CN113235515A - 分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方法，是由若干个钢圆筒装置首尾连接共同形成的弧形护岸结构。钢圆筒装置下部结构插入海底不透水层或若透水层中，每个钢圆筒装置包括一个钢圆筒，以及在钢圆筒的左右两侧分别通过连接肋板焊接的开口均朝向外侧且横截面均为圆弧形、大小为四分之三圆形的第一弧形侧翼及第二弧形侧翼，其中第二弧形侧翼直径大于第一弧形侧翼直径，第一弧形侧翼、第二弧形侧翼以及钢圆筒顶面和底面沿竖直方向平齐设置。本发明中弧形护岸结构若安装完成后钢圆筒装置在岛内堆载和波浪荷载的共同作用下发生倾斜，则可以通过对高舱或高舱加中舱进行注水或回填砂石；或对低舱或低舱加中舱进行抽水或移除砂石实现纠偏。

Description

分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方法

技术领域

本发明涉及一种钢圆筒护岸结构。特别是涉及一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛 壁结构及安装方法。

背景技术

近年来，由于人类对于海洋开发利用的增加，需要在海洋上建造诸如油气开采平台、海 上机场、深水港口、人工岛屿等工程项目。相比于陆地上，海上工程面临大风大浪、超厚软 基、施工作业窗口期短暂等诸多问题，如何快速、高效地完成岛壁结构，营造干地作业环境 是海上工程建设中重要的一环。

目前有一种快速成岛技术——振沉式超大直径钢圆筒，结合弧形肋板作为副舱相连，形 成止水型岛壁结构，最后回填砂土形成陆地。例如港珠澳大桥人工岛工程采用高40.5m-50.5m、 直径22m的钢圆筒进行岛壁建设，并配置8台液压振动锤进行振沉，两个大圆筒之间用圆弧 钢板作为副舱相连。然而，振沉技术通常需要根据钢圆筒的直径、重量配置多台特定型号的 振动锤联动的锤组系统，造价高，锤组笨重，沉筒时间较长。此外，从海洋地基的角度考虑， 大直径圆筒在进行振沉过程中，会对周围土体产生较大的扰动，灵敏性较高的海洋黏土的强 度将会迅速降低且短期内很难重新恢复，而岛壁结构主要依赖的就是周围地基抗力来保持稳 定性；在回填砂土后，其底部与海底软弱淤泥接触面出，会出现挤淤现象，影响钢圆筒的稳 定性；相邻的大圆筒间以弧形肋板相连大圆筒，虽然可以达到止水效果，但岛壁结构的整体 性较差。

此外，大圆筒安装时的倾斜控制要求高，目前振沉方法只能通过调整不同方向的振锤振 动来间接实现大圆筒的纠偏调平，属于被动纠偏或间接纠偏，在遇到较硬地层时难以达到设 计的垂直度。

而且，大圆筒安装完成后，在岛内堆载和波浪共同作用下，会出现倾斜的现象，对这种 情况目前的纠偏措施较少且较难实现。

因此，需要寻求新的护岸结构物形式，不仅要保证护岸结构的快速安装，而且要保证其 整体稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够快速安装、施工方便省时，能够主动实现 快速纠偏，整体稳定性较高的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方法.

本发明所采用的技术方案是：一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，是由若 干个钢圆筒装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结构， 所述的钢圆筒装置包括有钢圆筒，分别通过连接肋板连接在所述钢圆筒两侧的第一弧形侧翼 和第二弧形侧翼，所述第一弧形侧翼和第二弧形侧翼上下端面与钢圆筒的上下端面对应平齐 设置，且开口远离钢圆筒，其中，所述第二弧形侧翼的直径大于所述第一弧形侧翼的直径， 从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个钢圆筒装置的第二弧形侧翼 内共同形成一个用于回填砂石的圆筒，所述的钢圆筒内通过水平设置的隔舱板被分为下隔舱 和上隔舱两部分，所述下隔舱内同轴设置有下内套筒，所述下内套筒与所述下隔舱等高，所 述下隔舱的内壁与下内套筒的外壁之间通过垂直设置的N个下隔板等间隔的形成有N个大小 相等的下分舱，所述上隔舱内同轴设置有上内套筒，所述上内套筒与所述上隔舱等高，所述 上隔舱的内壁与上内套筒的外壁之间通过垂直设置的N个上隔板等间隔的形成有N个大小相 等的上分舱，每个所述的上分舱对应一个所述的下分舱，所述隔舱板上对应每一个下分舱和 下内套筒均形成有一个抽水/气孔，每个抽水/气孔上连接一根与所对应的下分舱或下内套筒相 连通的用于从该下分舱或下内套筒内抽水或抽气的软管，每个插入在下分舱的软管的另一端 贯穿所对应的上分舱后再对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶，每个所述的真空桶 都连接一个真空泵。

