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CN115162412A - 长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法 - Google Patents

长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法 Download PDF

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CN115162412A CN202211020369.XA CN202211020369A CN115162412A CN 115162412 A CN115162412 A CN 115162412A CN 202211020369 A CN202211020369 A CN 202211020369A CN 115162412 A CN115162412 A CN 115162412A
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Abstract

本发明公开了长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法；步骤如下：1、在待建的跨海组合沉管隧道的两端位置建造两个人工岛及锚碇结构；2、在海底设置多个栓马桩；3、将两个锚碇结构作为桥塔，建造位于水下的桥架结构；4、将跨海组合沉管隧道的主跨的每一分段拖运至格栅式钢梁的上方；5、将主跨的每一分段均沉入水下就位，固定在格栅式钢梁的相应位置，与相应位置的栓马桩连接；6、在水下安装跨海组合沉管隧道顶部的格栅式钢拱架；7、复紧桥架结构的吊杆、悬索和斜拉索；8、主跨的贯通施工。本发明利用桥梁和隧道结合的建造技术解决长距离多功能跨海隧道的建造难题。

Description

长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法
技术领域
本发明涉及跨海沉管隧道建造技术领域，特别涉及长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法。
背景技术
在现有的在长距离跨海通道方面，如港珠澳桥隧工程长度为55km，尚没有超过100km的跨海通道工程。
伴随着经济发展和基建技术的提升，如渤海湾跨海通道的建设逐渐被社会各界提出，然而，渤海湾跨海通道长度约130km，技术方案论证多年但没有形成统一认识。
因此，如何解决长距离多功能跨海隧道的建造难题成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，实现的目的是利用桥梁和隧道结合的技术，解决长距离多功能跨海隧道的建造难题。
为实现上述目的，本发明公开了长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法；包括如下步骤：
步骤1、在待建的跨海组合沉管隧道的两端位置建造两个人工岛；每一所述人工岛的中心位置均建造锚碇结构；
步骤2、在海底，所述跨海组合沉管隧道的长度方向，设置多个栓马桩；
步骤3、将两个所述锚碇结构作为桥塔，建造位于水下的桥架结构；
桥架结构为包括格栅式钢梁、吊杆、悬索和斜拉索的斜拉悬索桥；
步骤4、将所述跨海组合沉管隧道的主跨的每一分段拖运至所述格栅式钢梁的上方；
步骤5、将所述主跨的每一分段均沉入水下就位，固定在所述格栅式钢梁的相应位置，与相应位置的栓马桩连接；
步骤6、在水下安装所述跨海组合沉管隧道顶部的格栅式钢拱架；
步骤7、复紧所述桥架结构的所述吊杆、所述悬索和所述斜拉索；
