CN113863379A - 一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管及设计、施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢筋混凝土内埋管自重可调沉管及设计、施工方法，本发明应用于沉管隧道技术领域，沉管结构包括沉管结构本体，及设在沉管结构本体内的管道，管道用于向沉管结构本体内灌注压载流体，设计方法包括B1、选择管道的组数量，确定调节沉管结构的重量范围；B2、选择压载流体，确定调节沉管结构的重量范围；B3、通过所选择组的管道向沉管结构本体内灌注压载流体，调节沉管结构的自重，施工方法包括S1‑S3浇筑成型沉管结构，S4‑S7通航和安装施工；本发明可调节沉管结构内的自重，自主调节沉管结构的吃水深度，通航方便，降低了对通航水深的要求，降低对基槽深度的要求，也降低了沉管隧道的施工难度，施工更加方便。

Description

一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管及设计、施工方法

技术领域

本发明涉及沉管隧道技术领域，特别涉及一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管及设计、施工方法。

背景技术

沉管结构断面在满足通车使用功能外的二条主要原则：

一丶安装时，为了适应沉管下沉、对接所使用的船舶性能，要求自重与浮力基本接近，这对砼的容重要求太过苛刻，目前的沉管设计为了满足安装要求而非使用功能要求，对沉管断面(在沉管高度)进行调整，迫使其自重与外形体积(浮力)达到平衡的临界状态。

二丶安装后，为满足沉管在水流、地震等多种工况作用下，沉管管节自身需具备10％左右的抗浮系数满足通车使用阶段的安全性要求，目前国内、外沉管均采用在沉管底板上浇筑厚度为1m左右的素砼压载，这部份底板厚度未能参与结构受力计算。

目前钢筋混凝土沉管箱型结构采取的实芯顶、底板及侧墙设计，主要存在以下问题：

1、实芯墙、板沉管结构，自重大，沉管吃水深度通常达到9m左右，在城市用地稀缺的情况下，既不能在工程所在地就近预制，受内河通航水深(通常在4～6m)的限制又不能在异地固定工厂内预制，带来联通江河两岸对沉管隧道的选择限制。

2、将压载素混凝土设在沉管底板上，该素混凝土厚度通常达1m左右，占用了沉管管节内的净空高度，为满足通车、通风要求，带来沉管设计高度的增加，为满足未来沉管顶的覆盖层厚度及通航水深要求，势必带来安放沉管基槽深度的增加，用于沉管基槽处于基岩内的项目，施工不便，难度增加，而克服施工难度，将严重影响施工费用和施工工期。

3、各地区混凝土地材(砂、石密度及级配差异)不同，各工程中的沉管使用阶段的顶部覆土厚度差异导致沉管内力带来的结构配筋不同，严重影响到沉管断面的设计，使得每条沉管隧道的结构断面难于统一，造成预制沉管管节的大型钢结构模板不通用，结构化设计难以优化。

4、为了控制项目总体成本，在沉管自重与浮力平衡的前提下，对沉管外形尺寸应控制尽可能小，而目前的采取实芯墙、板钢筋混凝土沉管结构的混凝土钢筋用量很大。

除了上述问题，目前还存在沉管结构的外墙厚度大，不利于砼控裂，对基槽也有一定要求的问题，而基槽有的较难施工，如遇到花岗岩需要凿掉时，会花费大量的人力物力和时间，等等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述钢筋混凝土沉管高度较高、结构自重大，结构设计也难以优化，自重调节困难，导致通航和安装的施工难度较大的不足，提供一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管及设计、施工方法，可调节沉管结构内的自重，从而降低对通航水深的要求，通航方便，降低对基槽深度的要求，也降低了沉管隧道的施工难度，施工更加方便。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括沉管结构本体，及设在沉管结构本体内的管道，管道用于向沉管结构本体内灌注压载流体；压载流体为向沉管结构内灌注的能够改变沉管结构重量，有效调节沉管结构自重的、具有压载作用的流体，压载流体包括混凝土、沙水混合流体、水等，也包括流动状态下的颗粒状固体，如将砂石作为压载流体。

