CN117646434A - 一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利工程施工领域，尤其涉及一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法；包括：S1：拆除已有防波堤部分结构；S2、预制减载结构；S3、基床整平及沉管安装；S4、安装减载结构；S5、封顶施工；S6、切断沉管预应力筋；采用箱体减载结构来减小沉管隧道顶部承受的集中荷载，不影响防波堤功能；施工速度快，安全可靠性高，从工艺上解决了沉管隧道下穿防波堤的难题，满足了沉管隧道和防波堤互不干扰、现各自功能的需求，确保了效益最大化。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程施工领域，尤其涉及一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法。
背景技术
随着工程技术的发展与进步，沉管法隧道施工应用越来越广泛。近海由于地形限制，海底隧道线路不可避免和周边已有设施产生干扰，当海底隧道需要通过已有的防波堤结构时，因海底隧道结构顶板厚度较薄，无法承受重型防波堤结构的集中荷载，因此，给海底隧道下穿防波堤结构带来了难题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种施工速度快、且安全可靠的下穿防波堤的沉管隧道施工方法。
本发明提供一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法，包括如下步骤：
S1、拆除已有防波堤部分结构：
拆除沉管隧道设计施工范围内的部分防波堤结构；
S2、预制减载结构：
预制沉管安装后的减载结构，所述减载结构的外墙和内隔墙均设置有通水孔，所述通水孔使得所述减载结构内、外均与水连通；
S3、基床整平及沉管安装：
考虑步骤S2所述减载结构的荷载，在沉管基床整平时增大其预沉降量值，碎石基床整平完成后，进行沉管安装作业施工，所述沉管安装完成后，在所述沉管的两侧进行回填；
S4、安装减载结构：
步骤S3沉管安装完成后，在所述沉管的顶部采用碎石垫层进行铺设顶部护面层，然后在步骤S1中已经拆除的防波堤位置处的所述顶部护面层的上方进行顶部基床的铺设、整平；关闭所述减载结构外墙的所述通水孔，将所述减载结构内灌满水，然后将所述减载结构吊装至所述顶部基床上，当所述减载结构的垂直度满足要求后，将所述减载结构固定在所述顶部基床上；
S5、封顶施工：
采用多个预制盖板对所述减载结构的顶部进行封盖，待所述减载结构沉降稳定后，在所述预制盖板的顶部现浇二次调平混凝土，使得所述二次调平混凝土的高度与所述防波堤的标高一致；
S6、切断沉管预应力筋：
对所述沉管上方已拆除防波堤结构进行恢复施工，使所述沉管上方的防波堤与原有防波堤结构一致，待沉管结构沉降稳定后，切断沉管的预应力筋，使得沉管由半刚性结构转变为柔性结构，实现沉管结构的体系转换。
本技术方案中，采用减载结构来减小沉管隧道顶部承受的单位面积集中荷载，且不影响防波堤功能；不仅施工速度快，而且安全可靠性高，从工艺上解决了沉管隧道下穿防波堤的难题，满足了沉管隧道和防波堤互不干扰、现各自功能的需求，确保了效益最大化。
在本申请的一些实施例中，所述减载结构包括多个并排设置的长方体中空的薄壁箱体，能够减轻自身重量，所述箱体内均匀设置所述内隔墙，所述内隔墙将所述箱体内部均匀分为多个隔仓，所述箱体的外墙和所述内隔墙均设置有所述通水孔，使得各所述隔仓之间、以及各所述隔仓与外部水均相互连通。
在本申请的一些实施例中，所述箱体底面的长度大于宽度，其中，与所述沉管长度方向平行的方向为长度方向，与所述沉管长度方向水平垂直的方向为宽度，保证箱体在沉管上方保持稳定。
在本申请的一些实施例中，步骤S4中，所述顶部基床整平完成后；关闭所述箱体外墙的所述通水孔，将一所述箱体内灌满水，然后将其吊装至所述顶部基床上对所述顶部基床进行预压，并跟踪测量所述箱体的倾斜度；
