一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法技术

本发明专利技术涉及水下隧道沉管技术领域，提供了一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法，其中盾构管片衬砌的单层钢壳沉管包含钢壳结构，所述钢壳结构为单层壳体；所述钢壳结构断面为椭圆形；所述椭圆形的长轴沿水平方向设置；所述钢壳结构的内侧设置有盾构管片；所述盾构管片和所述钢壳结构之间填充有砂浆。应用该盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，解决了现有沉管技术需要专用干坞或工厂制造，运输时还需开挖专用浮运航道的问题，能节省建筑成本和工期并减小对环境的影响。并减小对环境的影响。并减小对环境的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法


[0001]本专利技术涉及水下隧道沉管
，特别是一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法。

技术介绍

[0002]在当前国内外沉管隧道建设项目中，主要的沉管结构类型有双层钢壳沉管结构和钢筋混凝土沉管结构，这两种类型沉管的主体结构都是以自密实混凝土浇筑的，需在专用预制干坞或工厂预制；且混凝土结构自重大，现有沉管吃水深度通常能达到8～9米，运输时也需通过专用浮运航道浮运至隧址。
[0003]对于现有技术，沉管预制干坞、工厂以及浮运航道的建设圬工不仅工程量大、建设费用高，对环境也有很大影响；且若是在内河浅窄水域或桥梁通航受限水域，浮运航道的开挖和管节的浮运施工还伴随有极高的安全风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：解决现有沉管技术因采用大量自密实混凝土作为主体，自重过大，运输时需要开挖专门的浮运航道，从而导致的建设费用高、建设工期长、对环境破坏大的问题，提供了一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，包含钢壳结构；所述钢壳结构为单层壳体；所述钢壳结构断面为椭圆形；所述椭圆形的长轴沿水平方向设置；所述钢壳结构的内侧设置有盾构管片；所述盾构管片和所述钢壳结构之间填充有砂浆。
[0007]钢壳结构的具体半长轴、半短轴尺寸应与其内预计要设置的行车道尺寸及其它附属设施如防撞墩匹配；钢壳结构除了断面形状和使用盾构管片作为内部衬砌以外，其余结构应符合一般沉管设计，如具备足够抵御水压的结构强度、具备足够的抗浮系数、端头设置有止水带和连接结构。
[0008]盾构管片可采用现有成熟盾构管片。
[0009]以钢壳结构与盾构管片作为沉管的主体结构，并以砂浆建立连接，相比于以现浇混凝土结构作为主体结构的现有方案，在隧道内部空间相同的情况下，本方案自重更轻，吃水深度更小，对浮运航道要求低，可以不开挖专用浮运航道，从而减少建设费用、缩短工期，同时也减轻了对隧址周边的环境破坏，降低了钢壳结构运输过程对其它沿线通航的影响。
[0010]同时，主体结构不使用大量现浇的混凝土结构，从而更容易控制制造精度，从而更容易调整自重和体积的关系以使自重和浮力达到平衡的临界状态，减少沉管在运输、下沉、对接时对其它设备如船舶性能的要求；且本方案还无需考虑各地区混凝土地材不同导致各段沉管断面和配筋设计不同，从而能统一各段沉管的断面设计，降低设计难度的同时还有益于其制造模板的标准化；不大量使用混凝土还能使本方案的施工工序简洁、施工环境好、施工工期段，从而更容易保证施工质量并减少管理资源的投入。
[0011]而本方案椭圆形断面的钢壳结构，相比于圆形更接近隧道的建筑界限，因而有着更大的空间利用率，能相对减少断面高度，并减小基槽开挖深度并降低圬工工程量，进而缩短工期、节约建设费用；而相比于方形本方案的受力更加合理，能有效降低应力集中现象，从而更好地抵御交通载荷和地震冲击载荷；同时使用椭圆形断面还能方便利用现有的圆弧状盾构管片技术，而无需单独定制其它异形盾构管片。
[0012]本方案相比于现有的双层钢壳结构沉管，由于只有单层钢壳结构，没有双层钢壳结构沉管的两层钢壳结构间大量的钢制仓格，因而用钢量更少，结构更加简单，能明显降低成本和缩短壳体制造工期。
[0013]本方案使用盾构管片作为沉管衬砌，技术成熟，工厂化程度高，质量高度可控，拼装工艺成熟，方便工程进度控制、质量控制及施工成本控制。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述钢壳结构至少有两个；各所述钢壳结构并排布置；相邻的两个所述钢壳结构之间通过支撑杆连接；所述支撑杆沿所述钢壳结构轴向间隔分布。
[0015]各钢壳结构的间距和数目应根据具体工程的行车道需求进行设计。