一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构构的安装方法，其特征在于，包括如下 步骤：

1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的钢圆筒装置通过海上自浮式拖航的方式运送 到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯；

2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱 的各上分舱内注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到 下隔舱的各下分舱形成密闭条件；

3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在隔舱板上的抽水/气 孔上与对应的下分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空 泵抽吸各下分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度；

4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱的各上分舱内回填砂土或水；

5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个沉 放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒；

6)在形成的用于回填砂石的圆筒圆筒内按照设计要求回填砂土；

7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头；

8)钢圆筒装置在下沉完成后，在岛内堆载和岛外波浪力共同作用下发生倾斜，通过对位 于高侧的上分舱回填水或砂石，或对位于低侧的上分舱抽水或砂石，实现调平；

9)在人工岛或深水码头内侧回填并进行地基加固。

本发明的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方法，采用负压下沉，两边 的弧形侧翼能够提高结构整体性，上下隔舱通过分舱实现快速纠偏，具有能够快速安装、施 工方便省时，能够主动实现快速纠偏，整体稳定性较高的特点。本发明具有以下优势：

1、该结构通过对下部隔舱施加负压进行下沉，避免使用振锤，所需设备少，耗费时间短， 能够降低成本，有效提高现场施工效率。

2、该结构底部直接作用于软土地基表面，阻止了地基土的隆起和流动，提高了结构承载 力。

3、抽水(气)软管与设置在下舱顶面中心的抽气阀与下部舱体连接，外部的真空罐能够 控制每根抽水(气)软管中的负压大小，抽气阀也能够按照需求进行开关，有效控制各个舱 体负压，方便下沉纠偏。

4、大圆筒舱体的中心舱大小以及边舱的数量可根据工程需要灵活设置。

5、大小弧形侧翼增强了各钢圆筒的侧向支撑，显著提高了整体稳定性。

6、本结构在上下舱体分别进行分舱，能够实现下沉过程中的快速纠偏，而且相比于传统 的振锤纠偏，不会对周边土体产生扰动，稳定性好。

7、本结构对上部舱体进行分舱，不仅能够在下沉过程中实现快速纠偏，而且在结构安装 完成后可通过调节上部各个舱体中的水或砂石量实现快速纠偏。

8、该结构可以利用上下隔舱进行海上浮筒拖航。

附图说明

图1是本发明中钢圆筒装置的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的仰视图；

图4是两个钢圆筒装置相结合的第一实施例的结构示意图；

图5是两个钢圆筒装置相结合的第二实施例的结构示意图；

图6是钢圆筒装置安装沉贯过程示意图；

图7是钢圆筒装置纠偏调平过程示意图；

图8是钢圆筒装置纠偏调平措施示意图；

图9是安装完成后，服役期间调示过程示意图；

图10是形成的人工岛或深水码头的示意图。

图中

1：钢圆筒 2：连接肋板

3：第一弧形侧翼 4：第二弧形侧翼

5：隔舱板 6：下隔舱

7：上隔舱 8：圆筒

9：下内套筒 10：下隔板

11：下分舱 12：上内套筒

13：上隔板 14：上分舱

15：抽水/气孔 16：软管

17：真空桶 18：真空泵

19：泄气阀 20：泄水阀

21：回填砂土 22：海平面

23：海底面 24：不透水层

25：人工岛或深水码头

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构及安装方 法做出详细说明。

如图1所示，本发明的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，是由若干个钢圆筒 装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结构，所述的钢 圆筒装置包括有钢圆筒1，分别通过连接肋板2连接在所述钢圆筒1两侧的第一弧形侧翼3 和第二弧形侧翼4，所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4上下端面与钢圆筒1的上下端面 对应平齐设置，且开口远离钢圆筒1，所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别与 所述钢圆筒1圆心的连线夹角小于等于180度。其中，所述第二弧形侧翼4的直径大于所述 第一弧形侧翼3的直径，从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼3嵌入在前一个 钢圆筒装置的第二弧形侧翼4内共同形成一个用于回填砂石的圆筒8，如图4、图5所示，其 中，图4是两个相连接钢圆筒装置均是所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别与 所述钢圆筒1圆心的连线夹角等于180度，即在一第直线上的连接图。图5是两个钢圆筒装 置相连接时，其中右边的一个钢圆筒装置中所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分 别与所述钢圆筒1圆心的连线夹角等于180度，即在一第直线上，而左边的一个钢圆筒装置 中所述第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别与所述钢圆筒1圆心的连线夹角小于180 度，因此，连接时形成有一定的折弯。

