一种可减少干坞规模的沉管管节分批预制方法与流程

1.本发明涉及沉管隧道领域，具体涉及一种可减少干坞占地面积、降低干坞基坑深度的沉管管节分批预制方法。


背景技术：

2.沉管隧道是沉管管节经干坞内预制、拖运、沉放对接、基础处理、回填覆盖等工序建成的水下隧道。该隧道埋深浅、隧道长度短、与水域两岸道路衔接灵活，修建成功后，可大大节约中心城区土地资源，是城市修建水下隧道的主要方法之一。
3.目前，沉管隧道管节预制方法，主要有两种：一种是钢筋混凝土管节整体式预制，另外一种是钢壳管节浮态预制。其中，管节整体式预制是指管节在大型干坞内一次性预制完成后，安装舾装构件，整体拖运至隧址沉放对接等施工；钢壳管节浮态预制分二次预制，先建造好钢壳，拖运至隧道附近，钢壳管节在漂浮状态下，内部灌注混凝土，填充钢壳之间空腔，完成管节舾装，然后拖运至隧址沉放对接等施工；管节预制过程中，灌注混凝土目的主要是填充及镇重作用。现有的这两种沉管隧道管节预制方法在实际应用过程主要存在以下问题：
4.(一)钢筋混凝土管节整体式预制：
5.(1)管节整体式预制，干坞规模大、占地面积大，干坞作为临时性工程，工程造价高，浪费大，且对环境影响大；
6.(2)城市发展越来越快，土地空间资源越来越紧张，干坞场地选址成为了工程主要制约因素；
7.(3)管节整体式预制，拖运航道要求深，航道临时疏浚费用高，对环境影响大；
8.(4)管节整体式预制，自重大，管节距离长，几万吨构件，类似航空母舰，拖运风险高。
9.(二)钢壳管节浮态预制：
10.(1)钢壳管节大多为圆形断面，断面利用率不高；(2)钢壳焊接要求高，工艺复杂，需钢量大，对水下腐蚀要求高，造价高；(3)钢壳管节大多是设置内外钢板，中间空心的结构，若仅做单层外包钢壳结构，混凝土施工要求高，混凝土密实度及水密性要求很难满足，结构风险大；(4)钢壳管节浮心较高，受水流冲击影响大，漂浮状态下混凝土浇筑过程中管节稳定性较难控制，施工风险大。