通过在沉管结构内设管道，可在施工需要时通过向管道注入压载流体而进行压载，可实现对沉管结构自重的调节，利用沉管结构的空间铺设管道，可减少沉管结构的空腔内压载砼厚度，或省去压载砼，使得沉管断面高度可调低，可降低沉管结构的整体高度，从而降低对通航水深的要求，降低对基槽深度的要求，也降低了沉管隧道的施工难度，施工更加方便。

在本发明较佳的实施例中，上述沉管结构本体包括砼结构顶板、砼结构底板、砼结构侧墙、砼结构中墙，每个管道包括第一内置管、第二内置管和连接管，第一内置管设在砼结构顶板内，第二内置管设在砼结构底板内，连接管设在砼结构侧墙和砼结构中墙的至少一者的内部，第一内置管和第二内置管通过连接管连通形成回路；通过在沉管结构本体内设置管道，省去了压载的素砼压载，减少了钢筋的用量和混凝土的用量，减少了结构自重，其结构设计进行了优化，而位于沉管结构本体内的管道的空间，能够灌注压载流体，可选择混凝土、沙水和水，混凝土的比重一般是2.3左右，沙的比重一般是1.5～1.6左右，水的比重为1，灌注上述的压载流体，能够在一个比较宽的范围内对沉管结构进行有效的自重调节，而现有技术只能通过压载水箱进行压载，来调节沉管结构重量，本发明的沉管结构不仅操作简单、大大节省了工序，而且自重调节范围更广，有效实现沉管结构的自重调节，提高了可实施性。

能够将压载流体充分填充于沉管结构本体的各处，确保灌注压载流体的重力平衡和结构的稳定性。

在本发明较佳的实施例中，上述沉管结构本体内设有多组管道，多组管道沿沉管结构本体的纵向延伸方向相互间隔排布，多组管道的体积占沉管结构本体的整体体积比例为10～30％；沉管结构通过多组管道，具备一定空间的压载调节，因各组管道相互独立，可进行多级的压载调节，实现不同项目统一使用沉管结构，也可根据项目工况进行灵活选择压载量，提高了沉管隧道对施工环境的适应性。

在本发明较佳的实施例中，上述管道还包括横向贯通管，横向贯通管的两端用于连接相邻组管道，至少两组管道通过横向贯通管连通；通过横向贯通管，可将多组管道连通，实现一次灌注施工达到足够的压载量，横向贯通管的多种连通方式，可适用不同项目的要求，提高其广泛适用性。

在本发明较佳的实施例中，上述沉管结构本体两侧的砼结构侧墙内均设有连接管，分别为第一连接管和第二连接管，第一内置管、第一连接管、第二内置管和第二连接管首尾相连构成环形，沉管结构本体的两段砼结构中墙的内部分别设有连接第一内置管中段和第二内置管中段的第三连接管；通过在砼结构侧墙和砼结构中墙都设连接管，减少砼结构顶板的自重弯矩，沉管结构受力均衡，局部应力过渡平滑，不易产生结构应力的集中，避免砼开裂，同时，减少沉管外墙砼厚度，从而减少核芯区砼温度，利于砼控裂。

在本发明较佳的实施例中，上述第一内置管和第二内置管的直径范围为400～800mm、壁厚范围为2～6mm，连接管的直径范围为200～600mm、壁厚范围为2～6mm，相邻组管道之间的间距为800～1000mm，横向贯通管的直径范围为300～500mm、壁厚范围为2～6mm；通过各尺寸的限定，能够提供足够的压载流体的压载空间，让压载流体在管道内的流动顺畅，同时，砼结构底板充分利用现沉管结构的压载高度，参与沉管结构整体设计，能够减少砼结构底板的厚度，节约钢筋和混凝土的用量，节约预制成本。