步骤8、所述主跨的贯通施工。
优选的，所述步骤1中，建造每一所述人工岛的流程如下：
步骤1.1、在每一待建的所述人工岛的外侧采用多根钢管桩构建外围防护；
每一所述外围防护面向或者背向所述主跨的侧壁均设有钢套箱接口结构；
步骤1.2、在所述外围防护最外侧的多根所述钢管桩和最内侧的多根所述钢管桩之间的区域填筑抗渗层；
步骤1.3、在所述外围防护最内侧的多根所述钢管桩围成的区域填筑核心层；
在填筑所述核心层的过程中，逐步回填，逐步抽取内部的海水；
步骤1.4、填筑所述核心层至对应所述跨海组合沉管隧道的底板位置高度后，采用水下拖拽方式将所述人工岛内对应所述核心层部分的管段通过所述钢套箱接口拖运进入；
步骤1.5、在每一所述钢套箱接口结构内回填混凝土形成封堵；
步骤1.6、施工所述人工岛对应所述核心层部分的管段，并回填，直至达到所述人工岛的顶部设计标高。
更优选的，每一所述外围防护最外侧的每两个相邻的所述钢管桩之间均采用锁扣连接。
在实际应用中，最外侧的每两个相邻的所述钢管桩之间采用锁扣连接能够防止填筑材料被海水冲蚀。
更优选的，所述抗渗层采用土工膜袋或素混凝土填筑；
所述核心层采用块石、碎石、砂和水泥通过级配混合填筑。
更优选的，在步骤1.5中，通过设置多个水下钢板对每一所述钢套箱接口结构内回填混凝土形成的填筑体进行隔断。
优选的，每一所述栓马桩均为钢圆筒结构，直径均在20米至30米，插入海底不小于1倍直径的深度，顶部均不高于所述跨海组合沉管隧道的结构顶；
每一所述钢圆筒结构内均灌注混凝土或级配碎石。
优选的，在所述步骤3中，所述格栅式钢梁根据所述主跨的分段进行分段，并逐段在水下对接；
所述格栅式钢梁的上面对应所述主跨每一分段的下面均设有多个定位块；
每一所述定位块均焊接在所述格栅式钢梁上，并能够嵌入所述主跨每一分段的下面，限制所述主跨每一分段在在所述格栅式钢梁上横向位移；
所述格栅式钢梁的边缘位置均通过吊杆悬吊于悬索，或直接通过斜拉索与人工岛连接。
优选的，在执行步骤4之前，完成所述主跨每一分段的预制；
所述主跨每一分段均包括钢壳混凝土结构的主体部分和弧形的格栅式钢拱架；
每一所述钢壳混凝土结构两侧的中部位置均设有横截面成三角形的凸出结构，使所述主跨每一分段的横截面均呈“梭形”，上面设有所述弧形的格栅式钢拱架；
每一所述弧形的格栅式钢拱架的两端与均与相应的所述钢壳混凝土结构的顶部钢壳边缘连接；
预制步骤具体如下：
首先，焊接钢板形成每一所述钢壳混凝土结构的钢壳；
在焊接时，先将每一所述钢壳混凝土结构的配筋进行固定；
在完成所述钢壳形成封闭结构后，在所述钢壳的顶部预留多个浇筑孔和排气孔；
在完成一次舾装后，在所述钢壳安装端封门、止水带和抗剪键；
完成后，将所述钢壳拖入码头港池内，在码头港池内采用自密实混凝土进行混凝土浇筑。
更优选的，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1、在码头港池内完成浇筑并达到设计强度后后，对每一所述钢壳混凝土结构均进行二次舾装，并安装钢牛腿、人孔和定位塔；
步骤4.2、通过拖船将所有所述钢壳混凝土结构均拖运至所述桥架结构上与所述主跨对应的位置；
从两个所述人工岛开始向所述主跨中间，逐一将每一所述钢壳混凝土结构与所述人工岛的岛边管节对接并沉放；
步骤4.3、沉放后，通过每一所述钢壳混凝土结构的钢壳沿断面一周布置的体外预应力拉合装置，以实现每两个相邻的所述钢壳混凝土结构的压紧；
步骤4.4、每段压紧后，每一所述钢壳混凝土结构靠近两端位置的两侧均通过最少3榀钢桁架与相应位置的所述栓马桩固定；同时采用预应力钢索将每一所述钢壳混凝土结构两侧的三角形的凸出结构均拉紧固定在相应的所述格栅式钢梁的分段上。