如图1、图2、图3所示，所述的钢圆筒1内通过水平设置的隔舱板5被分为下隔舱6和上隔舱7两部分，隔舱板5与钢圆筒1的内壁焊接连接。所述下隔舱6内同轴设置有下内套 筒9，所述下内套筒9与所述下隔舱6等高，所述下隔舱6的内壁与下内套筒9的外壁之间 通过垂直设置的N个下隔板10等间隔的形成有N个大小相等的下分舱11，所述上隔舱7内 同轴设置有上内套筒12，所述上内套筒12与所述上隔舱7等高，所述上隔舱7的内壁与上 内套筒12的外壁之间通过垂直设置的N个上隔板13等间隔的形成有N个大小相等的上分舱 14，每个所述的上分舱14对应一个所述的下分舱11。所述的N取4～12。

如图1所示，所述隔舱板5上对应每一个下分舱11和下内套筒9均形成有一个抽水/气 孔15，每个抽水/气孔15上连接一根与所对应的下分舱11或下内套筒9相连通的用于从该下 分舱11或下内套筒9内抽水或抽气的软管16，每个插入在下分舱11的软管16的另一端贯 穿所对应的上分舱14后再对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶17，每个所述的真 空桶17都连接一个真空泵18。所述真空桶17的上部设置有用于排出从下分舱11内抽出的 气体的泄气阀19，所述真空桶17的下部设置有用于排出从下分舱11内抽出的水的泄水阀20。

本发明的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构的安装方法，包括如下步骤：

1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的如图1所示的钢圆筒装置通过海上自浮式拖 航的方式运送到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯；如图6中的步骤a就位。

2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱 的各上分舱内注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到 下隔舱的各下分舱形成密闭条件；如图6中的步骤b加水重力下沉。

3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在隔舱板上的抽水/气 孔上与对应的下分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空 泵抽吸各下分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度；如图6中的步 骤c吸力下沉。

4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱的各上分舱内回填砂土或水；如图6中的步骤d回 填砂土或水。

5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼嵌入在前一个沉 放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒；如图6中的步 骤e第二个钢圆筒装置下沉。

6)在形成的用于回填砂石的圆筒圆筒内按照设计要求回填砂土；如图6中的步骤f回填 砂土或水。

7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头；如 图10所示。在形成人工岛或深水码头的拐角位置的钢圆筒装置，是采用连接在钢圆筒1两侧 的第一弧形侧翼3和第二弧形侧翼4的圆心分别与所述钢圆筒1圆心的连线夹角为小于180 度的设定角度的钢圆筒装置。如图5所示。

8)钢圆筒装置在下沉完成后，在岛内堆载和岛外波浪力共同作用下发生倾斜，通过对位 于高侧的上分舱回填水或砂石，或对位于低侧的上分舱抽水或砂石，实现调平，如图9所示；

9)在人工岛或深水码头内侧回填并进行地基加固。

本发明的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构的安装方法中，在钢圆筒装置下沉 过程中，出现如图7中a所示的下沉发生倾斜，一侧高一侧低的情况，通过真空泵对高侧处 的下分舱内施加更大的负压，打开与低侧处的分舱相连通的真空桶的泄气阀；或者不打开泄 气阀，而是向低侧处的下分舱内充水或气，产生高侧处的下分舱下沉、低侧处的分舱上浮的 效果，从而实现快速、主动纠偏，如图8所示；

或者，如图7中b所示，抽吸位于高侧的下分舱内的水或气，同时抽吸位于低侧的上分 舱内的砂土或水，达到如图7中c所示的实现快速纠偏调平的目的。

Claims (7)

