CN113668545A - 沉管海底隧道半漂浮基床整平方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，尤其涉及一种沉管海底隧道半漂浮基床整平方法。主要包括如下步骤：(1)定位；(2)调平；(3)插桩；(4)抬升；(5)基床铺设石料；适用于无法进行插桩的复杂地质条件，无需将整平船的桩腿全插入岩石内，只需将桩腿插入至其受力允许范围，使整平船处于半漂浮状态，极大的降低了插桩的风险，对整平船施工时安全提供一定的保障；整平船的施工高度的设置，可以避免潮水及波浪对施工精度造成影响。

Description

沉管海底隧道半漂浮基床整平方法

技术领域

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，尤其涉及一种沉管海底隧道半漂浮基床整平方法。

背景技术

一些地质条件比较复杂的海域，整平作业难度较大。比如，大连湾海底地质复杂，拟插桩区域大部分为浅覆盖层和岩石基础平台。浅覆盖层覆土厚度一般小于3m，桩腿对浅覆盖层地基的适应性和插桩稳定性难以评估。岩石基础平台为炸礁后形成，考虑炸礁后岩石会存在大量裂隙且较为复杂，现阶段还无法找到监测裂隙的有效方法和预防措施。炸礁后，岩石边坡的稳定性会受到严重扰动，若在未知裂隙岩基上插桩，风险会大大增加。

针对上述复杂的地质条件，传统的全抬升式整平工艺受地质条件影响，无法进行整平作业，沉管海底隧道碎石基床整平具有施工难度大、精度高、故需要研发一种能够适用于无法进行插桩的复杂地质条件的碎石基床整平方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种适用于海底地质不满足插桩条件下的、安全性高的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法。

本发明提供一种沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，包括：

(1)定位：整平船进入施工区域后，通过定位系统对所述整平船进行精确定位；

(2)调平：通过调整所述整平船上的压载水舱，观察船体倾斜仪的读数，将所述整平船调整到水平状态；

(3)插桩：下降桩腿，调整所述整平船的压载水，当所述桩腿的受力与所述整平船上升所需作用力相等时，所述整平船处于刚要开始抬升的临界状态，此时停止插桩，使所述整平船处于半漂浮状态，同时记录此时桩腿的临界插桩力；

(4)抬升：将所述桩腿的插桩力保持在步骤(3)所述的临界插桩力范围内，通过抬升装置将所述整平船抬升至施工高度；

(5)基床铺设石料：石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经所述供料船皮带机输送至所述整平船的料斗，再经所述整平船皮带机抬升进入抛石管料口，通过移动行走大车、行走小车将所述抛石管移动至抛石整平起点位置进行碎石基床铺设整平作业。

本技术方案，适用于地质情况不满足传统的全抬升式整平工艺的复杂地质条件，无需将整平船的桩腿全插入岩石内，只需将桩腿插入至其受力允许范围，使整平船处于半漂浮状态，极大的降低了插桩的风险，对整平船施工时安全提供一定的保障。

在本申请的一些实施例中，步骤(3)中，所述临界插桩力为800～1600t之间，此时，整平船处于刚要开始抬升的临界状态。

在本申请的一些实施例中，步骤(3)所述插桩选择在平潮时进行，避免高潮时对整平船的船体产生浮力，影响施工精度。

在本申请的一些实施例中，步骤(1)中，采用第一GPS定位系统实时显示所述整平船的船体形状和船体位置，根据所述整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将所述整平船定位。

在本申请的一些实施例中，所述整平船上设置有4个压载水舱，步骤(2)所述调平，通过控制每个所述压载水舱的控制阀门进行进水、排水，调节每个所述压载水舱内的压载水量，控制整个铺设过程中船体的倾斜值在±0.08°以内，避免整平船船体处于半漂浮状态时，行走大车、行走小车的位置以及风浪流对整平船船体稳定造成的影响，时刻保证船体水平，确保整平精度满足设计要求。

在本申请的一些实施例中，步骤(4)中所述施工高度为：两天可预测的高潮位+预测最大波高/2+富余高度(0.5m)；可以规避整平施工期间高潮时海水达到整平船船体抬升高度，对船体产生浮力对施工精度造成影响。

在本申请的一些实施例中，步骤(4)所述抬升，采用对角直接压载抬升方法对所述整平船的平台进行抬升。

在本申请的一些实施例中，为了提高基床铺设精度，步骤(5)中，碎石基床铺设分两层施工，基床顶层厚30cm，底层厚1.0m，先进行底层铺设，再进行顶层铺设。

在本申请的一些实施例中，所述底层铺设时，设抛石管行走速度为1.5m/min，所述顶层铺设时，抛石管行走速度为1.0m/min。

基于上述技术方案，本发明实施例中的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，适用于无法进行插桩的复杂地质条件，无需将整平船的桩腿全插入岩石内，只需将桩腿插入至其受力允许范围，使整平船处于半漂浮状态，极大的降低了插桩的风险，对整平船施工时安全提供一定的保障；