更优选的，步骤8中，所述主跨的贯通施工包括如下步骤：
除对应所述主跨的跨中位置的最后两个所述钢壳混凝土结构的连接处外，其余每两个相邻的所述沉管隧道的管段结构之间均在止水带得到足够挤压后，拆除端封门，实现沉管隧道的贯通；
在对应所述主跨的跨中位置的最后两个所述钢壳混凝土结构的连接处，采用管段内推的施工方法实施，具体为在最后两个所述钢壳混凝土结构的连接处扩大断面尺寸，并在一个所述钢壳混凝土结构内部套设一段能够沿长度方向移动并插入另一所述钢壳混凝土结构的内套管段；
施工时，通过千斤顶顶推出所述内套管段至另一所述钢壳混凝土结构实现贯通。
本发明的有益效果：
本发明利用桥梁和隧道结合的建造技术，沉管隧道具有一定的浮力，抵消一部分竖向荷载，减少了桥索结构的受力。
本发明通过浮运桥架结构的桥索对称布置在桥塔上，形成自锚，减小了桥墩受力。
本发明通过浮运和桥架结构的桥索结构为跨海组合沉管隧道的主跨的每一分段提供了竖向支撑，主跨的每一分段的浮力为桥索结构降低了竖向荷载，相得益彰。
本发明主跨的每一分段的主体均为钢壳混凝土结构，避免大面积干坞，节约投资。
本发明的钢壳混凝土结构断面大，功能全，加强客货交流。
本发明能够多工作面开展隧道施工，总工期更加节约。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例施工状态示意图。
图2示出本发明一实施例中跨海组合沉管隧道的横截面结构示意图。
图3示出本发明一实施例中人工岛的俯视方向结构示意图。
图4示出本发明一实施例中主跨一个分段俯视方向的结构示意图。
具体实施方式
实施例
如图1至图4所示，长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法；包括如下步骤：
步骤1、在待建的跨海组合沉管隧道的两端位置建造两个人工岛1；每一人工岛1的中心位置均建造锚碇结构2；
步骤2、在海底，跨海组合沉管隧道的长度方向，设置多个栓马桩3
步骤3、将两个锚碇结构2作为桥塔，建造位于水下的桥架结构；
桥架结构为包括格栅式钢梁4、吊杆6、悬索7和斜拉索8的斜拉悬索桥；
步骤4、将跨海组合沉管隧道的主跨5的每一分段拖运至格栅式钢梁4的上方；
步骤5、将主跨5的每一分段均沉入水下就位，固定在格栅式钢梁4的相应位置，与相应位置的栓马桩3连接；
步骤6、在水下安装跨海组合沉管隧道顶部的格栅式钢拱架9；
步骤7、复紧桥架结构的吊杆6、悬索7和斜拉索8；
步骤8、主跨5的贯通施工。
本发明的原理如下：
本发明利用桥梁和隧道结合的建造技术，将跨海组合沉管隧道的主跨5通过建立在水面下的桥架结构进行就位和建造；
主跨5每一分段均能够利用水体的浮力进行运输，能够抵消一部分竖向荷载，同时减少了桥架结构的桥索的受力。
桥索对称布置在桥塔上，形成自锚，能够减小了桥墩受力。
桥索为跨海组合沉管隧道的主跨5提供了竖向支撑，主跨5每一分段的浮力为桥索结构降低了竖向荷载，相得益彰。
在某些实施例中，步骤1中，建造每一人工岛1的流程如下：
步骤1.1、在每一待建的人工岛1的外侧采用多根钢管桩10构建外围防护；
每一外围防护面向或者背向主跨5的侧壁均设有钢套箱接口结构11；
步骤1.2、在外围防护最外侧的多根钢管桩10和最内侧的多根钢管桩10 之间的区域填筑抗渗层；
步骤1.3、在外围防护最内侧的多根钢管桩10围成的区域填筑核心层；
在填筑核心层的过程中，逐步回填，逐步抽取内部的海水；
步骤1.4、填筑核心层至对应跨海组合沉管隧道的底板位置高度后，采用水下拖拽方式将人工岛1内对应核心层部分的管段通过钢套箱接口拖运进入；
步骤1.5、在每一钢套箱接口结构11内回填混凝土形成封堵；
步骤1.6、施工人工岛1对应核心层部分的管段，并回填，直至达到人工岛1的顶部设计标高。
