悬浮法海底隧道.pdf

一种适用于深海水域的海底隧道及施工方法，属于道路交通和海洋工程领域。隧道由若干节横截面为椭圆环的管段连接而成，由于管段的上浮力大于设计最大车辆载荷，所以不论管段内是否通行车辆，都有上浮的趋势，但又始终被搁置在海底锚垫上的下坠力大于管段上浮力的2个下坠锚牵引着，既不能上升也不会下沉，处于悬浮状态。当管段受到水流冲激时，匿干对稳定锚能将管段锚定在水中。本发明用于建造深海隧道时，隧道的深度不受海底过深的影响，既可降低施工难度，又不用增加隧道引道的长度，还避免了大规模的海底土方工程，使工程造价大大降低。

1、  一种海底隧道及施工方法，其特征在于在一边岸上分节预制管段，分组连接好后，把第一组管段前端口用隔板临时密封起来，再一组连接一组后，象新船下水一样沿着预先建好的双轨滑道推、拉入海水中。管段入水前4组挂环都挂上一个稳定锚，入水后基本处于悬浮状态，并用拖船牵引着。当整个隧道到达预定位置后，挂上所有预先搁置在海底锚垫上的下坠锚与下坠拉杆组件，同时御下对应的稳定锚，使之与稳定拉杆的一端连接好，然后将稳定拉杆的另一端挂接到对应管段的挂环上，再把稳定锚慢慢沉放入海底，将隧道的悬浮部分锚定。近岸部分管段为埋藏管段，用稳定锚及沙土填埋固定。

2、  如权利要求1所述的管段，其特征在于管段为长度100米左右的筒状物，横截面为椭圆环，长轴水平，短轴垂直。

3、  如权利要求1或2所述的管段，其特征在于管段的1/4和3/4处外表两侧沿长轴方向分别设有4组挂环，每组由若干个环组成，可通过插销分别与下坠拉杆、稳定锚、稳定拉杆连接。

4、  如权利要求1或2所述的管段，其特征在于管段的端口处内侧和外侧都设有若干对连接环，可通过防漏胶圈、螺杆、螺帽将前后两管段连接起来。内侧连接环还可以连接一块椭圆形的隔板，临时将管段密封起来。

5、  如权利要求1或2所述的管段，其特征在于管段的上浮力等于其4组挂环上连接的4个稳定锚在海水中的重力，这个上浮力既大于设计最大车辆载荷，又小于2个下坠锚在海水中的下坠力。