整平船的施工高度的设置，可以避免潮水及波浪对施工精度造成影响。

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为本发明一个实施例的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法中使用设备示意图；

图2为本发明一个实施例中整平船的俯视结构示意图；

图3为本发明一个实施例中整平船的左视结构示意图；

图4为本发明一个实施例的对角直接压载抬升方法的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中施工高度的示意图。

图中：

10、整平船；11、船体；12、月池；13、行走大车；14、行走小车；15、桩腿；16、抛石管；20、甲板驳石料运输船；30、供料船；40、水面。

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。

本发明的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，如图1所示，使用的主要船机设备有整平船10、甲板驳石料运输船20、供料船30等。甲板驳石料运输船为供料船输送石料，供料船为整平船提供石料。甲板驳石料运输船20通过挖掘机将石料转移至供料船30上，供料船30通过悬臂皮带机将石料运送至整平船20的进料斗内，进料斗通过皮带机将石料运送至抛石管内。

如图2所示，整平船10为自升式平台抛石整平船，整平船的船体11为回字形，船体上设置有第一GPS定位系统，船体11的中央设置有月池12；横跨月池12设置有行走大车13，行走大车13上可移动地安装有行走小车14，行走大车13用于实现抛石整平过程中的纵向位移，行走小车14用于实现抛石整平过程中的横向位移。行走小车14上分别设有夹持机构、固定架和升降机构，夹持机构、固定架和升降机构分别用于实现抛石整平装置的夹持、安装固定和升降，固定架用于安装整平。抛石整平装置用于基床的抛石和整平；船体上还设置有用于为抛石整平装置输送石料的石料输送机构，施工人员在操作室操作整平船。

整平船的船体11为回字形，在四个角上分别设有一根桩腿15，共四根桩腿，通过该四根桩腿将整平船进行抬升，保

证整平船在施工过程中船体的稳定。

本发明适用于地质情况不满足传统的全抬升式整平工艺的复杂地质条件，无需将整平船的桩腿全插入岩石内，只需将桩腿插入至其受力允许范围，使整平船处于半漂浮状态即可，极大的降低了插桩的风险，对整平船施工时安全提供一定的保障。具体包括如下步骤：

(1)定位：整平船进入施工区域后，通过定位系统对整平船进行精确定位；

(2)调平：通过调整整平船上的压载水舱，观察船体倾斜仪的读数，将整平船调整到水平状态；

(3)插桩：下降桩腿，调整整平船的压载水，当桩腿的受力与整平船上升所需作用力相等时，整平船处于刚要开始抬升的临界状态，此时停止插桩，使整平船处于半漂浮状态，同时记录此时桩腿的临界插桩力；

(4)抬升：将桩腿的插桩力保持在步骤(3)所述的临界插桩力范围内，通过抬升装置将所述整平船进行抬升至施工高度；

(5)基床铺设石料：石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经所述供料船皮带机输送至所述整平船的料斗，再经整平船皮带机抬升进入抛石管料口，通过移动行走大车、行走小车将抛石管移动至抛石整平起点位置进行碎石基床铺设整平作业。

传统的全抬升式整平工艺，在整平船定位完成后，下降桩腿至泥面通过打入压载水或对角压载法进行超荷载压载，待桩腿稳定不再下沉，气隙不再变化时，将整平船抬升至施工高度。而本发明的步骤(3)中，桩腿保持在临界插桩力800～1600t之间，此时，整平船处于刚要开始抬升的临界状态，处于半漂浮状态。同时，避免潮水及波浪对整平船的船体产生浮力，影响施工精度步骤(3)所述插桩选择在平潮时进行。

采用整平船上自带的第一GPS定位系统对整平船进行定位，第一GPS定位系统实时显示整平船的船体形状和船体位置，根据整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将整平船定位。

整平船上设置有4个压载水舱，步骤(2)的调平，通过控制每个压载水舱的控制阀门进行进水、排水，调节每个压载水舱内的压载水量，控制整个铺设过程中船体的倾斜值在±0.08°以内，避免整平船船体处于半漂浮状态时，行走大车、行走小车的位置以及风浪流对整平船船体稳定造成的影响，调平能够使船体时刻保持水平，确保整平精度满足设计要求。

整平船上的桩腿所能承受的临界插桩力为800～1600t之间，此时，整平船处于刚要开始抬升的临界状态。优选，在本实施例中，整平船的四个桩腿，每个桩腿受力达到1100t左右时，桩腿的受力正好是整平船上升所需支撑力，整平船刚要开始抬升时，此时停止插桩。

同时，由于整平船处于半漂浮状态，极易受到水流、波浪及风的影响，插桩时，为避免这些因素对整平船的船体产生影响，使整平船处于不稳定状态影响施工的精度，步骤(3)所述插桩选择在平潮时进行。

