大型沉管隧道管段沉放施工技术

第 41 2004
卷第 5 期 年 10 月
现代隧道技术
Modern Tunnelling Technology
Vol. 41 Oct .
No 2004
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5
文章编号 :1009 - 6582 (2004) 05 - 0001 - 05
大型沉管隧道管段沉放施工技术
下沉管段至离最终标高 1 m 处 ,调整管段横坡 。 (3) 靠拢和着地下沉 绞移管段至离既设管段 (或暗埋段) 1. 2 m 处 ,
潜水员检查两端封墙之间实际距离 ;下沉管段至离 最终标高 0. 6 m 处 ,潜水员检查实际距离 ;绞移管段 至离既设管段 (或暗埋段) 0. 6 m 处 ,潜水员检查端 钢壳间位置关系 ;下沉管段 ,使管段首部支承在鼻托 上 ,尾部支承在临时钢管桩桩帽上 ,潜水员分别检查 端钢壳间的相对位置 、垂直千斤顶与钢管桩桩帽相 对位置 。
尺寸规格
170 t 100 kN ,5 轮 100 kN ,5 轮 30 m ,50 t 100 kN 直径 1. 3 m ,高 24 m
数量 4个 4个 4个 2座 6台 1座
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1. 2 双浮箱四点吊沉竖向定位与调整系统
系统如图 2 所示 ,通过 2 个钢浮箱上共 4 台 150 kN 液压绞车在竖向吊住管段 ,收紧或放松绞车钢丝 绳可对管段在竖向进行控制和调整 。管段沉放时的 抗浮安全系数为 1. 01 ,钢浮箱的荷载为 400 t ,考虑 到 4 个吊点的受力不均匀 ,每个吊点按 150 t 考虑 。 4 台 150 kN 液压绞车可以一台单动或多台联动 ,控 制室内设有绞车中央控制面板 ,既可在塔顶控制室 内对绞车进行半自动控制 ,也可在钢浮箱上对绞车 进行手动控制 。主要设备如表 2 所示 。
上海外环隧道位于黄浦江口门段 ,距吴淞口约 2 km 是上海市首次采用沉管法修建的双向八车道 的大型水底公路隧道 ,已于 2003 年 6 月 21 日建成 通车 。江中段长 736 m ,由 7 个管段组成 ,管段宽度 43 m、高度 9. 55 m、长度 100～108 m 不等 ,最大水下 埋深超过 30 m。
进行 ,因此取断面垂线平均流速 v = 1. 2 m/ s 作为水 流力的计算流速 ,则有 F = 0. 5 ×2. 0 ×1. 0 ×1. 22 × 108 ×9. 55≈1 485 (kN) 。管段平面定位系统按最大 横向水流力 2 000 kN 考虑 。
采用中间为空腔的吸附式重力锚块 ,钢筋混凝土 结构 ,外形尺寸 6 m ×6 m ×4 m ,空气中重量 170 t ,设 有纵横调锚缆拉力点 ,可承受水平拉力 1 000 kN。锚 块布设于管段首尾横向延伸线上 ,离隧道轴线距离 为 50～100 m 不等 。根据锚块试拉结果 ,锚块埋深 超过 2. 5 m ,即可提供 1 000 kN 的系泊力 。横调锚 缆用 <71 mm ×100 m ,破断负荷 3 000 kN 。纵调锚缆 用 <42 mm ×115 m ,破断负荷为 1 000 kN 。
表 1 管段平面定位与调整系统主要设备 Table 1 Main equipment for the plane location
and adjustment of tube sections
编号 1 2 3 4 5 6
名称 重力锚块 横调锚缆定滑车 横调锚缆动滑车 测量定位控制塔 液压绞车 人孔
关键词 沉管隧道 管段沉放与对接 施工技术 中图分类号 :U455. 46 文献标识码 :A
管段沉放是沉管法水底隧道施工中比较重要的 一个环节 ,它受到气象 、河流自然条件的直接影响 , 还受到航道条件一定的制约 ,所以在沉管隧道施工 中 ,并没有一套统一通用的管段沉放方法 。施工时 需根据自然条件 、航道条件 、沉管本身的规模以及设 备条件等 ,因地制宜地选用合适的沉放方法 。
图 3 压舱水加减系统 Fig. 3 The system for feeding in and pumping out ballasting water
1. 4 拉合千斤顶 、竖向千斤顶系统
拉合千斤顶是使 GINA 橡胶止水带鼻尖压缩 , 接头达到初步止水的施工设备 ,共设 2 个拉合千斤 顶 ,最大拉合力为 2 ×1 000 kN ,配套的油泵等控制 设备位于 A 塔的绞车平台上 。
潘永仁 丁 美
(香港建设 (控股) 有限公司 ,上海 200120) (上海市城市建设设计研究院 ,上海 200011)
摘 要 以上海外环沉管隧道管段沉放对接为例 ,介绍“双三角形”布置锚缆管段平面定位和双浮箱四点竖向 吊沉系统及设备 ,简述管段沉放对接工艺流程及测量定位技术 ,最后分析管段沉放对接施工过程中遇到的问题 。
1. 1 “双三角形”布置锚缆的管段平面定位与调整 系统
考虑到管段沉放对接过程主要承受横向水流 力 ,采用四个重力锚块的“双三角形”布置锚缆的管