若所述箱体的倾斜度在允许偏差范围内，将所述箱体固定在所述顶部基床上；若所述箱体的倾斜度超过允许偏差，将所述箱体进行起浮，采用碎石进行所述顶部基床的二次整平，再次将所述箱体吊装至所述顶部基床上，当所述箱体的倾斜度满足要求后，将所述箱体固定在所述顶部基床上，重复上述操作直至全部所述箱体固定在所述顶部基床上。
在本申请的一些实施例中，由于减载结构在沉管顶部要经受风浪冲击，为保证箱体的稳定性，步骤S4中，当所述箱体的倾斜度满足要求后，使用大脚将所述箱体固定在所述顶部基床上，然后在所述大脚的两侧采用块石进行抛填压载和防护，进一步提高减载结构的稳定性。
在本申请的一些实施例中，步骤S4中，为保证沉管结构能够承受满水状态下的箱体的载荷，所述箱体的安装为以所述沉管的中轴线为对称轴，从中间向两侧对称依次安装，保证沉管隧道结构受力均衡、稳定。
在本申请的一些实施例中，所述减载结构安装完成后，打开位于所述箱体外侧的所述通水孔，使所述箱体均与外部连通。
在本申请的一些实施例中，所述减载结构位于所述沉管长度的中间位置，当对所述沉管上方已拆除防波堤结构恢复施工后，使得上部的防波堤结构能够从所述沉管的中间位置横穿，保证沉管结构和减载结构的稳定性。
在本申请的一些实施例中，步骤S5中，当所述减载结构沉降稳定后，在所述预制盖板的顶部支模，浇筑二次调平混凝土。
基于上述技术方案，采用箱体减载结构来减小沉管隧道顶部承受的单位面积集中荷载，且不影响防波堤功能；施工速度快，安全可靠性高，从工艺上解决了沉管隧道下穿防波堤的难题，满足了沉管隧道和防波堤互不干扰、现各自功能的需求，确保了效益最大化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的沉管与减载结构的位置关系左视图；
图2为本发明实施例的沉管与减载结构的位置关系主视图；
图3为本发明实施例的沉管与减载结构的位置关系俯视图；
图中，
10、沉管；11、沉管碎石基床；12、预应力筋；20、减载结构；21、箱体；211、横隔墙；212、纵隔墙；213、隔仓；214、第一通水孔；215、第二通水孔；22、大脚；23、预制盖板；24、二次调平混凝土；30、回填部；40、顶部护面层；50、顶部基床；60、块石。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例中涉及的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，使用单节直线型沉管10，长180m，宽33.4m，高9.7m；单个箱体21，长25.5m，宽15.7m，高14.7m，12个隔仓，本实施例共使用4个箱体21。
该实施例提供一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法，包括如下步骤：
S1、拆除已有防波堤部分结构：
在沉管隧道施工前，拆除影响沉管隧道设计施工范围内的部分防波堤结构；该拆除部分结构可在后续恢复防波堤结构时重复使用，二次利用，降低成本；
S2、预制减载结构：
预制沉管安装后的减载结构20，减载结构20的外墙和内隔墙均设置有通水孔，通水孔使得所述减载结构内、外均与水连通；减载结构20为薄壁结构，主要为减轻自身重量；且底面积尺寸大。
本实施例中，减载结构20包括四个并排设置的长方体中空的箱体21，四个箱体21中心点的连线垂直于沉管10的中轴线，即减载结构20的中心线垂直于沉管10的中轴线；如图3所示，箱体21内均匀设置有内隔墙，具体为2个横隔墙211，3个纵隔墙212，横隔墙211和纵隔墙212将箱体21内部均匀分为12个隔仓213，箱体21的外墙上设置有第一通水孔214，横隔墙211和纵隔墙212上均设置有第二通水孔215，使得各隔仓213之间、以及各隔仓与外部水均相互连通，且箱体21的最大浮力小于箱体的重力，保证箱体21不上浮；箱体21底面的长度大于宽度，其中，与沉管10长度方向平行的方向为长度方向，与沉管10长度方向垂直的方向为宽度方向，能够保证箱体21在沉管10上方保持稳定；
S3、基床整平及沉管安装：