在某些实施例中，每一外围防护最外侧的每两个相邻的钢管桩10之间均采用锁扣连接。
在实际应用中，最外侧的每两个相邻的钢管桩10之间采用锁扣连接能够防止填筑材料被海水冲蚀。
在某些实施例中，抗渗层采用土工膜袋或素混凝土填筑；
核心层采用块石、碎石、砂和水泥通过级配混合填筑。
在某些实施例中，在步骤1.5中，通过设置多个水下钢板对每一钢套箱接口结构11内回填混凝土形成的填筑体进行隔断。
在某些实施例中，每一栓马桩3均为钢圆筒结构，直径均在20米至30米，插入海底不小于1倍直径的深度，顶部均不高于跨海组合沉管隧道的结构顶；
每一钢圆筒结构内均灌注混凝土或级配碎石。
在某些实施例中，在步骤3中，格栅式钢梁4根据主跨5的分段进行分段，并逐段在水下对接；
格栅式钢梁4的上面对应主跨5每一分段的下面均设有多个定位块12；
每一定位块12均焊接在格栅式钢梁4上，并能够嵌入主跨5每一分段的下面，限制主跨5每一分段在在格栅式钢梁4上横向位移；
格栅式钢梁4的边缘位置均通过吊杆6悬吊于悬索7，或直接通过斜拉索 8与人工岛1连接。
在某些实施例中，在执行步骤4之前，完成主跨5每一分段的预制；
主跨5每一分段均包括钢壳混凝土结构13的主体部分和弧形的格栅式钢拱架9；
每一钢壳混凝土结构13两侧的中部位置均设有横截面成三角形的凸出结构，使主跨5每一分段的横截面均呈“梭形”，上面设有弧形的格栅式钢拱架 9；
每一弧形的格栅式钢拱架9的两端与均与相应的钢壳混凝土结构13的顶部钢壳边缘连接；
预制步骤具体如下：
首先，焊接钢板形成每一钢壳混凝土结构13的钢壳；
在焊接时，先将每一钢壳混凝土结构13的配筋进行固定；
在完成钢壳形成封闭结构后，在钢壳的顶部预留多个浇筑孔和排气孔；
在完成一次舾装后，在钢壳安装端封门、止水带和抗剪键；
完成后，将钢壳拖入码头港池内，在码头港池内采用自密实混凝土进行混凝土浇筑。
在某些实施例中，步骤4包括如下步骤：
步骤4.1、在码头港池内完成浇筑并达到设计强度后后，对每一钢壳混凝土结构13均进行二次舾装，并安装钢牛腿、人孔和定位塔；
步骤4.2、通过拖船将所有钢壳混凝土结构13均拖运至桥架结构上与主跨 5对应的位置；
从两个人工岛1开始向主跨5中间，逐一将每一钢壳混凝土结构13与人工岛1的岛边管节对接并沉放；
步骤4.3、沉放后，通过每一所述钢壳混凝土结构13的钢壳沿断面一周布置的体外预应力拉合装置，以实现每两个相邻的所述钢壳混凝土结构13的压紧；
步骤4.4、每段压紧后，每一所述钢壳混凝土结构13靠近两端位置的两侧均通过最少3榀钢桁架与相应位置的所述栓马桩3固定；同时采用预应力钢索 14将每一所述钢壳混凝土结构13两侧的三角形的凸出结构均拉紧固定在相应的所述格栅式钢梁4的分段上。
在实际应用中，栓马桩3对称的布置在每一钢壳混凝土结构13的两侧，按照沉管隧道的管段结构的长度进行布置，用于抵抗海水洋流的侧向力，保证沉管隧道在接缝处的结构稳定。
每一所述钢壳混凝土结构13的钢壳沿断面一周布置的体外预应力拉合装置均包括拉索和锚具。
每一栓马桩3与沉管隧道的管段结构通过3榀钢桁架15进行连接，桁架分别焊接在管段结构的钢壳面和栓马桩3的侧面上。
在步骤步骤4.2中，拖运钢壳混凝土结构13包括如下方式：
沿纵向用拖船推拽钢壳混凝土结构13至任一人工岛1，然后将钢壳混凝土结构13沉放于相应的人工岛1的岛边管段结构对接；
或者，先行将钢壳混凝土结构13沉放至桥架结构上，通过桥架上的牵引装置使钢壳混凝土结构13在桥架结构上沿纵向滑行至人工岛1，实现对接。
在某些实施例中，步骤8中，主跨5的贯通施工包括如下步骤：
除对应主跨5的跨中位置的最后两个钢壳混凝土结构13的连接处外，其余每两个相邻的沉管隧道的管段结构之间均在止水带得到足够挤压后，拆除端封门，实现沉管隧道的贯通；