段平面定位系统 ,如图 1 所示 。通过收紧缆绳 1 、放 松缆绳 2 就可对管首向北横移 ,反之就可向南横移 。 同理 ,通过缆绳 4 和 5 可对管尾在横向进行调整 。 通过收紧缆绳 3 、放松缆绳 6 可对管段向东纵移 ,反 之可对管段向西纵移 。缆绳的收紧和放松是通过分 设在 2 座测量定位控制塔顶上的 6 台绞车来实现 的 。该系统的特点为施工占用水域比较紧凑 ,对管 段平面位置控制较容易 ,对航道影响较小 。
200 kW
数量
2只
4个 4个 4卷 4台 2台
1. 3 压舱水加减系统
管段内布有 2 ×9 个压舱水箱 ,管段制作完毕 , 坞内放水管段检漏时压舱水箱内存有一定量的压舱 水 。管段起浮和拖运过程 ,又要排干压舱水 。管段 沉放过程 ,压舱水箱内需要一定量的压舱水 ,以保证 管段沉放过程有 1. 01 的抗浮安全系数 。管段沉放 结束 、管段基础施工及管内压舱混凝土和压舱水置 换过程 ,压舱水箱内需要更多的压舱水 ,以保证管段 有 1. 04 的抗浮安全系数 。能满足以上作业工况的 压舱水加减系统可有多种布置 ,图 3 为上海外环隧
图 1 管段平面定位与调整系统 Fig. 1 Plane location and adjustment system
of tube sections
(1) 重力锚块 按照《港口工程载荷规范》,管段所受的横向水 流力为 :
F = 1/ 2 Cwρv2 A (kN)
修改稿返回日期 :2004 - 07 - 19 基金项目 :上海市建设技术发展基金项目 (编号 20000112) . 作者简介 :潘永仁 ,男 ,工学博士 ,高级工程师 ,项目部副经理.
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图 5 4 号管段开始沉放 Fig. 5 Photo of tube section No. 4 at the beginning of sinking
2. 2 管段沉放对接步骤 管段沉放施工步骤 : (1) 压载水箱注水至管段负浮力为 400 t ,通过
压舱水箱的加水量的调整 ,使管段处于水平状态 。 (2) 管段初步下沉 下沉管段 3 m ,调整管段纵坡至设计坡度 ,分步
图 2 管段竖向定位与调整系统 Fig. 2 Vertical location and adjustment system
of tube sections
表 2 管段竖向定位与调整系统主要设备 Table 2 Main equipment for the vertical location
and adjustment of tube sections
编号 名称
1 钢浮箱
2 定滑车 3 动滑车 4 钢丝绳 5 液压绞车 6 柜式发电机
尺寸规格 L36 ×B10. 8 ×D2. 6 m ,自 重 250 t ,空载吃水 0. 65 m 1 500 kN ,8 轮 1 500 kN ,8 轮 <32 mm ×500 m 150 kN
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式中 Cw ———水阻力系数 ,根据经验对管段可取
2. 0 ; ρ———水的密度 (t/ m3) ; v ———水流速度 (m/ s) ; A ———迎流面积 (m2) 。 根据流速实测资料 ,浦西大汛涨急垂线平均流 速 v = 1. 17 m/ s ,浦东大汛涨急垂线平均流速 v = 1. 19 m/ s ,由于管段的高度已经超过河道水深的一半 , 加上管段沉放日期一般都选在小汛流速较小的日子
图 4 为 4 号管段沉放当天的潮位与流速预测 , 可以看出整天流速小于 0. 7 m/ s ,上午 10 点开始加 压舱水 ,下午 4 点 10 分水力压接结束 。管段初步对 接 、拉合止水时流速小于 0. 2 m/ s。图 5 为 4 号管段 开始沉放时的照片 。
图 4 2002 年 12 月 13 日潮位与流速预测 (流速为河流断面平均值 ,负为涨潮 ,正为落潮) Fig. 4 Tidal level and flow speed predicted on Dec. 13th , 2002 (flow speed is the average value in the cross - section of the river , negative value of which means rising tide , positive value of which means falling tide)
由于隧道地处黄浦江水运咽喉 ,航道极其繁忙 , 要求施工水域越小越好 ,加之所沉放管段具有 43 m 的超大宽度 ,经综合比选 ,采用“双三角形”布置锚缆 的管段平面定位和双浮箱四点吊沉的方法进行管段 沉放施工 。
1 管段沉放三维控制系统及设备
管段沉放对接过程中的定位是一个相当复杂的 力学系统 ,由多根缆绳受力保持管段在浪流作用下 处于正确位置 ,存在着复杂的相互影响问题 。
大型沉管隧道管段沉放施工技术