一种用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统及布置方法与流程

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，特别涉及一种用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，以及一种用于浇筑全断面预制混凝土的坞底布置方法。

背景技术：

目前沉管预制混凝土浇筑通常采用分层分段预制混凝土浇筑，但是这种浇筑方法制作的混凝土沉管容易在分层出产生裂缝，而且在长期使用过程中裂缝会进一步扩张、延伸，因此行业内新出现了全断面预制混凝土浇筑这种新的浇筑工艺技术。

沉管全断面预制混凝土浇筑，目前仅在少数沉管隧道项目中应用，但是由于采用全断面预制混凝土浇时存在非常大的应力场，一次性浇筑的混凝土能够对模板产生足以变形的作用力，因此在采用沉管全断面预制混凝土浇筑方案时，需要对模板结构进行支撑，但普通机械机构的支撑件无法对模板结构形成有效支撑，模板结构往往会发生位移影响沉管浇筑精度。现有技术中，采用浇筑制作混凝土墙用作支撑反力墙对模板结构形成支撑的方式。但是，采用设置混凝土墙作为外侧模板支撑结构存在以下缺点：

1、浇筑制作混凝土墙的施工周期较长，从而影响整体施工进度；

2、浇筑混凝土墙用作支撑反力墙，由于混凝土墙结构体积大，材料消耗多，因此材料和人工成本较高；

3、混凝土墙浇筑完成后无法进行移动，而沉管模板安装存在偏差，导致混凝土墙无法对外侧模板形成有效支撑，因此需要辅助设备或调整模板位置才能实现有效支撑；

4、采用浇筑混凝土墙用作支撑反力墙，占地面积较大，而且混凝土墙对外侧模板进行支撑后，混凝土墙与外侧模板之间没有空隙，导致无法布置行走通道和施工空间。

综上，一方面通过混凝土墙作为反力支撑存在上述问题，而单独依靠支撑结构又难以对外侧模板形成有效支撑，无法实施具有优异效果的全断面预制混凝土施工工艺，因此，如何在不采用混凝土墙作为支撑反力墙的前提下，实现支撑结构对模板支撑是全断面预制混凝土浇筑过程中面临的一大难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术中所存在的普通支撑结构无法对模板形成有效支撑，导致在浇筑沉管混凝土过程中无法采用全断面预制混凝土浇筑工艺的问题，提供一种用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，通过改造干坞系统的结构，使得支撑结构和干坞系统有效结合后，能对外侧模板形成有效支撑。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，包括用于预制沉管的沉管预制场底板结构，所述沉管预制场底板结构上设置有反力槽和第一基础，所述反力槽用于设置连接外侧模板下部的反力件，所述第一基础用于设置连接外侧模板中部的连接件。

通过设置用于预制沉管的沉管预制场底板结构，所述沉管预制场底板结构上设置有反力槽和第一基础，所述反力槽用于设置连接外侧模板下部的反力件，通过预留反力槽，在使用时通过设置连接外侧模板下部的反力件，使反力槽能够对浇筑时外侧模板下部受到的侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌,从而实现有效支撑；

所述第一基础用于设置连接外侧模板中部的连接件，通过设置第一基础，在使用时通过连接设置在外侧模板中部的连接件，使第一基础能够对浇筑时外侧模板中部受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌，在设置完用于连接外侧模板中部的连接件、连接外侧模板下部的反力件之后，在外侧模板上部设置对拉架将内部模板两侧的外侧模板进行对拉支撑即完成外侧模板的支撑，因此，通过在干坞系统中设置第一基础和反力槽进行改造，使得支撑结构和干坞系统有效结合后，能对外侧模板形成有效支撑，其中，连接件和反力件与现有的全断面浇筑使用的混凝土有较大差别；