1.一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，是由若干个钢圆筒装置首尾连接且下部插入海底不透水层或若弱透水层中共同形成的弧形护岸结构，所述的钢圆筒装置包括有钢圆筒(1)，分别通过连接肋板(2)连接在所述钢圆筒(1)两侧的第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)，所述第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)上下端面与钢圆筒(1)的上下端面对应平齐设置，且开口远离钢圆筒(1)，其中，所述第二弧形侧翼(4)的直径大于所述第一弧形侧翼(3)的直径，从而能够通过将后一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼(3)嵌入在前一个钢圆筒装置的第二弧形侧翼(4)内共同形成一个用于回填砂石的圆筒(8)，所述的钢圆筒(1)内通过水平设置的隔舱板(5)被分为下隔舱(6)和上隔舱(7)两部分，其特征在于，所述下隔舱(6)内同轴设置有下内套筒(9)，所述下内套筒(9)与所述下隔舱(6)等高，所述下隔舱(6)的内壁与下内套筒(9)的外壁之间通过垂直设置的N个下隔板(10)等间隔的形成有N个大小相等的下分舱(11)，所述上隔舱(7)内同轴设置有上内套筒(12)，所述上内套筒(12)与所述上隔舱(7)等高，所述上隔舱(7)的内壁与上内套筒(12)的外壁之间通过垂直设置的N个上隔板(13)等间隔的形成有N个大小相等的上分舱(14)，每个所述的上分舱(14)对应一个所述的下分舱(11)，所述隔舱板(5)上对应每一个下分舱(11)和下内套筒(9)均形成有一个抽水/气孔(15)，每个抽水/气孔(15)上连接一根与所对应的下分舱(11)或下内套筒(9)相连通的用于从该下分舱(11)或下内套筒(9)内抽水或抽气的软管(16)，每个插入在下分舱(11)的软管(16)的另一端贯穿所对应的上分舱(14)后再对应连接设置在钢圆筒装置外部的一个真空桶(17)，每个所述的真空桶(17)都连接一个真空泵(18)。

2.根据权利要求1所述的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，其特征在于，所述真空桶(17)的上部设置有用于排出从下分舱(11)内抽出的气体的泄气阀(19)，所述真空桶(17)的下部设置有用于排出从下分舱(11)内抽出的水的泄水阀(20)。

3.根据权利要求1所述的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，其特征在于，所述N取4～12。

4.根据权利要求1所述的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构，其特征在于，所述第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)的圆心分别与所述钢圆筒(1)圆心的连线夹角小于等于180度。

5.一种分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将在工厂预制好的所需个数的设定尺寸的钢圆筒装置通过海上自浮式拖航的方式运送到指定地点，利用专业起吊设备起吊后准备沉贯；

2)开始沉贯，利用定位系统使钢圆筒装置在指定位置就位，首先在钢圆筒装置的上隔舱的各上分舱内注入一定量的水，使钢圆筒装置在水和自身重力的作用下进行自重下沉，直到下隔舱的各下分舱形成密闭条件；

3)自重下沉结束后，将各用于抽水或抽气的软管的一端分别连接在隔舱板上的抽水/气孔上与对应的下分舱相连通，软管的的另一端连接真空桶，真空桶再连接真空泵，开启真空泵抽吸各下分舱内的水和空气，使钢圆筒装置在负压作用下下沉至设定深度；

4)下沉结束后根据设定要求在上隔舱的各上分舱内回填砂土或水；

5)继续沉放下一个钢圆筒装置，并将下一个钢圆筒装置的第一弧形侧翼(3)嵌入在前一个沉放完毕的钢圆筒装置的第二弧形侧翼(4)内，共同形成一个用于回填砂石的圆筒；

6)在形成的用于回填砂石的圆筒圆筒内按照设计要求回填砂土；

7)重复步骤2)～步骤6)，直至全部钢圆筒装置沉放完毕，形成人工岛或深水码头；

8)钢圆筒装置在下沉完成后，在岛内堆载和岛外波浪力共同作用下发生倾斜，通过对位于高侧的上分舱回填水或砂石，或对位于低侧的上分舱抽水或砂石，实现调平；

9)在人工岛或深水码头内侧回填并进行地基加固。

6.根据权利要求5所述的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构构的安装方法，其特征在于，在钢圆筒装置下沉过程中，出现一侧高一侧低的情况，通过真空泵对高侧处的下分舱内施加更大的负压，打开与低侧处的分舱相连通的真空桶的泄气阀；或者不打开泄气阀，而是向低侧处的下分舱内充水或气，产生高侧处的下分舱下沉、低侧处的分舱上浮的效果，从而实现快速、主动纠偏，如图8a、图8b、图8c、图8d所示；

或者，抽吸位于高侧的下分舱内的水或气，同时抽吸位于低侧的上分舱内的砂土或水，达到实现快速纠偏调平的目的。

7.根据权利要求5所述的分舱隔舱设计可回填吸力式钢圆筒岛壁结构构的安装方法，其特征在于，形成人工岛或深水码头的拐角位置的钢圆筒装置，是采用连接在钢圆筒(1)两侧的第一弧形侧翼(3)和第二弧形侧翼(4)的圆心分别与所述钢圆筒(1)圆心的连线夹角为小于180度的设定角度的钢圆筒装置。

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