6、  如权利要求1或3所述的下坠拉杆，其特征在于下坠拉杆的最大拉力大于1/2下坠锚重力。

7、  如权利要求1或3所述的稳定拉杆，其特征在于稳定拉杆的最大拉力大于稳定锚的重力。

8、  如权利要求1或3所述的稳定拉杆，其特征在于稳定拉杆与水平面的夹角少于30度。

9、  如权利要求4所述的防漏胶圈，其特征在于防漏胶圈的断口截面为十字型，厚度和弹性足可以让管段间的接口弯折2至3度角。

悬浮法海底隧道
                        技术领域
本发明涉及一种海底隧道及施工方法，属于道路交通和海洋工程领域。
                        背景技术
目前，海底隧道工程主要有两种方法：一种是在距海底一定深度地岩层或土层中挖孔建成海底隧道(简称挖掘法海底隧道)，这种方法建海底隧道工期长，施工难度高，工程造价大；另一种是将分节预制的筒状结构件放置于海底表层或浅土层中，做止水连接而形成海底隧道(简称沉管法海底隧道)，这种隧道因具有施工质量保证、地质水文条件适应性强、施工工期短、工程造价低等特点逐步被采用，如广州珠江隧道、宁波甬江隧道等。但是，沉管法海底隧道与挖掘法海底隧道同样需要依附海底土层，隧道的深度受海底深度的影响，海底越深隧道也就越深。受坡度的限制，隧道两岸的引道就要加长，工程造价因此加大。此外，沉管法隧道需要在水中做止水连接，当达到一定深度时，水压过高，防渗漏技术难度增大，甚至受潜水深度的限制使工程无法实施。因此，从经济效益和技术难度的角度来看，无论沉管法还是挖掘法都不适用于深海水域建造隧道。
                          发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种能悬浮于水下一定深度(根据通航要求设定)的海底隧道及施工方法。这种隧道的深度不受海底过深的影响，具有施工难度低、工程造价小、适应深海水域的特点。
本发明的技术方案如下：
在一边岸上分节预制管段，分组连接好后，把第一组管段前端口用隔板临时密封起来，再一组连接一组后，象新船下水一样把管段沿着预先建好的双轨滑道推、拉入海水中。管段入水前其每组挂环都挂上一对稳定锚，使其入水后基本处于悬浮状态，并用拖船牵引着。当整个隧道到达预定位置后，挂上所有预先搁置在海底锚垫上的下坠锚与下坠拉杆组件，同时御下对应的稳定锚，使之与稳定拉杆的一端连接好，然后将稳定拉杆的另一端挂接到对应管段的挂环上，再把稳定锚慢慢沉放入海底，将隧道的悬浮部分锚定。近岸部分管段为埋藏管段，用稳定锚及沙土填埋固定。
本发明方法的管段为长度100米左右的筒状物，横截面为椭圆环，长轴水平，短轴垂直；管段的1/4和3/4处外表两侧沿长轴方向分别设有4组挂环，每组由若干个环组成，可通过插销分别与下坠拉杆、稳定锚、稳定拉杆连接；管段端口处内侧和外侧都设有若干对连接环，可通过防漏胶圈、螺杆、螺帽将前后两管段连接起来。内侧连接环还可以连接一块椭圆形的隔板，将管段临时密封起来；管段的上浮力等于其4组挂环上连接的4个稳定锚在海水中的重力，这个上浮力既大于设计最大车辆载荷，又小于2个下坠锚在海水中的下坠力。
上述下坠拉杆的最大拉力大于1/2下坠锚重力。
上述稳定拉杆的最大拉力大于稳定锚的重力，稳定拉杆与水平面的夹角少于30度。
上述防漏胶圈的断口截面为十字型，厚度和弹性足可以让管段间的接口弯折2至3度角。
隧道建成后，不论管段内是否承受车辆载荷，都有上浮的趋势，但始终被搁置在海底锚垫上的2个下坠锚牵引着，受力平衡，既不能上升也不会下沉，处于悬浮状态。当管段受到水流冲激时，若干对稳定锚可将管段锚定在水中。因此，只要不超过设计最大车辆载荷，隧道就能安全通行。
本发明具有以下优点：
1、拓宽了沉管法隧道的适用范围，为沟通洲际之间、国家之间和本土与岛屿之间的跨海工程提供多一种选择；
2、与其它跨海工程相比，工程造价不会因海底过深、地质水文条件恶劣而急剧升；
3、与其它海底隧道相比，无需进行大规模的海底土方工程，减少对海洋环境的破坏；
4、工程技术难度低、风险少；
5、工期短，投资收效快。
                               附图说明
图1是隧道纵向图
图2是待挂接的下坠锚图
图3是管段端口半剖图
图4是管段入水时的横向截面图
图5是隧道建成后的横向截面图
图6是隧道建成后近岸部分管段的横向截面图
                         具体实施方式
先在准备修建隧道的两岸边各铺设一条双轨滑道AB及EF(如图1所示)，然后在A岸上预制管段1、下坠锚2、锚垫3、稳定锚4、下坠拉杆5、稳定拉杆6、连杆7等，下坠拉杆5和稳定拉杆6的长度根据隧道设计深度以及对应管段所处的位置进行推算，所有裸露的金属组件要预先进行高度防锈蚀处理。在C、D两点的预定位置上各打两支临时钢管桩8，钢管桩8的末端必须高出海平面。此后，用船将对应的锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件运送到位，然后提高锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件，让钢管桩8穿过它们的定位孔，使它们沿着钢管桩8慢慢下沉到位，然后用钢缆将下坠拉杆5栓在临时钢管桩8上(如图2所示)，再用定位船牵引着以抵挡水流冲激。如此类推，将CD段所有的锚垫3、下坠锚2与下坠拉杆5组件沉放到位。当下坠锚2与下坠拉杆5组件不再下沉时，准确测量下坠锚2的深度，计算出下坠拉杆5的准确长度。与此同时，在A岸上用防漏胶垫10，螺栓11等分组连接好所有管段1，用隔板9临时密封好第一组管段1的前端口(如图3所示)，选择一个既没有台风，也没有结冰的时段，将管段1一组连接一组后，象新船下水一样把管段沿着双轨滑道AB推、拉入海水中。管段1入水前要用防水剂喷涂，还要用防水胶布包裹好，其每组挂环都要用插销12挂上稳定锚4，再用连杆7将相对的稳定锚连成一对(如图4所示)，使管段1入水后基本处于悬浮状态，并用拖船牵引着沿着临时钢管桩8围成的航道前进。当隧道(管段1的连接体)前端到达E点后，将隧道前部沿着双轨滑道EF推、拉上F岸，使整个隧道到达预定位置。此时，把海底的下坠锚2与下坠拉杆5组件提高，根据前面计算所得的数据，修正下坠拉杆5的长度后，让潜水员在水下用插销12将所有下坠锚2与下坠拉杆5组件挂接到对应管段1的挂环上，同时御下对应的稳定锚4，使之与稳定拉杆6的一端连接好，然后将稳定拉杆的另一端挂接到对应管段1的挂环上。此时，可进入隧道内部调整螺栓11加固管段间的连接，并进行内部装修。如管段1的深度有误差，可往下坠锚2与锚垫3之间的空隙喷灌水泥沙浆来调整管段1的深度。调整好后，把稳定锚慢慢沉放到海底的预定位置上(如图5所示)。如两对个稳定锚不足以锚定隧道，可再增加稳定锚的对数，直至将隧道锚定。当CD段隧道被锚定后，撤去临时钢管桩8，然后松开AC和DF段管段1的稳定锚4，让稳定锚4的一头连接管段1，另一头搁置到海底上(如图6所示)，把管段1固定，再往AC、DF段管段1填埋沙土，直至将埋藏部分的管段1覆盖。