在对应主跨5的跨中位置的最后两个钢壳混凝土结构13的连接处，采用管段内推的施工方法实施，具体为在最后两个钢壳混凝土结构13的连接处扩大断面尺寸，并在一个钢壳混凝土结构13内部套设一段能够沿长度方向移动并插入另一钢壳混凝土结构13的内套管段；
施工时，通过千斤顶顶推出内套管段至另一钢壳混凝土结构13实现贯通。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法；其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在待建的跨海组合沉管隧道的两端位置建造两个人工岛(1)；每一所述人工岛(1)的中心位置均建造锚碇结构(2)；
步骤2、在海底，所述跨海组合沉管隧道的长度方向，设置多个栓马桩(3)；
步骤3、将两个所述锚碇结构(2)作为桥塔，建造位于水下的桥架结构；
桥架结构为包括格栅式钢梁(4)、吊杆(6)、悬索(7)和斜拉索(8)的斜拉悬索桥；
步骤4、将所述跨海组合沉管隧道的主跨(5)的每一分段拖运至所述格栅式钢梁(4)的上方；
步骤5、将所述主跨(5)的每一分段均沉入水下就位，固定在所述格栅式钢梁(4)的相应位置，与相应位置的栓马桩(3)连接；
步骤6、在水下安装所述跨海组合沉管隧道顶部的格栅式钢拱架(9)；
步骤7、复紧所述桥架结构的所述吊杆(6)、所述悬索(7)和所述斜拉索(8)；
步骤8、所述主跨(5)的贯通施工。
2.根据权利要求1所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，所述步骤1中，建造每一所述人工岛(1)的流程如下：
步骤1.1、在每一待建的所述人工岛(1)的外侧采用多根钢管桩(10)构建外围防护；
每一所述外围防护面向或者背向所述主跨(5)的侧壁均设有钢套箱接口结构(11)；
步骤1.2、在所述外围防护最外侧的多根所述钢管桩(10)和最内侧的多根所述钢管桩(10)之间的区域填筑抗渗层；
步骤1.3、在所述外围防护最内侧的多根所述钢管桩(10)围成的区域填筑核心层；
在填筑所述核心层的过程中，逐步回填，逐步抽取内部的海水；
步骤1.4、填筑所述核心层至对应所述跨海组合沉管隧道的底板位置高度后，采用水下拖拽方式将所述人工岛(1)内对应所述核心层部分的管段通过所述钢套箱接口拖运进入；
步骤1.5、在每一所述钢套箱接口结构(11)内回填混凝土形成封堵；
步骤1.6、施工所述人工岛(1)对应所述核心层部分的管段，并回填，直至达到所述人工岛(1)的顶部设计标高。
3.根据权利要求2所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，每一所述外围防护最外侧的每两个相邻的所述钢管桩(10)之间均采用锁扣连接。
在实际应用中，最外侧的每两个相邻的所述钢管桩(10)之间采用锁扣连接能够防止填筑材料被海水冲蚀。
4.根据权利要求2所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，所述抗渗层采用土工膜袋或素混凝土填筑；
所述核心层采用块石、碎石、砂和水泥通过级配混合填筑。
5.根据权利要求2所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，在步骤1.5中，通过设置多个水下钢板对每一所述钢套箱接口结构(11)内回填混凝土形成的填筑体进行隔断。
6.根据权利要求1所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，每一所述栓马桩(3)均为钢圆筒结构，直径均在20米至30米，插入海底不小于1倍直径的深度，顶部均不高于所述跨海组合沉管隧道的结构顶；
