一种混凝土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，提供了一种混凝土衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法。其中混凝土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浇筑有混凝土衬砌。应用该混凝土衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法，能降低混凝土衬砌的单层钢壳沉管浮运时的吃水深度，从而降低对浮运航道水深的需求，节省建筑成本的同时降低对隧址环境的破坏。的同时降低对隧址环境的破坏。的同时降低对隧址环境的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土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
，特别是一种混凝土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后再浮运至隧址；但浇筑自密实混凝土后的沉管结构自重很大，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：解决现有沉管技术在浮运时自重过大，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，提供了一种混凝土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]一种混凝土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浇筑有混凝土衬砌。
[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混凝土衬砌以外，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]混凝土衬砌的内部配筋、混凝土的类型参考现有沉管设计规范即可。
[0009]相比于现有的双层钢壳结构沉管，本方案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，因而在浇筑混凝土衬砌时对浇筑工艺要求不高，无需在陆上的专用预制干坞或工厂预制；且选用椭圆形作为钢壳结构的断面，相比于其它多边形断面，椭圆形断面受力更加合理，能有效降低应力集中现象，在保证本方案具有足够的结构强度以更好地抵御交通载荷和地震冲击载荷的同时，不会出现像采用多边形断面的方案一样对应力集中部分，如倒角处进行加厚或渐变角度的处理而导致结构复杂化的情况。
[0010]综上，本方案由于结构简单，对浇筑工艺要求不高，混凝土衬砌的浇筑无需专用预制干坞或工厂，便于将混凝土衬砌的浇筑安排在浮运之后，从而减轻本方案在浮运时的自重并降低吃水深度，进而能降低对浮运航道深度的要求，可以不开挖专用浮运航道，从而减
少建设费用、缩短工期，同时也能减轻对隧址周边的环境破坏，降低钢壳结构运输过程对其它沿线通航的影响。
[0011]同时由于本方案对浇筑工艺要求不高，因而无需使用昂贵的自密实混凝土，从而降低本方案的成本；而相比于双层钢壳沉管结构，本方案而用钢量更少，结构更加简单，能明显降低钢壳结构的成本并缩短制造工期。
[0012]且相比于断面为圆形的方案，本方案椭圆形的断面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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]本方案的通风通道隔板一方面从钢壳结构内部划分出专用于通风的通道，另一方面可作为其它顶部设备如灯具的安装板；同时本方案还能增加钢壳结构的抗压强度。
[0028]作为本专利技术的优选方案，还包含路面结构；所述路面结构通过路面立柱连接于所述混凝土衬砌。
[0029]路面结构可以作为行车道、人行道或他们的组合。
[0030]本方案通过路面立柱将水平的路面结构设置于椭圆形钢壳结构的内壁，通过路面立柱可以将路面结构抬升至椭圆形钢壳的长轴附近以增加空间利用率；路面结构和混凝土衬砌之间的空间还可以作为管线或排水通道。
[0031]作为本专利技术的优选方案，所述混凝土衬砌为C40或C50混凝土材质。
[0032]本方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土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)的内侧浇筑有混凝土衬砌(2)。2.根据权利要求1所述的一种混凝土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所述的一种混凝土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所述的一种混凝土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所述的一种混凝土衬砌的单层钢壳沉管，其特征在于，所述混凝土衬砌(2)为C40或C50混凝土材质。6.一种混凝土衬砌的单层钢壳沉管的施工方法，应用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文慧，陈伟彬，吴海森，石志鹏，关兴，张佳伟，毛维杰，钟伟，戴适天，陈立发，
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：