申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2019-07-12

公开（公告）日：2021-01-19

公开（公告）号：CN110409509B

主分类号：E02D29/16(20060101)

分类号：E02D29/16(20060101);E02D29/067(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.19#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明提供了一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置及其施工方法，装置包括钢制护筒、护筒底板和悬浮隧道沉管；护筒底板和钢制护筒通过焊接或铰接刚性连接，确保地下隧道挖掘时的防水；通过焊接将护筒底板活动面安装到悬浮隧道沉管上，确保第一节悬浮隧道沉管推进时的防水。第一节悬浮隧道沉管和钢制护筒之间采用柔性连接，解决洋流作用下钢制护筒和悬浮隧道沉管之间的变形协调问题。技术方案绝大多数工作都位于地下隧道工作面、减少水下作业环节，一定程度上保证了连接装置施工的经济性和施工质量，节约施工成本，提高施工效率与施工质量。

主权项：1.一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工方法，其特征在于，该方法基于一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置实现；该海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置包括悬浮隧道沉管（1）、钢制护筒（6）和护筒底板（10）；所述的钢制护筒（6），其截面为圆环；所述的护筒底板（10），为钢制圆形底板，直径与钢制护筒（6）外径相同；所述的悬浮隧道沉管（1），根据设计要求进行制作，截面为圆环，外径较钢制护筒内径小50~100cm、长度比钢制护筒（6）大1~1.5m，悬浮隧道沉管（1）一端设凸缘，以便于布置悬浮隧道沉管（1）和钢制护筒（6）间的柔性连接；护筒底板（10）和钢制护筒（6）通过焊接或铰接刚性连接，确保地下隧道掘进时的防水；通过焊接将护筒底板（10）活动面安装到悬浮隧道沉管（1）上，确保第一节悬浮隧道沉管（1）推进时的防水；第一节悬浮隧道沉管（1）和钢制护筒（6）之间采用柔性连接，解决洋流作用下钢制护筒（6）和悬浮隧道沉管（1）之间的变形协调问题；还包括止水装置，包括冻结管（4）和止水带（5），冻结管（4）在钢制护筒（6）压入土体后在护筒外缘打设一圈并人工制冷，形成冻结壁，提高抗渗性；止水带（5）为橡胶止水带，在悬浮隧道沉管（1）与护筒底板（10）间焊接完毕后布置在钢制护筒（6）内壁；所述的方法包括以下步骤：（1）地下隧道施工：先通过盾构法或矿山法进行地下隧道的施工作业，隧道掘进过程中铺设行进轨道并做好衬砌支护，在掘进至距离海水3~5m时撤离盾构机；（2）打设钢制护筒（6）及布置止水装置：将预制的钢制护筒（6）通过轨道运至工作面，通过静压机将其压入土中，要求钢制护筒（6）一端进入海水10~20cm；打设完毕后，沿钢制护筒（6）外缘布置冻结管（4）；（3）底板安装：通过起重船将护筒底板（10）吊至设计位置，水下施焊将护筒底板（10）与钢制护筒（6）刚性连接；（4）支护、排水与余土挖掘：通过冻结管（4）对钢制护筒（6）周边土体进行冻结支护；在地下隧道工作面，打设排水管道，抽去钢制护筒（6）内的水；然后通过挖掘机将钢制护筒（6）内的土体挖除；挖土完毕后在钢制护筒（6）内壁布置止水带（5）；（5）悬浮隧道沉管就位与焊接：将第一节悬浮隧道沉管（1）通过轨道运至钢制护筒（6）内并紧贴护筒底板（10），调整悬浮隧道沉管（1）位置，使其形心与护筒底板（10）形心偏差不大于10mm，调整完毕后将悬浮隧道沉管（1）与护筒底板（10）通过焊接固定；（6）切割与就位：沿比悬浮隧道沉管（1）直径大10~20mm的同心圆切割护筒底板（10），通过压力机械将悬浮隧道沉管（1）逐渐推向海中至设计位置，位置偏差不大于10mm，推进速度根据设计要求确定；（7）悬浮隧道沉管（1）与地下隧道柔性连接：施工地下隧道衬砌支护、停止冻结法施工、拔出钢制护筒（6）和冻结管（4），布置悬浮隧道沉管（1）与钢制护筒（6）间的柔性连接以及止水装置；完成悬浮隧道沉管（1）与地下隧道连接施工和连接装置的回收。

