[發(fā)明專利]一種斜拉式沉管隧道結構及方法

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• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107663865A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 武科;崔帥帥;張前進;于雅琳;厲雅萌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E02D29/073
• 分類號: E02D29/073;E02D27/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 任歡

技術領域

本發(fā)明涉及巖土工程技術領域，尤其在軟黏土或河床、近海岸地區(qū)修建水下隧道，特別是涉及一種斜拉式沉管隧道結構及方法。

背景技術

沉管隧道結構具有造價較低、施工工期短、易操作安裝、斷面型式多樣等優(yōu)點，已在跨河、跨海工程中得到廣泛應用。然而，在軟黏土或河床、近海岸地區(qū)采用沉管法修建水下隧道，由于河床或近海岸地區(qū)地層分布不均勻(巖土介質力學強度從河岸或海岸向河床或海床以此減弱)，相同結構物放置于這樣的地層上極易造成結構物整體的不均勻沉降，致使結構物開裂，因此這種復雜地層上地基基礎加固至為重要；若地基基礎加固不穩(wěn)，極易造成沉管隧道結構傾覆變形，從而危及施工人員生命安全和損壞生產設備。與此同時，常規(guī)地基加固方法雖然能夠有效地加固地基，但施工過程需要投入大量的人力、設備與財力，同時還增加了施工風險。隨著中國海洋資源的不斷向深海開發(fā)，海底隧道的建設必將迎來加快發(fā)展時期，然而傳統地基加固工藝已不能保證深海海底沉管隧道地基的穩(wěn)定性，這就制約了沉管隧道的發(fā)展和應用。

因此，需要對沉管隧道結構進行新的研究設計。

發(fā)明內容

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種斜拉式沉管隧道結構，將傳統沉管隧道結構與海洋石油開采平臺的樁基礎組成一種新型沉管隧道結構，借鑒斜拉式橋梁工程的施工方法，以滿足軟弱地層或深海地區(qū)水下結構的施工與穩(wěn)定。該結構為小沉管隧道結構拼接而成，且有斜拉索牽引，布置方式可以適用于巖土介質力學強度不均勻的地層，通過斜拉索可以有效調整單節(jié)沉管隧道結構的布設角度，以適應高低起伏的河床或海床地層，已到達結構的整體穩(wěn)定。

一種斜拉式沉管隧道結構的具體方案如下：

一種斜拉式沉管隧道結構，包括多節(jié)沉管，每節(jié)沉管兩側均固定有與沉管表面垂直設置的樁基礎，樁基礎與沉管之間通過多根斜拉索進行連接，該結構通過斜拉索將沉管與樁基礎連接為一個整體，能夠有效地提高沉管隧道的適用范圍，減少沉管隧道地基失穩(wěn)破壞、持久地提高隧道自穩(wěn)性能，保證沉管隧道施工和運營期間的人員安全和設備運轉，通過對斜拉索長度與角度的調整，實現沉管相對于鋪設面的調整，每節(jié)沉管可以不再保持統一的一條直線，柔性增加適用范圍廣。

進一步地，為了保證連接的穩(wěn)定性，所述斜拉索對稱設于所述樁基礎的兩側。

進一步地，所述斜拉索為高強鋼絲或鋼絞線，每節(jié)沉管一側對應設置一斜拉索，樁基礎一側的多根斜拉索頂部共同連接到一個點，底部分別與沉管表面固定。

進一步地，為了方便對沉管的固定，所述樁基礎底部超過沉管下表面設置。

進一步地，為了節(jié)約資源，提高能源利用率，所述吸力式樁基礎為空心結構。

進一步地，為了保證結構的穩(wěn)定性和可靠性，所述樁基礎直徑為3m～5m，高度為30m～40m。

進一步地，所述樁基礎直徑為4m，高35m。

進一步地，所述樁基礎為吸力式樁基礎，吸力式樁基礎作為海洋石油開采平臺深基礎結構，其施工工藝成熟、方便快捷。

進一步地，所述斜拉索頂部距離所述樁基礎頂部0.8m-1.2m，以保證斜拉索固定的穩(wěn)定，而且斜拉索頂部固定于樁基礎側部的拉環(huán)，樁基礎兩側各設置一拉環(huán)，樁基礎一側的斜拉索均與一拉環(huán)固連。

本發(fā)明的結構通過斜拉索將吸力式樁基礎與沉管相連，持久地提高沉管結構地基穩(wěn)定性，有效地減少沉管隧道在軟弱地層的變形；并且，隧道結構包括并聯連接的11段，從而使得原有沉管隧道結構長度減小，使其具有一定的柔性，可以有效適應軟弱河床、海床等不良地質條件，調節(jié)相應沉管對應斜拉鎖的長度和角度，有效保證沉管底面與鋪設面的適應性。

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明還提供了一種斜拉式沉管隧道結構的施工方法，具體步驟如下：

1)在工廠預制沉管，并將沉管運輸到施工現場；

2)在施工現場施做多個吸力式樁基礎；

3)拼裝多節(jié)沉管，并按照鋪設面的角度在沉管兩側均通過斜拉索連接每節(jié)沉管與吸力式樁基礎。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

通過斜拉索將吸力式樁基礎與沉管隧道結構相連，持久地提高沉管結構地基穩(wěn)定性，有效地減少沉管隧道在軟弱地層的變形；并且，將原有沉管隧道結構長度減小，使其具有一定的柔性，可以有效適應軟弱河床、海床等不良地質條件，具有可調節(jié)性。

(1)沉管隧道穩(wěn)定性方面：能夠有效地提高沉管隧道的適用范圍，減少沉管隧道地基失穩(wěn)破壞、持久地提高隧道自穩(wěn)性能，保證沉管隧道施工和運營期間的人員安全和設備運轉。