首先，通过混凝土墙浇筑形成的支撑需要等待混凝土强度达到设计强度才可进行使用，而采用连接件和反力件支撑这种构件支撑，并依靠本申请的干坞系统，可以即时投入使用，减少了制作混凝土墙的施工周期，缩短整个工期；其次，浇筑混凝土墙用作支撑，由于混凝土墙结构体积大，材料损耗多，而且还需要设置一套混凝土墙模板，而通过在干坞底板结构上设置反力槽和第一基础，分别用于连接反力件和连接件形成有效支撑，无需浇筑混凝土材料，也无需设置混凝土墙模板，因此材料和人工成本少；再者，采用混凝土墙支撑无法进行移动，即浇筑完成的混凝土墙与外侧模板之间存在间隙时，需要在间隙中加装辅助结构来进行过渡，否则无法形成有效支撑，而依靠在干坞底板结构上设置反力槽和第一基础，采用反力件和连接件的结构可以通过设置适配于外侧模板与反力槽之间距离的反力件，设置适配外侧模板与第一基础之间距离的连接件，即可解决进行有效支撑，甚至在后续可以采用可伸缩的结构件解决间隙问题；最后，依靠在干坞底板结构上设置反力槽和第一基础，依靠反力件和连接件的结构形式形成有效支撑，比混凝土墙占地面积少，解决了依靠混凝土墙所存在的无法设置行走通道的问题，而设置反力件和连接件的结构形式使得第一基础和外侧模板之间的大部分空间可以用于通行。

外侧模板浇筑混凝土时受到的侧向作用力除了下部侧向作用力和中部侧向作用力，还包括浮力以及上部侧向作用力，其中上部侧向作用力采用对拉桁架连接两个外侧模板支撑来承载；外侧模板根据支撑侧向作用力的部位可分为外侧模板上部、外侧模板中部和外侧模板下部。

优选的，所述反力槽中还设置有用于加强侧向支撑力的第一钢筋混凝土，所述反力件通过所述第一钢筋混凝土设置在所述反力槽中。

优选的，所述第一基础还用于设置门式起重机或桥式起重机。

优选的，所述第一基础上设置有钢轨，所述钢轨用于连接门式起重机。

优选的，所述沉管预制场底板结构还包括抗浮槽，所述抗浮槽用于设置抗浮机构。

优选的，所述抗浮机构包括抗浮锚杆和连接在所述抗浮锚杆上的抗浮螺栓。通过在所述沉管预制场底板结构中设置抗浮槽，在抗浮槽中设置抗浮机构，为外侧模板和外侧模板支撑提供抗浮作用力，防止外侧模板或外侧模板支撑因浇筑混凝土带来的浮力而发生位移。

优选的，所述沉管预制场底板结构从下到上包括第一倒滤层、混凝土层和素混凝土层。

优选的，所述沉管预制场底板结构还设置有盲沟管和集水井，所述盲沟管的管身设置在第一倒滤层，多个所述集水井之间通过排水沟相连，所述盲沟管的输出口与所述集水井或排水沟相通。

一种用于浇筑全断面预制混凝土的坞底布置方法，应用所述的用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，步骤如下：

s100、分层铺设好沉管预制场底板结构，在沉管预制场底板结构中的第一倒滤层中设置用于渗水的盲沟管；

s200、设置反力槽以及在反力槽中设置第一钢筋混凝土，设置第一基础，预埋抗浮锚杆；

s300、从下到上设置第二倒滤层和第二钢筋混凝土成干坞坞底道路。

通过所述s100进行沉管预制场底施工，从下到上设置第一倒滤层、混凝土层和素混凝土层成沉管预制场底板结构，其中第一倒滤层中设置有用于渗水的盲沟管；通过所述s200进行预埋件及预留孔洞施工，设置反力槽以及在反力槽中设置第一钢筋混凝土，加强反力槽的强度，在使用时通过反力槽设置与外侧模板下部连接的的反力件，使反力槽能够对浇筑时外侧模板下部受到的侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部因混凝土侧向力发生变形，设置第一基础，在使用时通过连接设置在外侧模板中部的连接件，使第一基础能够对浇筑时外侧模板中部受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部因混凝土侧向力发生变形，预埋抗浮锚杆，通过抗浮锚杆连接抗浮螺栓使外侧模板和外侧模板支撑不会因混凝土浇筑产生的浮力而产生位移；通过所述s300进行干坞坞底道路施工，从下到上设置第二倒滤层和第二钢筋混凝土，使干坞坞底具备通行和其他如模板支撑安装，模板安装的作业条件，通过设置三步具体的施工操作方法，填补了用于浇筑全断面预制混凝土的坞底布置方法没有规范作业流程的空白，为用于浇筑全断面预制混凝土的布置方法提供技术指导，规范化用于浇筑全断面预制混凝土的布置方法作业流程。