全文数据：一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置及其施工方法技术领域本发明专利涉及一种隧道连接施工装置及其施工方法，尤其涉及一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置及其施工方法；主要适用于地下隧道与悬浮隧道连接处施工。背景技术悬浮隧道的实质是一种水底悬浮的管状隧道，又称阿基米德隧道；最早于20世纪初被提出，20世纪60年代，英国人曾就意大利墨西拿海峡的阿基米德桥提出了概念设计。意大利阿基米德桥公司成立于1984年，其重要业务之一就是推动阿基米德桥的设计和实现。阿基米德桥横截面可以为椭圆形或圆形，长度可达几千米、宽度可达几十米；通行汽车，也可建成多通道、通行汽车和火车。为避免影响水上交通及天气影响，悬浮隧道建于水底；为了免于承受过大水压，常建于20-50m深，也便于大吨位船只通行。为保持水中深度，悬浮隧道以钢索及浮台固定，防止太浅或太深。隧道作为一个线性工程，不仅包括悬浮在海中的悬浮隧道，而且含有地下隧道。因此，施工中最大的难题之一便是悬浮隧道和地下隧道之间的连接问题。一方面地下隧道贯穿时的止水问题难以解决，另一方面悬浮隧道和地下隧道接头处也存在止水问题。此外，由于海底洋流运动，悬浮隧道与地下隧道之间存在着相对较大的变形协调问题。这一系列问题，均是导致阿基米德隧道迟迟未能走上实际应用舞台的重要因素之一。因此，发明一种能够相对更好地解决悬浮隧道与地下隧道连接头处的止水问题、变形协调问题的连接施工装置及施工方法，显得尤为迫切。发明内容本发明专利的目的在于，提供一种能够相对更好地解决悬浮隧道与地下隧道连接头止水、变形协调问题的连接施工装置及其施工方法。为解决上述技术问题和不足，本发明专利提出一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置及其施工方法。本发明的技术方案：一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，包括悬浮隧道沉管1、钢制护筒6和护筒底板10；护筒底板10和钢制护筒6通过焊接或铰接刚性连接，确保地下隧道掘进时的防水；通过焊接将护筒底板10活动面安装到悬浮隧道沉管1上，确保第一节悬浮隧道沉管1推进时的防水；第一节悬浮隧道沉管1和钢制护筒6之间采用柔性连接，解决洋流作用下钢制护筒6和悬浮隧道沉管1之间的变形协调问题。所述的钢制护筒6，其截面为圆环，根据设计要求调整，外径为6～8m、壁厚为10～20cm、长度为3～5m。所述的护筒底板10，为钢制圆形底板，直径与钢制护筒外径相同，厚度为5～10cm。所述的悬浮隧道沉管1，型式根据设计要求进行制作，截面为圆环，外径较钢制护筒内径小50～100cm、厚度为5～10cm，长度比钢制护筒6大1～1.5m，悬浮隧道沉管1一端设凸缘，以便于布置悬浮隧道沉管1和钢制护筒6间的柔性连接。所述的止水装置，包括冻结管4和止水带5，冻结管4在钢制护筒6压入土体后在护筒外缘打设一圈并人工制冷，形成冻结壁，提高抗渗性；止水带5为橡胶止水带，在悬浮隧道沉管1与护筒底板10间焊接完毕后布置在护筒内壁。所述的切割，为水下切割，切割路径为比悬浮隧道沉管1直径大10～20mm的同心圆。所述的柔性连接，主要由橡胶8和弹簧9组成，具体形式根据设计要求调整。