在本发明较佳的实施例中，上述管道还设有连通管道内部至沉管结构本体外部的进出管，进出管设有至少两个，进出管用于向管道内灌注压载流体，或用于排气；通过管状结构的设计，能够顺利向管道内灌注压载流体。

在本发明较佳的实施例中，上述进出管的一端连接至第一内置管，进出管的另一端延伸至砼结构顶板的外壁；第一内置管位于沉管结构的顶部，通过在第一内置管上连接管状结构，方便施工时对沉管结构灌注，进行压载。

在本发明较佳的实施例中，上述沉管结构本体高度H的范围为：7.0～9.0m，沉管结构本体的内腔高度h的范围为：4.5～5.5m；河通航水深通常在4～6m，沉管结构的高度对通航有较大的影响，若沉管结构吃水较深，则施工较为困难，而沉管结构的内腔高度为车辆同行的高度，沉管结构的设计较低，将会压缩内腔的高度，而通过本发明的沉管结构，可降低沉管结构的高度，也可适当增加内腔的高度。

一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的设计方法，用于筑造上述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括以下步骤：

B1、选择管道的组数量，确定调节沉管结构的重量范围；

B2、选择压载流体，确定调节沉管结构的重量范围；

B3、通过所选择组的管道向沉管结构本体内灌注压载流体，调节沉管结构的自重，从而调节沉管结构的埋入水中的深度，以便于通航和安装；

其中，B1和B2的顺序可互换。

通过选择不同组的管道和不同的压载流体，对沉管结构进行连续性地压载，能够在一定范围内对沉管结构的自重进行调节，从而调节沉管结构的吃水深度，以实现沉管结构自重和沉管结构浮力的平衡，进行动态调节。

在本发明较佳的实施例中，上述设计方法中，分情况进行设计方法的步骤：

当需要通航时，不进行步骤B1-B3或者执行步骤B1-B3，以调节沉管自重小于或等于浮力，以减少沉管结构吃水深度，便于沉管结构的浮运通航；

当需要加重时，执行步骤B1-B3，对沉管结构进行压载，以调节沉管自重大于浮力，以使沉管能够下沉入水底进行安装。

通过需要来进行设计方法，能够适用于沉管隧道施工的多个环节，以便于顺序进行施工。

一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，采用上述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括以下步骤：

S1、在沉管结构本体的浇筑区域搭建钢筋并绑扎固定，预埋管道；

S2、使用混凝土浇筑沉管结构本体，将管道和钢筋一起固定在沉管结构本体内；

S3、静置沉管结构成型，并养护、成品。

通过预埋管道的方式进行预制浇筑，施工便捷，不产生额外的费用，同时由于降低了沉管结构的高度，节省了钢筋和混凝土的用量，节约预制成本。

在本发明较佳的实施例中，上述施工方法还包括以下步骤：

S4、将沉管结构浮运至隧道位置；

S5、选择部分组的管道，向管道内注入混凝土或沙水混合的压载流体，沉管结构增重并下沉至安装位置上方；

S6、待沉管结构调整至安装点位后，向剩余部分组的管道注水，沉管结构下沉到位后进行安装；

S7、沉管结构安装到位后，用砂石或混凝土置换出剩余部分组的管道内的水，再次进行压载，并抛石锁定。

通过将沉管结构在水上浮运，不进行压载，在施工中，减少了沉管结构的吃水深度，现有沉管结构吃水深度较大，在某些航道上难以通过，本发明的沉管结构减少了通航的深度，在选择沉管隧道结构时，更容易实施，提高了施工的可行性；同时，现有的沉管结构安装，需要辅助水箱进行压载施工，而本发明的沉管结构在安装时，省去了现有的水箱，节约了成本，而安装后，本沉管结构内可不再浇筑素砼压载，可直接通车，节省了工期。