其中外侧模板支撑用于安装外侧模板。

优选的，所述s100之前还包括：

s000、干坞边坡护墩施工、以及排水沟和集水井施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过设置用于预制沉管的沉管预制场底板结构，所述沉管预制场底板结构上设置有反力槽和第一基础，所述反力槽用于设置连接外侧模板下部的反力件，通过预留反力槽，在使用时通过设置连接外侧模板下部的反力件，使反力槽能够对浇筑时外侧模板下部受到的侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌；所述第一基础用于设置连接外侧模板中部的连接件，通过设置第一基础，在使用时通过连接设置在外侧模板中部的连接件，使第一基础能够对浇筑时外侧模板中部受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌，这种结构解决了现有坞底结构无法满足设置有模板支撑的问题，通过设置第一基础和反力槽为外侧模板中部提供侧向支撑力，为外侧模板下部提供侧向支撑力。

2、通过在所述沉管预制场底板结构中设置抗浮槽，在抗浮槽中设置抗浮机构，为外侧模板和外侧模板支撑提供抗浮作用力，防止外侧模板或外侧模板支撑因浇筑混凝土带来的浮力而发生位移。

3、通过所述s100进行沉管预制场底施工，从下到上设置第一倒滤层、混凝土层和素混凝土层成沉管预制场底板结构，其中第一倒滤层中设置有用于渗水的盲沟管；通过所述s200进行预埋件及预留孔洞施工，设置反力槽以及在反力槽中设置第一钢筋混凝土，加强反力槽的强度，在使用时通过反力槽设置与外侧模板下部连接的的反力件，使反力槽能够对浇筑时外侧模板下部受到的侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部因混凝土侧向力发生变形，设置第一基础，在使用时通过连接设置在外侧模板中部的连接件，使第一基础能够对浇筑时外侧模板中部受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部因混凝土侧向力发生变形，预埋抗浮锚杆，通过抗浮锚杆连接抗浮螺栓使外侧模板和外侧模板支撑不会因混凝土浇筑产生的浮力而产生位移；通过所述s300进行干坞坞底道路施工，从下到上设置第二倒滤层和第二钢筋混凝土，使干坞坞底具备通行和其他如模板支撑安装，模板安装的作业条件，通过设置三步具体的施工操作方法，填补了用于浇筑全断面预制混凝土的坞底布置方法没有规范作业流程的空白，为用于浇筑全断面预制混凝土的布置方法提供技术指导，规范化用于浇筑全断面预制混凝土的布置方法作业流程。

