CN100485138C - 悬浮法海底隧道 - Google Patents
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Abstract
一种适用于深海水域的海底隧道及施工方法,属于道路交通和海洋工程领域。隧道由若干节横截面为椭圆环的管段连接而成,由于管段的上浮力大于设计最大车辆载荷,所以不论管段内是否通行车辆,都有上浮的趋势,但又始终被搁置在海底锚垫上的下坠力大于管段上浮力的2个下坠锚牵引着,既不能上升也不会下沉,处于悬浮状态。当管段受到水流冲激时,若干对稳定锚能将管段锚定在水中。本发明用于建造深海隧道时,隧道的深度不受海底过深的影响,既可降低施工难度,又不用增加隧道引道的长度,还避免了大规模的海底土方工程,使工程造价大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底隧道及施工方法,属于道路交通和海洋工程领域。
背景技术
目前,海底隧道工程主要有两种方法:一种是在距海底一定深度的岩层或土层中挖孔建成海底隧道(简称挖掘法海底隧道),这种方法建海底隧道工期长,施工难度高,工程造价大;另一种是将分节预制的筒状结构件放置于海底表层或浅土层中,做止水连接而形成海底隧道(简称沉管法海底隧道),这种隧道因具有施工质量保证、地质水文条件适应性强、施工工期短、工程造价低等特点逐步被采用,如广州珠江隧道、宁波甬江隧道等。但是,沉管法海底隧道与挖掘法海底隧道同样需要依附海底土层,隧道的深度受海底深度的影响,海底越深隧道也就越深。受坡度的限制,隧道两岸的引道就要加长,工程造价因此加大。此外,沉管法隧道需要在水中做止水连接,当达到一定深度时,水压过高,防渗漏技术难度增大,甚至受潜水深度的限制使工程无法实施。因此,从经济效益和技术难度的角度来看,无论沉管法还是挖掘法都不适用于深海水域建造隧道。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种能悬浮于水下一定深度(根据通航要求设定)的海底隧道及施工方法。这种隧道的深度不受海底过深的影响,具有施工难度低、工程造价少、适应深海水域的特点。
本发明的技术方案如下:
在一边岸上分节预制管段,分组连接好后,把第一组管段前端口用隔板临时密封起来,再一组连接一组后,把管段沿着预先建好的双轨滑道推、拉入海水中。管段入水前其每组挂环都挂上稳定锚,使其入水后基本处于悬浮状态,并用拖船牵引着。当整个隧道到达预定位置后,挂上所有预先搁置在海底锚垫上的下坠锚与下坠拉杆组件,同时卸下对应的稳定锚,使之与稳定拉杆的一端连接好,然后将稳定拉杆的另一端挂接到对应管段的挂环上,再把稳定锚慢慢沉放入海底,将隧道的悬浮部分锚定。近岸部分管段为埋藏管段,用稳定锚及沙土填埋固定。
本发明方法的管段为长度为100米左右的筒状物,横截面为椭圆环,长轴水平,短轴垂直;管段长度的1/4和3/4处外表两侧沿长轴方向分别设有4组挂环,每组由若干个环组成,每个环都可以通过插销与下坠拉杆或稳定锚或稳定拉杆连接。管段端口处内侧和外侧都设有若干对连接环,可通过防漏胶圈及螺杆和螺母将前后两管段连接起来。内侧连接环还可以连接一块椭圆形的隔板,将管段临时密封起来;管段的上浮力等于4个稳定锚在海水中的重力,这个上浮力既大于设计最大车辆载荷,又小于2个下坠锚在海水中的下坠力。
上述下坠拉杆的最大拉力大于1/2下坠锚重力。
上述稳定拉杆的最大拉力大于稳定锚的重力,稳定拉杆与水平面的夹角少于30度。
上述防漏胶圈的断口截面为十字型,厚度和弹性足可以让管段间的接口弯折2至3度角。
隧道建成后,不论管段内是否承受车辆载荷,都有上浮的趋势,但始终被搁置在海底锚垫上的2个下坠锚牵引着,受力平衡,既不能上升也不会下沉,处于悬浮状态。当管段受到水流冲激时,若干对稳定锚可将管段锚定在水中。因此,只要不超过设计最大车辆载荷,隧道就能安全通行。
本发明具有以下优点:
1、拓宽了沉管法隧道的适用范围,为沟通洲际之间、国家之间和本土与岛屿之间的跨海工程提供多一种选择;
2、与其它跨海工程相比,工程造价不会因海底过深、地质水文条件恶劣而急剧上升;
3、与其它海底隧道相比,无需进行大规模的海底土方工程,减少对海洋环境的破坏;
4、工程技术难度低、风险少;
5、工期短,投资收效快。
附图说明
图1是隧道纵向图
图2是待挂接的下坠锚图
图3是管段端口半剖图
图4是管段入水时的横向截面图
图5是隧道建成后的横向截面图
图6是隧道建成后近岸部分管段的横向截面图
具体实施方式
