[发明专利]一种斜拉式沉管隧道结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其在软黏土或河床、近海岸地区修建水下隧道，特别是涉及一种斜拉式沉管隧道结构及方法。

背景技术

沉管隧道结构具有造价较低、施工工期短、易操作安装、断面型式多样等优点，已在跨河、跨海工程中得到广泛应用。然而，在软黏土或河床、近海岸地区采用沉管法修建水下隧道，由于河床或近海岸地区地层分布不均匀(岩土介质力学强度从河岸或海岸向河床或海床以此减弱)，相同结构物放置于这样的地层上极易造成结构物整体的不均匀沉降，致使结构物开裂，因此这种复杂地层上地基基础加固至为重要；若地基基础加固不稳，极易造成沉管隧道结构倾覆变形，从而危及施工人员生命安全和损坏生产设备。与此同时，常规地基加固方法虽然能够有效地加固地基，但施工过程需要投入大量的人力、设备与财力，同时还增加了施工风险。随着中国海洋资源的不断向深海开发，海底隧道的建设必将迎来加快发展时期，然而传统地基加固工艺已不能保证深海海底沉管隧道地基的稳定性，这就制约了沉管隧道的发展和应用。

因此，需要对沉管隧道结构进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种斜拉式沉管隧道结构，将传统沉管隧道结构与海洋石油开采平台的桩基础组成一种新型沉管隧道结构，借鉴斜拉式桥梁工程的施工方法，以满足软弱地层或深海地区水下结构的施工与稳定。该结构为小沉管隧道结构拼接而成，且有斜拉索牵引，布置方式可以适用于岩土介质力学强度不均匀的地层，通过斜拉索可以有效调整单节沉管隧道结构的布设角度，以适应高低起伏的河床或海床地层，已到达结构的整体稳定。

一种斜拉式沉管隧道结构的具体方案如下：

一种斜拉式沉管隧道结构，包括多节沉管，每节沉管两侧均固定有与沉管表面垂直设置的桩基础，桩基础与沉管之间通过多根斜拉索进行连接，该结构通过斜拉索将沉管与桩基础连接为一个整体，能够有效地提高沉管隧道的适用范围，减少沉管隧道地基失稳破坏、持久地提高隧道自稳性能，保证沉管隧道施工和运营期间的人员安全和设备运转，通过对斜拉索长度与角度的调整，实现沉管相对于铺设面的调整，每节沉管可以不再保持统一的一条直线，柔性增加适用范围广。

进一步地，为了保证连接的稳定性，所述斜拉索对称设于所述桩基础的两侧。

进一步地，所述斜拉索为高强钢丝或钢绞线，每节沉管一侧对应设置一斜拉索，桩基础一侧的多根斜拉索顶部共同连接到一个点，底部分别与沉管表面固定。

进一步地，为了方便对沉管的固定，所述桩基础底部超过沉管下表面设置。

进一步地，为了节约资源，提高能源利用率，所述吸力式桩基础为空心结构。

进一步地，为了保证结构的稳定性和可靠性，所述桩基础直径为3m～5m，高度为30m～40m。

进一步地，所述桩基础直径为4m，高35m。

进一步地，所述桩基础为吸力式桩基础，吸力式桩基础作为海洋石油开采平台深基础结构，其施工工艺成熟、方便快捷。

进一步地，所述斜拉索顶部距离所述桩基础顶部0.8m-1.2m，以保证斜拉索固定的稳定，而且斜拉索顶部固定于桩基础侧部的拉环，桩基础两侧各设置一拉环，桩基础一侧的斜拉索均与一拉环固连。

本发明的结构通过斜拉索将吸力式桩基础与沉管相连，持久地提高沉管结构地基稳定性，有效地减少沉管隧道在软弱地层的变形；并且，隧道结构包括并联连接的11段，从而使得原有沉管隧道结构长度减小，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，调节相应沉管对应斜拉锁的长度和角度，有效保证沉管底面与铺设面的适应性。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种斜拉式沉管隧道结构的施工方法，具体步骤如下：

1)在工厂预制沉管，并将沉管运输到施工现场；

2)在施工现场施做多个吸力式桩基础；

3)拼装多节沉管，并按照铺设面的角度在沉管两侧均通过斜拉索连接每节沉管与吸力式桩基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过斜拉索将吸力式桩基础与沉管隧道结构相连，持久地提高沉管结构地基稳定性，有效地减少沉管隧道在软弱地层的变形；并且，将原有沉管隧道结构长度减小，使其具有一定的柔性，可以有效适应软弱河床、海床等不良地质条件，具有可调节性。

(1)沉管隧道稳定性方面：能够有效地提高沉管隧道的适用范围，减少沉管隧道地基失稳破坏、持久地提高隧道自稳性能，保证沉管隧道施工和运营期间的人员安全和设备运转。