一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置及其施工方法，其技术特征在于，包括如下步骤：1地下隧道施工：先通过盾构法或矿山法进行地下隧道的施工作业，隧道掘进过程中铺设行进轨道并做好衬砌支护，在掘进至距离海水3～5m时撤离盾构机或其他施工设备；2打设钢制护筒6及布置止水装置：将预制的钢制护筒6通过轨道运至工作面，通过静压机将其压入土中，要求钢制护筒6一端进入海水10～20cm；打设完毕后，沿钢制护筒6外缘布置冻结管4；3底板安装：通过起重船将护筒底板10吊至设计位置，水下施焊将护筒底板10与钢制护筒6刚性连接。4支护、排水与余土挖掘：通过冻结管4对钢制护筒6周边土体进行冻结支护；在地下隧道工作面，打设排水管道，抽去钢制护筒6内的水；然后通过挖掘机将钢制护筒6内的土体挖除；挖土完毕后在钢制护筒6内壁布置止水带5。5悬浮隧道沉管就位与焊接：将第一节悬浮隧道沉管1通过轨道运至钢制护筒6内并紧贴护筒底板10，调整悬浮隧道沉管1位置，使其形心与护筒底板10形心偏差不大于10mm，调整完毕后将悬浮隧道沉管1与护筒底板10通过焊接固定。6切割与就位：沿比悬浮隧道沉管1直径大10～20mm的同心圆切割护筒底板10，通过压力机械将悬浮隧道沉管1逐渐推向海中至设计位置，位置偏差不大于10mm，推进速度根据设计要求确定。7悬浮隧道沉管1与地下隧道柔性连接：施工地下隧道衬砌支护、停止冻结法施工、拔出钢制护筒6和冻结管4，布置悬浮隧道沉管1与钢制护筒6间的柔性连接以及止水装置；完成悬浮隧道沉管1与地下隧道连接施工和连接装置的回收。本发明的有益效果：通过装置各部件的配合，不仅解决了施工过程中的止水问题以及长期止水问题，而且较好的解决了悬浮隧道和地下隧道间的变形协调问题。此外，本发明专利方案，绝大多数工作都位于地下隧道工作面、减少水下作业环节，一定程度上保证了连接装置施工的经济性和施工质量，节约施工成本，提高施工效率与施工质量。附图说明图1为悬浮隧道与地下隧道连接施工装置示意图；图2为柔性连接示意图；图中：1悬浮隧道沉管；2海水；3土体；4冻结管；5止水带；6钢制护筒；7柔性连接；8橡胶；9弹簧；10护筒底板。具体实施方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式进一步阐述本发明。具体实施方式如下：先通过盾构法或矿山法进行地下隧道的施工，掘进过程中铺设轨道并做好支护工作。当掘进至距离海水2约3～5m时撤离盾构机，并通过轨道将工厂预制的钢制护筒6通过轨道运至工作面，通过静压机将其压入土体3中，要求钢制护筒6一端进入海水2中10～20cm。打设完毕后，沿钢制护筒6外缘布置一圈冻结管4并人工制冷从而形成冻结壁，提高土体3抗渗性，从而起止水作用。接着用起重船将护筒底板10吊至设计位置，并由专业人员进行水下施焊，将护筒底板10与钢制护筒6相连，以封闭钢制护筒6底部。然后，在地下隧道工作面打设排水管道，抽去护筒内的海水2，用挖掘机将钢制护筒6内的土挖去。挖土完毕后在钢制护筒6内壁布置止水带5。将预制好的第一节悬浮隧道沉管1通过轨道运至工作面并紧贴护筒底板10，调整悬浮隧道沉管1位置，使其形心与护筒底板10形心偏差不大于10mm，调整完毕后将悬浮隧道沉管1与护筒底板10通过焊接固定。焊接完成后在悬浮隧道沉管1与钢制护筒6间布置柔性连接7。接着沿比悬浮隧道沉管1直径略大10～20mm的同心圆水下切割护筒底板10并通过压力机械将悬浮隧道沉管1逐渐推向海水2中直至设计位置，位置偏差不宜大于10mm，悬浮隧道沉管1就位后悬浮隧道与地下隧道连接处便施工完成了。