在本发明较佳的实施例中，上述步骤S2中，浇筑砼结构底板时，将预埋的管道作为冷凝管，向管道内注入冷水，用以降低砼结构底板的温度；通过将管道作为冷凝的管道，降低了砼结构底板的温度，提高成型效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过沉管结构，可在施工需要时通过向管道注入压载流体而进行压载，实现对沉管结构自重的调节，利用沉管结构的空间铺设管道，可减少沉管结构的空腔内压载砼厚度，或省去压载砼，使得沉管断面高度可调低，可降低沉管结构的整体高度，从而降低对通航水深的要求，降低对基槽深度的要求，也降低了沉管隧道的施工难度，施工更加方便。

2、通过沉管结构的设计方法，能够对沉管结构进行连续性地压载，在一定范围内对沉管结构的自重进行调节，从而调节沉管结构的吃水深度，以实现沉管结构自重和沉管结构浮力的平衡，进行动态调节。

3、通过沉管结构进行施工，由于减少了通航的深度，在选择沉管隧道结构时，更容易实施，提高了施工的可行性，同时，由于省去了多个环节的施工步骤，如省去了水箱压载、浇筑素砼压载等，减少了凿基槽和通航时间等，节约了成本，节省了工期。

附图说明：

图1为本发明实施例1的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的截面示意图；

图2为本发明实施例1的管道在沉管结构分布位置的俯视示意图；

图3为本发明实施例1的沉管结构的高度H和内腔高度h的示意图；

图4为本发明实施例2的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的截面示意图；

图5为本发明实施例2的管道在沉管结构分布位置的俯视示意图；

图6为本发明实施例3的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的截面示意图；

图7为本发明实施例3的管道在沉管结构分布位置的俯视示意图；

图8为本发明实施例4的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的设计方法步骤示意图；

图9为本发明实施例5的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法步骤示意图；

图中标记：1-砼结构顶板；2-砼结构底板；3-砼结构侧墙；4-砼结构中墙；5-管道；51-第一内置管；52-第二内置管；53-连接管；531-第一连接管；532-第二连接管；533-第三连接管；54-进出管；55-横向贯通管。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，包括沉管结构本体，及设置在沉管结构本体的混凝土内部的管道5，沉管结构本体是指钢筋混凝土浇筑成型的实体部分，沉管结构本体包括砼结构顶板1、砼结构底板2、砼结构侧墙3、砼结构中墙4，其中，上述各砼结构部件均为为钢筋绑扎成的结构与混凝土浇筑形成，内置管设有连通管道5内部至沉管结构本体外部的进出管54，进出管54用于向管道5内灌注压载流体，管道5包括第一内置管51、第二内置管52、连接管53，本实施例的进出管54设在第一内置管51的顶部，也可设置在连接管53的侧面靠顶部位置，第一内置管51和第二内置管52通过连接管53连通形成回路，这样，可以通过进出管54向该回路中灌注混凝土或沙水混合物；通过在沉管结构本体内设管道5，可在施工需要时通过向管道5注入压载流体而进行压载，利用浇筑沉管结构本体的空间设置管道5，可减少沉管结构本体的空腔内压载砼厚度，或省去压载砼，使得沉管断面高度可调低，可降低沉管结构本体的整体高度，从而降低对通航水深的要求，降低对基槽深度的要求，也降低了沉管隧道的施工难度，施工更加方便。