先在准备修建隧道的两岸边各铺设一条双轨滑道AB及EF(如图1所示),然后在A岸上预制管段1、下坠锚2、锚垫3、稳定锚4、下坠拉杆5、稳定拉杆6、连杆7等,下坠拉杆5和稳定拉杆6的长度根据隧道设计深度以及对应管段所处的位置进行推算,所有裸露的金属组件要预先进行高度防锈蚀处理。在C、D两点的预定位置上各打两支临时钢管桩8,钢管桩8的末端必须高出海平面。此后,用船将对应的锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件运送到位,然后提高锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件,让钢管桩8穿过它们的定位孔,使它们沿着钢管桩8慢慢下沉到位,然后用钢缆将下坠拉杆5栓在临时钢管桩8上(如图2所示),再用定位船牵引着以抵挡水流冲激。如此类推,将CD段所有的锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件沉放到位。当下坠锚2与下坠拉杆5组件不再下沉时,准确测量下坠锚2的深度,计算出下坠拉杆5的准确长度。与此同时,在A岸上用防漏胶圈10及螺杆和螺母分组连接好所有管段1,用隔板9临时密封好第一组管段1的前端口(如图3所示),选择一个既没有台风,也没有结冰的时段,将管段1一组连接一组后,象新船下水一样把管段1沿着双轨滑道AB推、拉入海水中。管段1入水前要用防水剂喷涂,还要用防水胶布包裹好,其每组挂环都要用插销挂上稳定锚4,再用连杆7将相对的稳定锚4连成对(如图4所示),使管段1入水后基本处于悬浮状态,并用拖船牵引着沿着临时钢管桩8围成的航道前进。当隧道(管段1的连接体)前端到达E点后,将隧道前部沿着双轨滑道EF推、拉上F岸,使整个隧道到达预定位置。此时,把海底的下坠锚2与下坠拉杆5组件提高,根据前面计算所得的数据,修正下坠拉杆5的长度后,让潜水员在水下用插销将所有下坠锚2与下坠拉杆5组件挂接到对应的管段1的挂环上,同时卸下对应的稳定锚4,使之与稳定拉杆6的一端连接好,然后将稳定拉杆6的另一端挂接到对应管段1的挂环上。此时,可进入隧道内部调整螺栓加固管段1间的连接,并进行内部装修。如管段1的深度有误差,可往下坠锚2与锚垫3之间的空隙喷灌水泥沙浆来调整管段1的深度。调整好后,把稳定锚4慢慢沉放到预定位置上(如图5所示)。如卸下的稳定锚4不足以锚定隧道,可增加稳定锚4的对数,直至将每节管段1锚定。当CD段隧道被锚定后,撤去临时钢管桩8,然后松开AC和DF段管段1的稳定锚4,让稳定锚4的一头连接到管段1的挂环上,另一头搁置到海底上(如图6所示),把管段1固定,再往AC、DF段管段1填埋沙土,直至将埋藏部分的管段1覆盖。
Claims (6)
1、一种海底隧道的施工方法,其特征在于在一边岸上分节预制100米长的管段,管段的横截面是长轴水平、短轴垂直的椭圆环,每节管段外表在长度的1/4和3/4处沿长轴两端共设有4组挂环,管段端口处内侧和外侧都设有若干对连接环,用防漏胶圈及螺杆和螺母将管段分组连接好,把第一组管段前端口用一块椭圆形的隔板临时密封起来,再一组连接一组后,把管段沿着预先建好的双轨滑道推、拉入海水中,每节管段入水前4组挂环都挂上稳定锚,入水后基本处于悬浮状态,并用拖船牵引着,当管段到达预定位置后,挂上预先搁置在海底锚垫上的下坠锚与下坠拉杆组件,同时卸下对应的稳定锚,使之与稳定拉杆的一端连接好,然后将稳定拉杆的另一端挂接到对应管段的挂环上,再把稳定锚慢慢沉放入海底,将悬浮部分的管段锚定,近岸部分管段用稳定锚及沙土填埋固定。
2、如权利要求1所述海底隧道的施工方法,其特征在于其中的管段上的4组挂环,每组由若干个环组成,每个环都可以通过插销与下坠拉杆或稳定锚或稳定拉杆连接。
3、如权利要求1所述海底隧道的施工方法,其特征在于其中的管段上浮力等于4个稳定锚在海水中的重力,管段的上浮力既大于设计最大车辆载荷,又小于2个下坠锚在海水中的下坠力。
4、如权利要求1所述海底隧道的施工方法,其特征在于其中的下坠拉杆最大拉力大于1/2下坠锚重力。
5、如权利要求1所述海底隧道的施工方法,其特征在于其中的稳定拉杆最大拉力大于稳定锚的重力,当管段被锚定后,稳定拉杆与水平面的夹角少于30度。
6、如权利要求1所述海底隧道的施工方法,其特征在于其中的防漏胶圈的断口截面为十字型,厚度和弹性足可以让管段间的接口弯折2至3度角。
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