[0016]在断面面积相同的情况下，本方案相比于单一钢壳结构的方案具有更低的断面高度，从而能减小基槽开挖深度并降低圬工工程量，进而缩短工期、节约建设费用。
[0017]使用沿钢壳结构轴向间隔布置的复数支撑杆连接各钢壳结构，一方面载荷更加分散，通过设置相应的安全系数，即使部分支撑杆失效各钢壳结构之间也能保持连接，使本方案具有更高的维护性；另一方面，若各钢壳结构之间还有其它结构，间隔设置的支撑杆还方便了钢壳结构之间其它结构的施工。
[0018]作为本专利技术的优选方案，相邻的两个所述钢壳结构之间还连接有隔板结构；所述隔板结构与所述钢壳结构等长；所述隔板结构至少两个且沿所述钢壳结构的高度方向间隔分布。
[0019]钢壳结构的高度方向，指平行于椭圆形钢壳结构短轴的方向。
[0020]隔板结构可以机械连接于各钢壳结构，但应对拼接缝进行防水处理；隔板结构也可以焊接于钢壳结构以增强防水能力。
[0021]隔板结构的具体数量、间隔可根据对封闭空间的具体需求而定，如若隔板结构间的空间用作检修通道，则隔板结构的间距需参考检修设备和人员的尺寸。
[0022]沿竖直方向间隔分布隔板结构既可以作为压载用混凝土的底部模板，又可以在相邻的两个钢壳结构之间形成封闭空间可用作容纳其它设备或人员，如作为管线通道或检修通道；隔板结构还能辅助支撑杆连接各相邻的钢壳结构。
[0023]作为本专利技术的优选方案，最上方的所述隔板结构的上表面或最下方的所述隔板结构的下表面浇筑有外部压载混凝土结构。
[0024]当外部压载混凝土结构设置于最下方的隔板结构下表面，可以降低沉管结构的重心；当外部压载混凝土结构设置于最上方的隔板结构上表面，可以方便外部压载混凝土结构的浇筑。
[0025]由于沉管结构下沉后有至少10％的抗浮系数需求，压载混凝土结构厚度往往较大；相比于将压载混凝土结构完全设置于沉管结构内部的现有方案，本方案在钢壳结构的外部浇筑外部压载混凝土结构，能节省沉管结构内部的容积、提高空间利用率，从而相对减小断面高度并减小基槽开挖深度、降低圬工工程量，进而缩短工期、节约建设费用；且本方
案浇筑外部压载混凝土结构时可直接以隔板结构和连接于其两侧的钢壳结构形成的凹槽作为混凝土的模板，浇筑作业方便。
[0026]作为本专利技术的优选方案，所述钢壳结构的端面设置有PC拉索；所述PC拉索用于连接纵向相邻的两个所述钢壳结构。
[0027]本方案中的纵向，是指沿钢壳结构的轴线方向。
[0028]通过设置PC拉索，将各钢壳结构首尾相连时无需设置密封模板和浇筑混凝土，从而能进一步降低混凝土浇筑的作业量并简化连接工序、减少工期。
[0029]作为本专利技术的优选方案，所述钢壳结构上部设置有通风通道隔板；所述通风通道隔板的长度等于所述钢壳结构的长度；所述通风通道隔板与对应的所述钢壳结构上部形成的通道用于通风。
[0030]通风通道隔板可以是简单的平面板材或曲面板材，也可以是用于安装其它设备如灯具、通风设备的对应异形板材；通风通道隔板形成的通风通道具体尺寸对应通风需求。
[0031]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，包含钢壳结构(1)，其特征在于，所述钢壳结构(1)为单层壳体；所述钢壳结构(1)断面为椭圆形；所述椭圆形的长轴沿水平方向设置；所述钢壳结构(1)的内侧设置有盾构管片(2)；所述盾构管片(2)和所述钢壳结构(1)之间填充有砂浆。2.根据权利要求1所述的一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，其特征在于，所述钢壳结构(1)至少有两个；各所述钢壳结构(1)并排布置；相邻的两个所述钢壳结构(1)之间通过支撑杆(3)连接；所述支撑杆(3)沿所述钢壳结构(1)轴向间隔分布。3.根据权利要求2所述的一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，其特征在于，相邻的两个所述钢壳结构(1)之间还连接有隔板结构(5)；所述隔板结构(5)与所述钢壳结构(1)等长；所述隔板结构(5)至少两个且沿所述钢壳结构(1)的高度方向间隔分布。4.根据权利要求3所述的一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，其特征在于，最上方的所述隔板结构(5)的上表面或最下方的所述隔板结构(5)的下表面浇筑有外部压载混凝土结构(4)。5.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种盾构管片衬砌的单层钢壳沉管，其特征在于，所述钢壳结构(1)的端面设置有PC拉索；所述PC拉索用于连接纵向相邻的两个所述钢壳结构(1)。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海森，陈猛，黄文慧，关兴，石志鹏，张佳伟，李星霖，陈伟龙，冯海山，唐嘉成，
申请(专利权)人：中交四航局第二工程有限公司，
类型：发明
国别省市：