[发明专利]一种混凝土衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及水下隧道沉管技术领域，特别是一种混凝土衬砌的单层钢壳沉管及其施工方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明的目的在于：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。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

作为本发明的优选方案，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。

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。