考虑步骤S2预制的减载结构20的荷载，在沉管碎石基床11整平时增大其预沉降量值，本实施例中，沉管碎石基床11预沉降量值增加2mm，满足减载结构20的箱体21压载自重的沉降量；沉管碎石基床11整平完成后，进行沉管安装作业施工，沉管10安装时应避免与未拆除的防波堤产生干扰，沉管10安装完成后，在沉管10的两侧进行回填形成回填部30；
S4、安装减载结构：
步骤S3沉管安装完成后，在沉管10的顶部采用碎石垫层进行铺设顶部护面层40，然后在步骤S1中已经拆除的防波堤位置处的顶部护面层40的上方进行顶部基床50的铺设，潜水人员对顶部基床50进行整平；顶部基床50为沉管和减载结构20之间的过渡层，且沉管10管顶存在坡度，顶部基床50不仅能够调平，而且能够保证减载结构20重力均匀的分布到沉管10顶部；
关闭箱体21外墙的第一通水孔214，将一箱体21内灌满水，然后将其吊装至顶部基床50上对顶部基床50进行预压，并使用全站仪跟踪测量箱体21的倾斜度；每个箱体安装时都要进行预压并跟踪倾斜度，为保护沉管结构，沉管顶部块石基床无法进行机械夯实或爆夯，只能采取预压方式；
若箱体21的倾斜度在允许偏差范围（H/250mm）内，将箱体21固定在顶部基床50上；
若箱体21的倾斜度超过允许偏差，将箱体21进行起浮，采用碎石进行顶部基床50的二次整平，再次将箱体21吊装至顶部基床50上，直至箱体21的倾斜度满足要求后，将箱体21固定在顶部基床50上，重复上述操作直至将全部4个箱体21依次固定在顶部基床50上；
为保证沉管结构能够承受满水状态下的箱体21的载荷，箱体21的安装顺序为以沉管10的中轴线为对称轴，从中间向两侧对称依次安装，保证沉管隧道结构受力均衡、稳定；
由于减载结构20在沉管10顶部要经受风浪冲击，为保证箱体21的稳定性，当箱体21斜度满足要求后，使用大脚22将箱体21固定在顶部基床50上，全部箱体21安装完成后，打开位于箱体21外侧的第一通水孔214，使所有箱体21均与外部连通；然后在大脚22的两侧采用块石60进行抛填压载和防护，进一步提高减载结构20的稳定性；
S5、封顶施工：
因减载结构20为了减轻自重，不能进行抛填块石，箱体21内部全是海水，采用现浇混凝土进行上部封顶施工难度较大，因此采用多个预制盖板23对减载结构20的顶部进行封盖，待减载结构20沉降稳定后，在预制盖板23的顶部现浇二次调平混凝土24，使得二次调平混凝土24的高度与防波堤的标高一致；本实施例中，采用6块预制盖板23对一个箱体的12个隔仓213进行封堵，预制盖板23的规格较小，预制简单，安装方便；待减载结构20沉降稳定后，再现浇20cm厚的二次调平混凝土24，保证与防波堤的标高一致；
S6、切断沉管预应力筋：
对沉管10上方已拆除的防波堤结构进行恢复施工，使沉管10上方的防波堤与原有防波堤结构一致，待沉管结构沉降稳定后，切断沉管10的预应力筋12，使得沉管10由半刚性结构转变为柔性结构，实现沉管结构的体系转换。
对于沉管碎石基床整平、沉管的具体安装步骤、以及预应力筋的切断，均为现有技术中常用的技术手段，本申请未对其进行改进，再次不再赘述其详细过程。
基于沉管结构和减载结构20的稳定性考虑，减载结构20位于沉管10长度的中间位置，当对沉管10上方已拆除防波堤结构恢复施工后，使得上部的防波堤结构能够从沉管10的中间位置横穿，保证沉管结构和减载结构的稳定性。
上部防波堤结构能够与下部沉管结构任何角度的相交，尤以两者垂直时结构最为理想。
基于上述技术方案，采用箱体减载结构来减小沉管隧道顶部承受的单位面积集中荷载，且不影响防波堤功能；施工速度快，安全可靠性高，从工艺上解决了沉管隧道下穿防波堤的难题，满足了沉管隧道和防波堤互不干扰、现各自功能的需求，确保了效益最大化。
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、拆除已有防波堤部分结构：
拆除沉管隧道设计施工范围内的部分防波堤结构；
S2、预制减载结构：
预制沉管安装后的减载结构，所述减载结构的外墙和内隔墙均设置有通水孔，所述通水孔使得所述减载结构内、外均与水连通；
S3、基床整平及沉管安装：