每一所述钢圆筒结构内均灌注混凝土或级配碎石。
7.根据权利要求1所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述格栅式钢梁(4)根据所述主跨(5)的分段进行分段，并逐段在水下对接；
所述格栅式钢梁(4)的上面对应所述主跨(5)每一分段的下面均设有多个定位块(12)；
每一所述定位块(12)均焊接在所述格栅式钢梁(4)上，并能够嵌入所述主跨(5)每一分段的下面，限制所述主跨(5)每一分段在在所述格栅式钢梁(4)上横向位移；
所述格栅式钢梁(4)的边缘位置均通过吊杆(6)悬吊于悬索(7)，或直接通过斜拉索(8)与人工岛(1)连接。
8.根据权利要求1所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，在执行步骤4之前，完成所述主跨(5)每一分段的预制；
所述主跨(5)每一分段均包括钢壳混凝土结构(13)的主体部分和弧形的格栅式钢拱架(9)；
每一所述钢壳混凝土结构(13)两侧的中部位置均设有横截面成三角形的凸出结构，使所述主跨(5)每一分段的横截面均呈“梭形”，上面设有所述弧形的格栅式钢拱架(9)；
每一所述弧形的格栅式钢拱架(9)的两端与均与相应的所述钢壳混凝土结构(13)的顶部钢壳边缘连接；
预制步骤具体如下：
首先，焊接钢板形成每一所述钢壳混凝土结构(13)的钢壳；
在焊接时，先将每一所述钢壳混凝土结构(13)的配筋进行固定；
在完成所述钢壳形成封闭结构后，在所述钢壳的顶部预留多个浇筑孔和排气孔；
在完成一次舾装后，在所述钢壳安装端封门、止水带和抗剪键；
完成后，将所述钢壳拖入码头港池内，在码头港池内采用自密实混凝土进行混凝土浇筑。
9.根据权利要求8所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1、在码头港池内完成浇筑并达到设计强度后后，对每一所述钢壳混凝土结构(13)均进行二次舾装，并安装钢牛腿、人孔和定位塔；
步骤4.2、通过拖船将所有所述钢壳混凝土结构(13)均拖运至所述桥架结构上与所述主跨(5)对应的位置；
从两个所述人工岛(1)开始向所述主跨(5)中间，逐一将每一所述钢壳混凝土结构(13)与所述人工岛(1)的岛边管节对接并沉放；
步骤4.3、沉放后，通过每一所述钢壳混凝土结构(13)的钢壳沿断面一周布置的体外预应力拉合装置，以实现每两个相邻的所述钢壳混凝土结构(13)的压紧；
步骤4.4、每段压紧后，每一所述钢壳混凝土结构(13)靠近两端位置的两侧均通过最少3榀钢桁架与相应位置的所述栓马桩(3)固定；同时采用预应力钢索(14)将每一所述钢壳混凝土结构(13)两侧的三角形的凸出结构均拉紧固定在相应的所述格栅式钢梁(4)的分段上。
10.根据权利要求6所述的长距离多功能跨海组合沉管隧道主跨的建造方法，其特征在于，步骤8中，所述主跨(5)的贯通施工包括如下步骤：
除对应所述主跨(5)的跨中位置的最后两个所述钢壳混凝土结构(13)的连接处外，其余每两个相邻的所述沉管隧道的管段结构之间均在止水带得到足够挤压后，拆除端封门，实现沉管隧道的贯通；
在对应所述主跨(5)的跨中位置的最后两个所述钢壳混凝土结构(13)的连接处，采用管段内推的施工方法实施，具体为在最后两个所述钢壳混凝土结构(13)的连接处扩大断面尺寸，并在一个所述钢壳混凝土结构(13)内部套设一段能够沿长度方向移动并插入另一所述钢壳混凝土结构(13)的内套管段；
施工时，通过千斤顶顶推出所述内套管段至另一所述钢壳混凝土结构(13)实现贯通。
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