步骤(4)中当整平船处于半漂浮状态时，通过抬升装置将所述整平船进行抬升至施工高度，抬升装置安装在升降机构内，电机驱动减速箱，减速箱带动爬升齿轮与桩腿上的齿条进行啮合运动，以此实现桩腿的升起或下降。施工高度h为：两天可预测的高潮位+预测最大波高/2+富余高度(0.5m)；可以规避整平施工期间高潮时海水达到船体抬升高度，对船体产生浮力对施工精度造成影响。传统的全抬升式整平工艺的施工高度为：可预测的高潮位+预测最大波高/2+富余高度(0.5m)，本申请中选用两天可预测的高潮位，就是为了规避整平施工期间高潮时海水达到船体抬升高度，对船体产生浮力对施工精度造成影响，因此，本申请设置施工高度时，预测高潮位更精准，更具说服力。

步骤(4)所述抬升，采用对角直接压载抬升方法对所述整平船的平台进行抬升。首先锁紧其中一对角桩腿，对另一对角桩腿采用升降装置施加载荷，当升降装置显示达到一个预压载值，直到状态的支反力达到该预压载值，保持一段时间直至该对角桩腿稳固，在桩腿的对角压载过程中桩腿将逐渐下陷，以至气隙减小，当气隙减小至船体平台即将与波峰相接触时，抬升船体平台1至气隙达到1m位置，反复操作，直至气隙稳定不再变化为止；然后锁紧另一对角桩腿，松开前一步骤中锁紧的对角桩腿并对其施加载荷至该对角桩腿稳固，具体过程同前述步骤。

为了提高基床铺设精度，步骤(5)中，碎石基床铺设分两层施工，基床顶层厚30cm，底层厚1.0m，先进行底层铺设，再进行顶层铺设。底层铺设时，抛石管行走速度为1.5m/min，所述顶层铺设时，抛石管行走速度为1.0m/min。碎石基床铺设是碎石通过抛石管移动进行的排出、铺设作业，抛石管的移动是通过行走大车和行走小车的纵移和横移实现的。

施工顺序：一条垄施工完成后，平移至下一条垄，然后调整抛石管底部至施工标高，进行下一条垄铺设施工，按此步骤循环施工。每层施工时，严格控制抛石管内内料位高度控制在4m～8m，通过控制大小车速度与供料速度进行匹配施工，防止碎石垫层缺料或抛石管内余料过多无法排出，铺设结束时料位高度控制在50～100cm之间。

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)

1.一种沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于：包括：

(1)定位：整平船进入施工区域后，通过定位系统对所述整平船进行精确定位；

(2)调平：通过调整所述整平船上的压载水舱，观察船体倾斜仪的读数，将所述整平船调整到水平状态；

(3)插桩：下降桩腿，调整所述整平船的压载水，当所述桩腿的受力与所述整平船上升所需作用力相等时，所述整平船处于刚要开始抬升的临界状态，此时停止插桩，使所述整平船处于半漂浮状态，同时记录此时桩腿的临界插桩力；

(4)抬升：将所述桩腿的插桩力保持在步骤(3)所述的临界插桩力范围内，通过抬升装置将所述整平船抬升至施工高度；

(5)基床铺设石料：石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经所述供料船皮带机输送至所述整平船的料斗，再经所述整平船皮带机抬升进入抛石管料口，通过移动行走大车、行走小车将所述抛石管移动至抛石整平起点位置进行碎石基床铺设整平作业。

2.根据权利要求1所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(3)中，所述临界插桩力为800～1600t之间。

3.根据权利要求2所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(3)所述插桩选择在平潮时进行。

4.根据权利要求3所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(1)中，采用第一GPS定位系统实时显示所述整平船的船体形状和船体位置，根据所述整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将所述整平船定位。

5.根据权利要求4所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，所述整平船上设置有4个压载水舱，步骤(2)所述调平，通过控制每个所述压载水舱的控制阀门进行进水、排水，调节每个所述压载水舱内的压载水量，控制整个铺设过程中船体的倾斜值在±0.08°以内。

6.根据权利要求5所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(4)中所述施工高度为：两天可预测的高潮位+预测最大波高/2+富余高度(0.5m)。

7.根据权利要求6所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(4)所述抬升，采用对角直接压载抬升方法对所述整平船的平台进行抬升。

8.根据权利要求1或7所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，步骤(5)中，碎石基床铺设分两层施工，基床顶层厚30cm，底层厚1.0m，先进行底层铺设，再进行顶层铺设。

9.根据权利要求8所述的沉管海底隧道半漂浮基床整平方法，其特征在于，所述底层铺设时，设抛石管行走速度为1.5m/min，所述顶层铺设时，抛石管行走速度为1.0m/min。

Images