考虑步骤S2所述减载结构的荷载，在沉管基床整平时增大其预沉降量值，碎石基床整平完成后，进行沉管安装作业施工，所述沉管安装完成后，在所述沉管的两侧进行回填；
S4、安装减载结构：
步骤S3沉管安装完成后，在所述沉管的顶部采用碎石垫层进行铺设顶部护面层，然后在步骤S1中已经拆除的防波堤位置处的所述顶部护面层的上方进行顶部基床的铺设、整平；关闭所述减载结构外墙的所述通水孔，将所述减载结构内灌满水，然后将所述减载结构吊装至所述顶部基床上，当所述减载结构的垂直度满足要求后，将所述减载结构固定在所述顶部基床上；
S5、封顶施工：
采用多个预制盖板对所述减载结构的顶部进行封盖，待所述减载结构沉降稳定后，在所述预制盖板的顶部现浇二次调平混凝土，使得所述二次调平混凝土的高度与所述防波堤的标高一致；
S6、切断沉管预应力筋：
对所述沉管上方已拆除防波堤结构进行恢复施工，使所述沉管上方的防波堤与原有防波堤结构一致，待沉管结构沉降稳定后，切断沉管的预应力筋，使得沉管由半刚性结构转变为柔性结构，实现沉管结构的体系转换。
2.根据权利要求1所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，所述减载结构包括多个并排设置的长方体中空的薄壁箱体，所述箱体内均匀设置所述内隔墙，所述内隔墙将所述箱体内部均匀分为多个隔仓，所述箱体的外墙和所述内隔墙均设置有所述通水孔，使得各所述隔仓之间、以及各所述隔仓与外部水均相互连通。
3.根据权利要求2所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，所述箱体的底面长度大于宽度，其中，与所述沉管长度方向平行的方向为箱体底面的长度方向，与所述沉管长度方向水平垂直的方向为箱体底面的宽度方向。
4.根据权利要求3所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，所述顶部基床整平完成后；关闭所述箱体外墙的所述通水孔，将一所述箱体内灌满水，然后将其吊装至所述顶部基床上对所述顶部基床进行预压，并跟踪测量所述箱体的倾斜度；
若所述箱体的倾斜度在允许偏差范围内，将所述箱体固定在所述顶部基床上；若所述箱体的倾斜度超过允许偏差，将所述箱体进行起浮，采用碎石进行所述顶部基床的二次整平，再次将所述箱体吊装至所述顶部基床上，当所述箱体的倾斜度满足要求后，将所述箱体固定在所述顶部基床上，重复上述操作直至全部所述箱体固定在所述顶部基床上。
5.根据权利要求4所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，当所述箱体的倾斜度满足要求后，使用大脚将所述箱体固定在所述顶部基床上，然后在所述大脚的两侧采用块石进行抛填压载和防护。
6.根据权利要求4所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，步骤S4中，为保证沉管结构能够承受满水状态下的箱体的载荷，所述箱体的安装为以所述沉管的中轴线为对称轴，从中间向两侧对称依次安装。
7.根据权利要求4所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，所述减载结构安装完成后，打开位于所述箱体外侧的所述通水孔，使所述箱体均与外部连通。
8.根据权利要求1所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，所述减载结构位于所述沉管长度的中间位置，当对所述沉管上方已拆除防波堤结构恢复施工后，使得上部的防波堤结构能够从所述沉管的中间位置任意角度横穿，保证沉管结构和减载结构的稳定性。
9.根据权利要求1所述的下穿防波堤的沉管隧道施工方法，其特征在于，步骤S5中，当所述减载结构沉降稳定后，在所述预制盖板的顶部支模，浇筑二次调平混凝土。
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2024
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