CN116024949A - 一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法，属于隧道施工技术领域，该结构包括限位转换桩等，限位转换桩的中部设置有通道结构承台，限位转换桩的顶部设置有用于限制通道转换结构可拆卸预制平台的上浮的竖向限位装置，通道转换结构可拆卸预制平台下方固定有若干浮箱装置。该方法在通道转换结构可拆卸预制平台上预制通道结构，预制过程中通道转换结构可拆卸预制平台所受合力始终表现为浮力；往浮箱装置内注水，分两步拆除通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置，通道结构落在通道结构承台上。本发明的转换结构简单、施工方便、预制平台可重复利用、提高了施工效率，且无需修建体量庞大的人工岛，减小了工程修建对海洋环境的破坏。

Description

一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法。

背景技术

跨海通道由于线路长，跨越水域宽，既要考虑水面船舶通航、又要考虑飞机通航，通道往往既有桥梁、又有隧道。

以往国内外跨海通道的桥梁和隧道都通过在海中修筑人工岛，桥梁连接人工岛，通过人工岛与隧道相连，以实现桥隧转换。填海筑岛的方案除造价高外，随着保护海洋原生态环境的要求越来越严，这方案将难以实施。水中悬浮隧道方案未能解决隧道在洋流作用下的稳定问题，一直没有成功工程案例。

申请公布号CN111485579A的中国发明专利公开了一种悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，通过在人工岛上设置螺旋式引桥等实现转换。授权公告号CN214695738U的中国实用新型专利公开了一种桥隧协同跨海交通系统，通过锚块和锚索将浮桥组件、动力组件、水下悬浮隧道连接在一起，未能解决锚索属于柔性约束，在洋流作用下通道主体结构容易失稳等问题。

鉴于此，针对现有技术的缺点和适应局限性，提供了一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无岛式跨海通道桥隧转换结构和方法，转换结构简单、施工方便、预制平台可重复利用、可多作业面施工、提高了施工效率，且无需修建体量庞大的人工岛，大大节省了工程造价、节约了工期，减小了工程修建对海洋环境的破坏。

本发明采用的技术方案是：一种无岛式跨海通道桥隧转换结构，包括限位转换桩、通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置，所述限位转换桩的下部埋于海底，中部设置有通道结构承台，上部贯穿所述通道转换结构可拆卸预制平台，所述限位转换桩的顶部设置有竖向限位装置，所述竖向限位装置位于所述通道转换结构可拆卸预制平台的上方，所述竖向限位装置用于限制通道转换结构可拆卸预制平台的上浮位置，所述通道转换结构可拆卸预制平台下方固定有若干浮箱装置。

进一步的，所述限位转换桩成对设置，每对所述限位转换桩的相对侧面上设置所述通道结构承台。

进一步的，相邻的限位转换桩对的所述通道结构承台的高度不同。

进一步的，每对所述限位转换桩的相对侧面上设置水平限位滚轴，所述水平限位滚轴位于所述通道结构承台的上方。

进一步的，所述浮箱装置选用具有注水、排水功能的浮箱装置。

进一步的，所述通道转换结构可拆卸预制平台上放置有通道结构，所述通道转换结构可拆卸预制平台沿所述限位转换桩向下移动。

本发明采用的技术方案是：一种无岛式跨海通道桥隧转换方法，包括以下步骤：

步骤1：根据隧道海中转换段数量划分计算每段通道结构的自重F₁、通道转换结构可拆卸预制平台的重量F₂、通道结构预制设备的重量F₃；

计算浮箱装置所需的最大浮力Fv，Fv=η×（F₁+ F₂+ F₃），η为竖向控制安全系数，根据Fv确定浮箱装置的总体积，再确定浮箱装置的使用数量及排布位置；

计算限位转换桩所需的竖向限位力Fs，Fs=η×（Fv- F₁），确定限位转换桩截面尺寸；

步骤2：制作、安装所有限位转换桩；

步骤3：在第一海中转换段处安装通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置；

步骤4：在通道转换结构可拆卸预制平台上预制通道结构；

步骤5：通道结构预制好后，移除通道结构预制设备；往浮箱装置内注水，通道转换结构可拆卸预制平台下沉到通道结构承台时，拆除与通道结构承台接触的部分通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置，使通道结构一侧落在通道结构承台上；继续往余下的浮箱装置内注水，使通道结构另一侧落在通道结构承台上；拆除余下的通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置；

步骤6：重复步骤3-步骤5，依次完成其余各段海中转换段的通道结构的预制和安装。

进一步的，在步骤4中，预制通道结构前，部分下层浮箱装置内注水，预制通道结构时，随着通道结构重量增加，逐步排出浮箱装置内的水；在步骤4中，通道转换结构可拆卸预制平台受到的浮箱装置的浮力始终大于F₄+ F₂+ F₃，F₄为已预制完成的通道结构的自重。