请参照图2和图3，本实施例的沉管结构本体外形和现有的沉管隧道相似，而高度不同，沉管结构本体高度H为9.0m，沉管结构本体的内腔高度h为：4.5m，主要改进在于管道5：第一内置管51设在砼结构顶板1内，减少砼结构顶板1的自重弯矩，第二内置管52设在砼结构底板2内，连接管53包括第一连接管531、第二连接管532和第三连接管533，第一连接管531和第二连接管532分别设置在沉管结构本体两侧的砼结构侧墙3内，沉管结构本体内的中部位置具有两段砼结构中墙4，在该两段砼结构中墙4的内部分别设有第三连接管533，两节第三连接管533的顶端连接在第一内置管51中段的底部，两个连接处间隔，而两节第三连接管533的底端连接在第二内置管52中段的顶部，同样两个连接处间隔，其中，第一连接管531、第二连接管532和第三连接管533都是竖向设置的管道5，而第一内置管51和第二内置管52都是沿砼结构顶板1或砼结构底板2横向设置的管道5，这样，第一内置管51、第一连接管531、第二内置管52和第二连接管532首尾相连构成环形，而两节第三连接管533连接在环形结构的中部位置，这样，第一内置管51和第二内置管52通过连接管53连通形成回路，回路是指从第一内置管51、第二内置管52或连接管53的任一处出发，沿着管道5，能够回到出发点，形成回路是为了向管道5内灌注的压载流体能够顺利流动，注入的压载流体可采用混凝土、沙水混合流体，或将流动的砂石作为压载流体；通过管道5能够将压载流体充分填充于沉管结构本体的各处，确保灌注压载流体的重力平衡和结构的稳定性；通过在砼结构侧墙3和砼结构中墙4都设连接管53，沉管结构本体受力均衡，局部应力过渡平滑，不易产生结构应力的集中，避免砼开裂，同时，减少沉管外墙砼厚度，从而减少核芯区砼温度，利于砼控裂。

本实施例的管道5为金属材质制成的管道5，金属材质的管道5为钢管，也可采用合金材质制造，如铝合金、钨钢合金，通过金属材质能够保持沉管结构的抗剪、抗弯能力，不影响结构强度，管道5的各段，采用的尺寸如下：第一内置管51和第二内置管52的直径为600mm、壁厚为4mm，连接管53中第一连接管531和第二连接管532的直径为550mm、壁厚为4mm，第三连接管533的直径为400mm、壁厚为4mm，通过各尺寸的限定，能够提供足够的压载流体的压载空间，让压载流体在管道5内的流动顺畅；本实施例的砼结构底板2的厚度为1250mm，砼结构底板2充分利用现沉管结构的压载高度，参与沉管结构整体设计，能够减少砼结构底板2的厚度，节约钢筋和混凝土的用量，节约预制成本。

每个管道5在沉管结构中作为一个压载流体的灌注单元，单个灌注单元的排布于沉管结构本体的横向截面，即垂直于沉管结构本体的隧道延伸方向，而本实施例中设置有多组管道5，多组管道5相互间隔地沿沉管结构本体的隧道延伸方向排布，相邻组管道5之间的间距为900mm，其中多组管道5的体积占沉管结构本体的整体体积比例为10～30％，本实施例为20％，沉管结构通过多组管道5而具备20％的空间的压载调节，因各组管道5相互独立，可选择其中的一部分管道5进行灌注压载，针对不同管道5进行多级的压载调节，实现不同项目统一使用沉管结构，也可根据项目工况进行灵活选择压载量，提高了沉管隧道对施工环境的适应性。

本实施例的进出管54设在第一内置管51的顶部，进出管54设有至少两个，进出管54为管状结构，该管状结构的直径小于第一内置管51的直径，采用400mm，本实施例在第一管道5的管壁顶部从一端至另一端开设有五个连通孔，而五个管状结构的底端依次连接至五个连通孔处，而管状结构的顶端延伸至砼结构顶板1的外壁，第一内置管51位于沉管结构本体的顶部，通过在第一内置管51上连接管53状结构，方便施工时对沉管结构灌注，进行压载；管状结构用于向管道5内灌注压载流体，或用于排气，使用时，选择其中一部分管状结构进行灌注，而另一部分作为排气的通道，通过管状结构的设计，能够顺利向管道5内灌注压载流体。

实施例2

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：沉管结构本体的尺寸、管道5取消了第三连接管533、管道5设置了横向贯通管55、管道5的材质和尺寸等。