权利要求：1.一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，该海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置包括悬浮隧道沉管1、钢制护筒6和护筒底板10；所述的钢制护筒6，其截面为圆环；所述的护筒底板10，为钢制圆形底板，直径与钢制护筒6外径相同；所述的悬浮隧道沉管1，根据设计要求进行制作，截面为圆环，外径较钢制护筒内径小50～100cm、长度比钢制护筒6大1～1.5m，悬浮隧道沉管1一端设凸缘，以便于布置悬浮隧道沉管1和钢制护筒6间的柔性连接；护筒底板10和钢制护筒6通过焊接或铰接刚性连接，确保地下隧道掘进时的防水；通过焊接将护筒底板10活动面安装到悬浮隧道沉管1上，确保第一节悬浮隧道沉管1推进时的防水；第一节悬浮隧道沉管1和钢制护筒6之间采用柔性连接，解决洋流作用下钢制护筒6和悬浮隧道沉管1之间的变形协调问题；还包括止水装置，包括冻结管4和止水带5，冻结管4在钢制护筒6压入土体后在护筒外缘打设一圈并人工制冷，形成冻结壁，提高抗渗性；止水带5为橡胶止水带，在悬浮隧道沉管1与护筒底板10间焊接完毕后布置在钢制护筒6内壁。2.根据权利要求1所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的钢制护筒6的外径为6～8m、壁厚为10～20cm、长度为3～5m。3.根据权利要求1或2所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的护筒底板10的厚度为5～10cm。4.根据权利要求1或2所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的悬浮隧道沉管1的厚度为5～10cm。5.根据权利要求3所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的悬浮隧道沉管1的厚度为5～10cm。6.根据权利要求1、2或5所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的柔性连接7，主要由橡胶8和弹簧9组成，具体形式根据设计要求调整。7.根据权利要求3所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的柔性连接7，主要由橡胶8和弹簧9组成，具体形式根据设计要求调整。8.根据权利要求4所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工装置，其特征在于，所述的柔性连接7，主要由橡胶8和弹簧9组成，具体形式根据设计要求调整。9.一种海底悬浮隧道与地下隧道连接施工方法，其特征在于，包括如下步骤：1地下隧道施工：先通过盾构法或矿山法进行地下隧道的施工作业，隧道掘进过程中铺设行进轨道并做好衬砌支护，在掘进至距离海水3～5m时撤离盾构机或其他施工设备；2打设钢制护筒6及布置止水装置：将预制的钢制护筒6通过轨道运至工作面，通过静压机将其压入土中，要求钢制护筒6一端进入海水10～20cm；打设完毕后，沿钢制护筒6外缘布置冻结管4；3底板安装：通过起重船将护筒底板10吊至设计位置，水下施焊将护筒底板10与钢制护筒6刚性连接；4支护、排水与余土挖掘：通过冻结管4对钢制护筒6周边土体进行冻结支护；在地下隧道工作面，打设排水管道，抽去钢制护筒6内的水；然后通过挖掘机将钢制护筒6内的土体挖除；挖土完毕后在钢制护筒6内壁布置止水带5；5悬浮隧道沉管就位与焊接：将第一节悬浮隧道沉管1通过轨道运至钢制护筒6内并紧贴护筒底板10，调整悬浮隧道沉管1位置，使其形心与护筒底板10形心偏差不大于10mm，调整完毕后将悬浮隧道沉管1与护筒底板10通过焊接固定；6切割与就位：沿比悬浮隧道沉管1直径大10～20mm的同心圆切割护筒底板10，通过压力机械将悬浮隧道沉管1逐渐推向海中至设计位置，位置偏差不大于10mm，推进速度根据设计要求确定；7悬浮隧道沉管1与地下隧道柔性连接：施工地下隧道衬砌支护、停止冻结法施工、拔出钢制护筒6和冻结管4，布置悬浮隧道沉管1与钢制护筒6间的柔性连接以及止水装置；完成悬浮隧道沉管1与地下隧道连接施工和连接装置的回收。10.根据权利要求9所述的海底悬浮隧道与地下隧道连接施工方法，其特征在于，所述的切割，为水下切割，切割路径为比悬浮隧道沉管1直径大10～20mm的同心圆。

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