮没入水中；

S6，将第一基本结构单元沉放至纵坡定位钢板上，所述第一基本结构单元底部轴线定位脚座完全嵌入纵坡定位钢板上的轴线定位孔内，完成第一基本结构单元的水平和纵向位置精准定位；

S7，水下压接：通过设置于第一基本结构单元顶板上和接头处现浇筑结构单元顶板上的轴向拉锁及固定块拉合，实现首个接头处橡胶止水带的初步压接；其次，开启现浇筑结构单元封门下方的排水泄压阀，橡胶止水带所封闭的空腔压力变低，第一基本结构单元的封门受外部水压作用下挤压接头，橡胶止水带实现二次压紧止水；

S8，重复步骤S6以及步骤S7依次完成第二基本结构单元与第一基本结构单元、第三基本结构单元与第二基本结构单元至第N基本结构单元与第N-1基本结构单元的水下压接，完成水下通道的全部施工。

6.根据权利要求5所述的无干坞水下浅埋明挖大型通道快速建造方法，其特征在于，所述轴线定位孔垂直于通道轴线方向的宽为0.405m，平行于通道轴线方向的长为1.5m。

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