请参照图4和图5，本实施例采用了多组管道5，与实施例1相同，而在多组管道5之间还设置了横向贯通管55，相邻组管道5之间的间距为800mm，横向贯通管55的两端用于连接相邻组管道5，而相邻组管道5之间可连接多根横向贯通管55，连通的位置也不限于管道5的具体某个部位，如可连接第一内置管51、第二内置管52、第一连接管531和第二连接管532，本实施例是采用三根横向贯通管55连接相邻组的第一管道5、三根横向贯通管55连接相邻组的第二管道5，而在设置横向贯通管55时，选择至少两组管道5通过横向贯通管55连通，本实施例在相邻的每三组管道5之间设置横向贯通管55，横向贯通管55的直径为300mm、壁厚为6mm；通过横向贯通管55，可将三组管道5连通，实现一次灌注施工达到足够的压载量，横向贯通管55的多种连通方式，可适用不同项目的要求，提高其广泛适用性。

本实施例的管道5采用金属与非金属的复合材料管，如钢塑复合管，管道5的结构为由第一内置管51、第一连接管531、第二内置管52和第二连接管532构成的回路，取消了第三连接管533，第一内置管51、第二内置管52、连接管53的尺寸为：第一内置管51和第二内置管52的直径为400mm、壁厚为2mm，第一连接管531和第二连接管532的直径均为200mm、壁厚为2mm；另外，沉管结构的尺寸也不同，沉管结构本体高度H为：9.0m，沉管结构本体的内腔高度h为：5.5m，而砼结构底板2的厚度为1000mm。

实施例3

本实施例和实施例1大致相同，不同之处在于：横向贯通管55的设置，管道5的结构、材质和尺寸，及进出管54的设置等。

请参照图6和图7，本实施例中，相邻每两组管道5之间连接横向贯通管55，同样的，横向贯通管55的两端分别连接相邻组的第一内置管51或相邻组的第二内置管52，共设置有三根横向贯通管55连接第一内置管51、三根横向贯通管55连接第二内置管52，这样每两组管道5和六根贯通管一起构成一个灌注单元，而管道5的结构和实施例1相同，由第一内置管51、第一连接管531、第二内置管52和第二连接管532构成的回路，并在第一内置管51和第二内置管52的中段连接两节第三连接管533。

本实施例的进出管54设置在横向贯通管55，每个灌注单元中连接第一内置管51的三根横向贯通管55连接有进出管54，进出管54为管状结构，进出管54的底端连接在上述三根横向贯通管55的中部，连接处可设置三通接头，而进出管54的顶端延伸至砼结构顶板1的外壁，通过进出管54可向管道5内灌注混凝土、沙水混合液或砂石。

本实施例的管道5为非金属材质制成的管道5，非金属材质的管道5需具有至少与钢管相同或相当的强度，可采用高强度塑料管，这样能够保持沉管结构的抗剪、抗弯能力，不影响结构强度，同时非金属材质能够减轻沉管结构的重量。

本实施例的各部件的尺寸如下：第一内置管51和第二内置管52的直径为800mm、壁厚为6mm，连接管53中第一连接管531和第二连接管532的直径为600mm、壁厚为6mm，第三连接管533的直径为400mm、壁厚为4mm，横向贯通管55的直径为500mm、壁厚为6mm，进出管54的直径为400mm、壁厚为4mm，相邻组管道5之间的间距为1000mm，砼结构底板2的厚度为1500mm。

实施例4

请参照图8，本实施例提供一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的设计方法，用于筑造实施例1-3中的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括以下步骤：

实际施工中，需要分情况进行设计方法的步骤，这样满足多种施工需要，适用于沉管隧道施工的多个环节，以便于顺序进行施工：

当需要通航时，不进行步骤B1-B3或者执行步骤B1-B3，以调节沉管自重小于或等于浮力，以减少沉管结构吃水深度，便于沉管结构的浮运通航；

当需要加重时，执行步骤B1-B3，对沉管结构进行压载，以调节沉管自重大于浮力，以使沉管能够下沉入水底进行安装。

B1、选择管道5的组数量，确定调节沉管结构的重量范围，可在所有管道5中，选择不同组的管道5，进行组合，选择的管道5基于重力平衡的原理，尽量均衡选择各组。

B2、选择压载流体，确定调节沉管结构的重量范围，可选择的压载流体包括混凝土、沙水混合液或其他用于压载的流体，也包括流动状态下的砂石。

B3、通过所选择组的管道5向沉管结构本体内灌注压载流体，调节沉管结构的自重，由于选择不同组合灌注进入管道5内的压载流体量和压载重量都不同，能够增加不同的重量，且连续增加，实现多级的重量调节，从而调节沉管结构的埋入水中的深度，以便于通航和安装。