技术实现要素：

11.为了克服现有钢筋混凝土管节整体式预制以及钢壳管节浮态预制施工沉管隧道过程中，存在的上述问题和不足，本发明提供了一种分批次进行管节预制以减少临时干坞场地面积、基坑深度以及管节拖运难度的沉管管节预制方法。
12.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种可减少干坞规模的沉管管节分批预制方法，具体包括以下步骤：
13.s1，在隧址附近修建小型临时干坞；
14.s2，在步骤s1所述的小型临时干坞内浇筑开口型管节结构，所述开口型管节结构包括管节底板、部分管节侧墙、管节中隔墙以及设置于管节两端的封门；
15.s3，向干坞内注水，使开口型管节结构在干坞内起浮；
16.s4，在隧址附近水域选择预制场地，并对预制场地的地基进行整平处理；在整平后的水中预制场地内沉放多个未充气的气囊，并将其锚固于河底，锚固后对气囊进行充气；
17.s5，将步骤s3中起浮的开口型管节结构拖运至步骤s4所述的水中预制场地内，并沉放至已经充气的气囊结构上，再通过缆绳系泊锚固开口型管节结构；
18.s6，在开口型管节结构上浇筑管节顶板以及剩余的管节侧墙部分，完成沉管管节的整体预制；
19.s7，均匀泄压气囊内的气体，沉管管节浮于水中；
20.s8，将预制好的沉管管节拖运至隧址沉放水域进行沉放对接。
21.上述方案中，步骤s1中，所述小型临时干坞的占地面积以及坞底标高，根据步骤s2中所述开口型管节结构的尺寸以及重量，结合出坞水位，进行抗浮计算得到。
22.上述方案中，所述步骤s4中，所述气囊通过缆绳与锚块相连接，所述锚块与预制场地的地基相固定；多个所述气囊按顺序排列设置，所述气囊之间的排列间距需满足气囊充气后各个气囊之间可相互接触。
23.本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
24.1、本发明所述沉管管节分批预制方法中，开口型管节结构自重轻、吃水深度浅，因此所需施工的临时干坞占地面积小，基坑深度低，即使在城市核心区也容易找到合适的施工场地，且工程量小，对环境影响小，工程造价低，使得沉管隧道在城市的适用性更强。
25.2、本发明所述沉管管节分批预制方法中，开口型管节结构重量轻，浮心低，可大大提高管节长距离拖运安全性；同时，管节吃水深度浅，对航道要求低，可以避免或减少对既有河道的疏浚，减小施工对环境的负面影响和临时工程造价。
26.3、本发明所述沉管管节分批预制方法中，将开口型管节结构坐落于充气气囊上，可以有效避免管节被吸底，继而大大提高了管节水中起浮能力；同时，气囊结构具有泄气作用，可以方便管节浮出预制场地，大大提高了工程的实用性。
27.4、本发明所述沉管管节分批预制方法中，将开口型管节结构坐落于充气气囊上再进行管节顶板以及部分管节侧墙的施工，大大提高了钢筋混凝土管节浇筑过程中的稳定性、安全性及测量的精度，也大大提高了混凝土浇筑的密实度及水密性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例所述在临时干坞内预制开口型管节结构的状态示意图。
30.图2为本发明实施例所述开口型沉管管节的立体结构示意图。
31.图3为本发明实施例所述开口型管节结构在临时干坞内起浮状态示意图。
32.图4为本发明实施例中在预制场地地基上锚固气囊的状态示意图。
33.图5为沉管管节顶板以及侧墙预制完成后，沉管管节坐落于预制场地多个气囊上的状态示意图。
34.图6为气囊泄气后，沉管管节起浮状态示意图。
35.标号说明：1、底板；2、侧墙；3、中隔墙；4、封门；5、气囊；6、缆绳；7、锚块；8、顶板。
具体实施方式
36.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
37.实施例1：如图1至6所示，一种可减少干坞规模的沉管管节分批预制方法，具体包括以下步骤：
38.s1，在隧址附近选址并修建小型临时干坞；
39.s2，在步骤s1所修建的小型临时干坞内浇筑开口型管节结构，所述开口型管节结构包括管节底板1、部分管节侧墙2、管节中隔墙3以及设置于管节两端的封门4，其中：开口型管节结构的示意图如图2所示；
40.s3，向干坞内注水，使开口型管节结构在干坞内起浮；
41.s4，在隧址附近水域选择一个不积淤的预制场地，并将预制场地的地基整平处理；在整平后的水中预制场地内沉放多个未充气的气囊5，将其锚固于河底；锚固后对气囊进行充气；
42.其中，如图4所示，所述气囊5通过缆绳6与锚块7相连接，所述锚块7与预制场地的地基相固定；多个所述气囊5按顺序排列设置，可设置多排，所述相邻气囊5之间的排列间距需满足气囊充气后各个气囊之间可相互接触；
43.s5，将步骤s3中起浮的开口型管节结构通过浮吊船拖运至步骤s4所述的水中预制场地内，并将其沉放至已经充气的气囊结构上，通过缆绳系泊锚固开口型管节结构；
44.s6，在开口型管节结构上浇筑管节顶板8以及剩余的管节侧墙部分，完成沉管管节的整体预制；其中，管节整体预制完成状态示意图如5所示；
45.s7，待管节强度达到设计要求后，均匀泄压气囊内的气体，沉管管节浮于水中(如图6所示)；
46.s8，安装舾装等构件，将预制好的沉管管节拖运至隧址沉放水域进行沉放和水下对接，最终形成沉管隧道。
47.具体地，在本实施例1中，步骤s1中所述小型干坞的占地面积以及坞底标高，可根据步骤s2中所述开口型管节结构的尺寸以及重量，结合出坞水位，进行抗浮计算得到。
48.在本发明实施例1所述的沉管管节分批预制方法中，步骤s2中，在小型临时干坞内施工由底板、部分侧墙、中隔墙以及两端封门，形成的一个类似船舶的开口型管节结构为管节第一次预制；由于管节无顶板以及部分侧墙，所以自重轻、浮心低、吃水深度浅，极易于在干坞基坑内起浮，且易于进行长距离拖运，同时由于管节吃水深度浅，因此对航道要求低，可以避免或减少对既有河道的疏浚，减小施工对环境的负面影响和临时工程造价。
49.另一方面，本发明通过在隧址附近水域选择一个适宜进行管节预制的场地，通过精准的抗浮计算，确保管节负浮力值符合预制场地地基承载力特征值，减小管节对预制场
地地基承载力要求及地基预处理费用，同时减小管节对气囊的压力。将开口型管节结构拖运至预制场地，并坐落于已充气的气囊结构上，浇筑管节顶板以及剩余的管节侧墙部分为第二次预制。整个浇筑过程中，由于开口型管节结构坐落于充气气囊上，因此有效保证了钢筋混凝土管节浇筑过程中的稳定性、安全性以及测量的精度；同时，也有效避免管节被吸底的问题，大大提高了工程的实用性。
50.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。