进一步的，η＞1.5。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明的转换结构采用通道转换结构可拆卸预制平台作为通道结构的预制场地，浮箱装置为通道转换结构可拆卸预制平台提供浮力，控制通道转换结构可拆卸预制平台在海中的升降；基于水中隧道段永久支承桩构建限位转换桩，通过限位转换桩控制通道转换结构可拆卸预制平台在风和海浪作用下的水平晃动，并且限位转换桩的上端高出海面，其上的竖向限位装置限制通道转换结构可拆卸预制平台的上浮而不限制下沉，竖向限位装置和浮箱装置共同控制通道转换结构可拆卸预制平台的上下波动。本发明结构简单、施工方便、预制平台可重复利用、可多作业面施工、提高了施工效率，节省了工程工期。

2.本发明的方法在通道结构沉放过程中，通过往浮箱装置内注水，控制通道转换结构可拆卸预制平台和通道结构的向下重力大于浮箱装置的浮力，实现通道转换结构可拆卸预制平台和通道结构沿限位转换桩下移，通道结构在水中落在通道结构承台上，实现桥隧转换水中段通道的架设。本发明无需修建体量庞大的人工岛，大大节省了工程造价、节约了工期，最大限度保护了海洋环境。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的图1的A-A剖面图；

图3为本发明实施例的图2的C处的放大图；

图4为本发明实施例的图1的B-B剖面图；

图5为本发明实施例的俯视示意图；

图6为本发明实施例的通道结构沉放位置1的示意图；

图7为本发明实施例的通道结构沉放位置2的示意图；

图8为本发明实施例的海中转换通道完成的示意图；

图9为本发明实施例的方法的流程图。

图中：1-限位转换桩，2-通道转换结构可拆卸预制平台，3-浮箱装置，4-通道结构承台，5-竖向限位装置，6-水平限位滚轴，7-通道结构。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例提供了一种无岛式跨海通道桥隧转换结构，如图1-图5所示，其包括限位转换桩1、通道转换结构可拆卸预制平台2和浮箱装置3。所述限位转换桩1的下部埋于海底，中部设置有通道结构承台4，上部贯穿所述通道转换结构可拆卸预制平台2，所述限位转换桩1的顶部设置有竖向限位装置5。所述竖向限位装置5可采用牛腿结构，限位转换桩1的两侧均设置牛腿结构。所述竖向限位装置5位于所述通道转换结构可拆卸预制平台2的上方，用于限制通道转换结构可拆卸预制平台2的上浮位置，但不限制通道转换结构可拆卸预制平台2的下沉。

所述通道转换结构可拆卸预制平台2下方固定有若干浮箱装置3。所述浮箱装置3选用具有可拆卸、注水、排水功能的浮箱装置。浮箱装置3一般排布为多层，每层多个，根据实际情况而定。

所述限位转换桩1一般成对设置，每对所述限位转换桩1的相对侧面上设置有水平高度相同的所述通道结构承台4。相邻的限位转换桩对的所述通道结构承台4的高度不同。通道结构承台4的顶标高与通道线路坡度一致。

所述通道转换结构可拆卸预制平台2作为通道结构7的预制施工平台。通道结构7随通道转换结构可拆卸预制平台2沿所述限位转换桩1向下移动时，为了防止通道结构7磕碰、摩擦限位转换桩1侧壁，在每对所述限位转换桩1的相对侧面上设置多个水平限位滚轴6，水平限位滚轴6与通道结构7的侧面接触。所述水平限位滚轴6均位于所述通道结构承台4的上方。一般的，每个通道结构7安放在四个通道结构承台4上。

本发明的实施例还提供了一种无岛式跨海通道桥隧转换方法，如图9所示，包括以下步骤：

步骤1：根据隧道海中转换段数量划分计算每段通道结构7的自重F₁、通道转换结构可拆卸预制平台2的重量F₂、通道结构预制设备的重量F₃。

计算浮箱装置3所需的最大浮力Fv，Fv=η×（F₁+ F₂+ F₃），η为竖向控制安全系数，一般的，η＞1.5。根据Fv确定浮箱装置3的总体积，再依据浮箱装置3的型号确定浮箱装置3的使用数量，进而设计排布位置。

计算限位转换桩1所需的竖向限位力Fs，Fs=η×（Fv- F₁），即在海中转换段通道结构7预制前，限位转换桩1竖向限位力Fs应大于所有浮箱装置3对通道转换结构可拆卸预制平台2的产生的上浮力，确定限位转换桩1截面尺寸。限位转换桩1的截面尺寸需要保证其限制通道转换结构可拆卸预制平台2时，其抗拔性能满足需求且本身结构不被破坏。