其中，B1和B2的顺序可互换。

通过选择不同组的管道5和不同的压载流体，对沉管结构进行连续性地压载，能够在一定范围内对沉管结构的自重进行调节，从而调节沉管结构的吃水深度，以实现沉管结构自重和沉管结构浮力的平衡，进行动态调节。

实施例5

请参照图9，本实施例提供一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，采用实施例1-3中的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括以下步骤：

一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，采用上述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其包括以下步骤：

S1、在沉管结构本体的浇筑区域搭建钢筋并绑扎固定，在浇筑区域的两侧顶部位置设置预制砼护边块，以保护沉管结构本体的边缘处，该步骤与现有的沉管结构的浇筑成型的方法一致，搭建钢筋的同时，再合适的位置预埋管道5，并使用钢丝将管道5和钢筋绑扎固定。

S2、使用混凝土浇筑沉管结构，向浇筑区域灌注混凝土，确保灌注充分，混凝土充分充填于砼结构底板2、砼结构侧墙3、砼结构中墙4和砼结构顶板1，避免产生空隙，压实，管道5和钢筋一起固定在沉管结构的混凝土内，浇筑砼结构底板2时，将预埋的管道5作为冷凝的管道5，向管道5内注入冷水，用以降低砼结构底板2的温度，提高成型效果。

S3、静置沉管结构，直至成型，并养护沉管结构一段时间，形成了最终的成品沉管结构；通过预埋管道5的方式进行预制浇筑，施工便捷，不产生额外的费用，同时由于降低了沉管结构的高度，节省了钢筋和混凝土的用量，节约预制成本。

S4、将沉管结构浮运至隧道位置，通过现有的绳索拖曳和转移方式，将沉管结构从成品位置转移至待施工的隧道位置，由于沉管结构内未灌注混凝土，其吃水深度相较于现有的沉管结构较浅，对通航水深要求较低，更容易通过航道，通过将沉管结构在水上浮运，不进行压载，在施工中，减少了沉管结构的吃水深度，现有沉管结构吃水深度较大，在某些航道上难以通过，本发明的沉管结构减少了通航的深度。

S5、在所有组的管道5中，选择部分组的管道5，向该部分组的管道5内注入混凝土或沙水混合的压载流体，沉管结构重量增加，并将沉管结构下沉至安装位置上方；现有的沉管结构安装，需要辅助水箱进行压载施工，而本发明的沉管结构在安装时，省去了现有的水箱，节约了成本。

S6、施工人员对沉管结构位置进行调整，待沉管结构调整至安装点位后，向剩余部分组的管道5内注水，以增加沉管结构的重量，沉管结构下沉到位后，将其安装到准确的安装点位。

S7、沉管结构安装到位后，用砂石或混凝土置换出剩余部分组的管道5内的水，置换施工时，通过加压，泵注砂石或混凝土，再次进行压载，混凝土的比重一般是2.3左右，沙的比重一般是1.5～1.6左右，水的比重为1，沙水混合流体，一般沙为30％～40％，水为60～70％，可根据施工需要来选择，置换时，能够将比重为1的水置换出，灌注比重更大的压载流体，如比重2.3的混凝土，这样，可有效实现沉管结构的自重调节，完成后，进行现有的抛石锁定施工，稳固沉管结构；在选择沉管隧道结构时，更容易实施，提高了施工的可行性；而安装后，本沉管结构内可不再浇筑素砼压载，可直接通车，节省了工期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，包括沉管结构本体，及设在沉管结构本体内的管道，所述管道用于向沉管结构本体内灌注压载流体。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述沉管结构本体包括砼结构顶板、砼结构底板、砼结构侧墙、砼结构中墙，每个所述管道包括第一内置管、第二内置管和连接管，所述第一内置管设在所述砼结构顶板内，所述第二内置管设在所述砼结构底板内，所述连接管设在砼结构侧墙和所述砼结构中墙的至少一者的内部，所述第一内置管和第二内置管通过连接管连通形成回路。