步骤2：制作、安装所有限位转换桩1。限位转换桩1的通道结构承台4的顶标高与通道线路坡度一致。

步骤3：在第一海中转换段处安装通道转换结构可拆卸预制平台2和浮箱装置3。

步骤4：在通道转换结构可拆卸预制平台2上预制通道结构7。预制通道结构7前，往部分下层浮箱装置3内注水，调节下层浮箱装置3的注水量，在浮箱装置3的浮力作用下，通道转换结构可拆卸预制平台2抵在限位转换桩1的竖向限位装置5上，使通道转换结构可拆卸预制平台2始终固定，不会因海上风浪作用上下波动，以便通道结构7预制时，通道转换结构可拆卸预制平台2始终相对静止。预制通道结构7时，随着通道结构7重量增加，整个通道转换结构可拆卸预制平台2往下的重力增加，为避免浮箱装置3浮力不足导致通道转换结构可拆卸预制平台2下沉，逐步排出浮箱装置3内的水。在步骤4中，通道转换结构可拆卸预制平台2受到的浮箱装置3的浮力始终大于F₄+ F₂+ F₃，其中，F₄为已预制完成的通道结构7的自重。显然，F₄ ≤F₁。

步骤5：通道结构7预制好后，移除通道结构预制设备，安装水平限位滚轴6，如图1和图3所示。往浮箱装置3内注水，使通道转换结构可拆卸预制平台2下沉，通道转换结构可拆卸预制平台2下沉到通道结构承台4时，拆除与通道结构承台4接触的部分通道转换结构可拆卸预制平台2和浮箱装置3，使通道结构7一侧落在通道结构承台4上，如图6所示。继续往余下的浮箱装置3内注水，使通道结构7另一侧落在通道结构承台4上；拆除水平限位滚轴6；拆除余下的通道转换结构可拆卸预制平台2和浮箱装置3；如图7所示。

步骤6：重复步骤3-步骤5，依次完成其余各段海中转换段的通道结构7的预制和安装，如图8所示。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，包括限位转换桩、通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置，所述限位转换桩的下部埋于海底，中部设置有通道结构承台，上部贯穿所述通道转换结构可拆卸预制平台，所述限位转换桩的顶部设置有竖向限位装置，所述竖向限位装置位于所述通道转换结构可拆卸预制平台的上方，所述竖向限位装置用于限制通道转换结构可拆卸预制平台的上浮位置，所述通道转换结构可拆卸预制平台下方固定有若干浮箱装置。

2.如权利要求1所述的无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，所述限位转换桩成对设置，每对所述限位转换桩的相对侧面上设置所述通道结构承台。

3.如权利要求2所述的无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，相邻的限位转换桩对的所述通道结构承台的高度不同。

4.如权利要求2所述的无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，每对所述限位转换桩的相对侧面上设置水平限位滚轴，所述水平限位滚轴位于所述通道结构承台的上方。

5.如权利要求1所述的无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，所述浮箱装置选用具有注水、排水功能的浮箱装置。

6.如权利要求1所述的无岛式跨海通道桥隧转换结构，其特征在于，所述通道转换结构可拆卸预制平台上放置有通道结构，所述通道转换结构可拆卸预制平台沿所述限位转换桩向下移动。

7.一种无岛式跨海通道桥隧转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据隧道海中转换段数量划分计算每段通道结构的自重F₁、通道转换结构可拆卸预制平台的重量F₂、通道结构预制设备的重量F₃；

计算浮箱装置所需的最大浮力Fv，Fv=η×（F₁+ F₂+ F₃），η为竖向控制安全系数，根据Fv确定浮箱装置的总体积，再确定浮箱装置的使用数量及排布位置；

计算限位转换桩所需的竖向限位力Fs，Fs=η×（Fv- F₁），确定限位转换桩截面尺寸；

步骤2：制作、安装所有限位转换桩；

步骤3：在第一海中转换段处安装通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置；

步骤4：在通道转换结构可拆卸预制平台上预制通道结构；

步骤5：通道结构预制好后，移除通道结构预制设备；往浮箱装置内注水，通道转换结构可拆卸预制平台下沉到通道结构承台时，拆除与通道结构承台接触的部分通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置，使通道结构一侧落在通道结构承台上；继续往余下的浮箱装置内注水，使通道结构另一侧落在通道结构承台上；拆除余下的通道转换结构可拆卸预制平台和浮箱装置；

步骤6：重复步骤3-步骤5，依次完成其余各段海中转换段的通道结构的预制和安装。

8.如权利要求7所述的无岛式跨海通道桥隧转换方法，其特征在于，在步骤4中，预制通道结构前，部分下层浮箱装置内注水，预制通道结构时，随着通道结构重量增加，逐步排出浮箱装置内的水；在步骤4中，通道转换结构可拆卸预制平台受到的浮箱装置的浮力始终大于F₄+ F₂+ F₃，F₄为已预制完成的通道结构的自重。

9.如权利要求7所述的无岛式跨海通道桥隧转换方法，其特征在于，η＞1.5。

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