3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述沉管结构本体内设有多组所述管道，多组所述管道沿沉管结构本体的纵向延伸方向相互间隔排布，多组所述管道的体积占沉管结构本体的整体体积比例为10～30％。

4.根据权利要求2所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述管道还包括横向贯通管，所述横向贯通管的两端用于连接相邻组所述管道，至少两组所述管道通过横向贯通管连通。

5.根据权利要求2-4任一所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述沉管结构本体两侧的砼结构侧墙内均设有连接管，分别为第一连接管和第二连接管，所述第一内置管、第一连接管、第二内置管和第二连接管首尾相连构成环形，所述沉管结构本体的两段砼结构中墙的内部分别设有连接第一内置管中段和第二内置管中段的第三连接管。

6.根据权利要求4所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述第一内置管和第二内置管的直径范围为400～800mm、壁厚范围为2～6mm，所述连接管的直径范围为200～600mm、壁厚范围为2～6mm，相邻组管道之间的间距为800～1000mm，所述横向贯通管的直径范围为300～500mm、壁厚范围为2～6mm。

7.根据权利要求5所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述管道还设有连通管道内部至沉管结构本体外部的进出管，所述进出管设有至少两个，所述进出管用于向管道内灌注压载流体，或用于排气。

8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述进出管的一端连接至第一内置管，所述进出管的另一端延伸至所述砼结构顶板的外壁。

9.根据权利要求1所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，所述沉管结构本体高度H的范围为：7.0～9.0m，所述沉管结构本体的内腔高度h的范围为：4.5～5.5m。

10.一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的设计方法，用于设计权利要求1-9任一所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，包括以下步骤：

B1、选择管道的组数量，确定调节沉管结构的重量范围；

B2、选择压载流体，确定调节沉管结构的重量范围；

B3、通过所选择组的管道向沉管结构本体内灌注压载流体，调节沉管结构的自重，从而调节沉管结构的埋入水中的深度，以便于通航和安装；

其中，B1和B2的顺序可互换。

11.根据权利要求10所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的设计方法，其特征在于，分情况进行设计方法的步骤：

当需要通航时，不进行步骤B1-B3或者执行步骤B1-B3，以调节沉管自重小于或等于浮力，以减少沉管结构吃水深度，便于沉管结构的浮运通航；

当需要加重时，执行步骤B1-B3，对沉管结构进行压载，以调节沉管自重大于浮力，以使沉管能够下沉入水底进行安装。

12.一种钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，采用权利要求1-9任一所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在沉管结构本体的浇筑区域搭建钢筋并绑扎固定，预埋管道；

S2、使用混凝土浇筑沉管结构本体，将管道和钢筋一起固定在沉管结构本体内；

S3、静置沉管结构成型，并养护、成品。

13.根据权利要求12所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4、将沉管结构浮运至隧道位置；

S5、选择部分组的管道，向管道内注入混凝土或沙水混合的压载流体，沉管结构增重并下沉至安装位置上方；

S6、待沉管结构调整至安装点位后，向剩余部分组的管道注水，沉管结构下沉到位后进行安装；

S7、沉管结构安装到位后，用砂石或混凝土置换出所述剩余部分组的管道内的水，再次进行压载，并抛石锁定。

14.根据权利要求12所述的钢筋混凝土内埋管自重可调沉管的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中，浇筑砼结构底板时，将预埋的管道作为冷凝管，向管道内注入冷水，用以降低砼结构底板的温度。

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