附图说明：

图1为用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统结构图；

图2为沉管预制场底板结构和干坞坞底道路的结构示意图；

图3是图2中的a区域的局部放大图；

图4是沉管预制场底板结构的断面图；

图5是反力槽与外侧模板下部的连接关系示意图；

图6是第一基础与连接件的连接关系示意图；

图7是连接件和外侧模板中部的连接关系示意图；

图8是钢轨和第一基础的结构示意图；

图9是抗浮机构的结构示意图；

图10是抗浮机构和抗浮槽的连接关系示意图；

图11是干坞坞底道路的断面图；

图12是截水沟的结构示意图；

图13是护墩和排水沟的连接关系示意图。

图中标记：1-沉管预制场底板结构，101-倒滤层，102-混凝土层，103-素混凝土层，104-填砂带；

201-外侧模板下部，202-反力件，203-外侧模板中部，204-连接件；

301-反力槽，302-第一钢筋混凝土；

401-第一基础，402-钢轨，403-斜撑支点；

501-抗浮槽，502-抗浮机构，5021-抗浮锚杆，5022-抗浮螺栓，5023-对中支架，503-注浆管；

6-干坞坞底道路，601-第二倒滤层，602-第二钢筋混凝土；

701-盲沟管，702-集水井，703-排水沟，704-截水沟；

8-护墩；

9-管段底板结构。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，图1为用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统结构图，一种用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，包括用于预制沉管的沉管预制场底板结构1，一个干坞系统包括有一个所述沉管预制场底板结构1，一个所述沉管预制场底板结构1包括两个管段底板结构9，管段底板结构9可以用来承载沉管管节；

所述管段底板结构9的顶层铺设有钢板，钢板的表面涂有润滑油，该润滑油为牛油。

管段底板结构9从上到下包括钢板、碎石、型钢、混凝土和第三倒滤层。

第三倒滤层的作用是通过倒滤层材料的不同粒径组合，滤干渗水保存颗粒。

该干坞系统设置有排水系统，具体设置为在该沉管预制场底板结构1的四周设置有截水沟704，在沉管预制场底板结构1中设置有盲沟管701和集水井702，具体盲沟管701和集水井702的连接关系见图2和图3。

该干坞系统还包括干坞坞底道路6，干坞坞底道路6的结构见图11。

如图2和图3所示，图2是沉管预制场底板结构1和干坞坞底道路6的结构示意图，图3是图2中的a区域的局部放大图，该坞底系统中设置有沉管预制场底板结构1和干坞坞底道路6，沉管预制场底板结构1包括管段底板结构9，所述沉管预制场底板结构1上设置有反力槽301和第一基础401，一个管段底板结构9的两端均设置有反力槽301、抗浮螺栓5022、钢轨402和斜撑支点403，且所述反力槽301和抗浮螺栓5022均为多个，反力槽301和抗浮螺栓5022均沿管段底板结构9长度方向设置。

斜撑支点403和第一基础401的具体位置关系见图6。

反力槽301：

反力槽301用于设置连接外侧模板下部201的反力件202，通过设置连接外侧模板下部201的反力件202，使反力槽301能够对浇筑时外侧模板下部201受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部201因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌。

第一基础401：

第一基础401用于设置连接外侧模板中部203的连接件204，通过设置第一基础401，在使用时通过连接设置在外侧模板中部203的连接件204，使第一基础401能够对浇筑时外侧模板中部203受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部203因混凝土侧向力发生变形，防止外侧模板支撑因混凝土侧向力发生倒塌。

另外，外侧模板浇筑混凝土时受到的侧向作用力除了下部侧向作用力和中部侧向作用力，还包括浮力以及上部侧向作用力，其中上部侧向作用力采用对拉桁架连接两个外侧模板支撑来承载，外侧模板支撑用于支撑外侧模板。

按受力点可以将外侧模板分为外侧模板下部201、外侧模板中部203和外侧模板上部。

排水机构：

沉管预制场底板结构1还设置有盲沟管701和集水井702，所述盲沟管701的管身设置在第一倒滤层101，多个所述集水井702之间通过排水沟703相连，所述盲沟管701的输出口与所述集水井702或排水沟703相通。

如图4所示，图4是沉管预制场底板结构1的断面图，沉管预制场底板结构1除管段底板结构9部分从下到上包括第一倒滤层101、混凝土层102和素混凝土层103，其中第一倒滤层101中设置有盲沟管701，该盲沟管701采用塑料管外包粗布，粗布用于透水过滤，盲沟管701用于排水。管段底板结构9中的第三倒滤层中也可设置盲沟管701。

管段底板结构9从上到下包括钢板、碎石、型钢、混凝土和第三倒滤层。

素混凝土层103中还设置有填砂带104。

第一倒滤层101和第二倒滤层601通过倒滤层材料的不同粒径组合，滤干渗水保存颗粒。

如图5，图5是反力槽301与外侧模板下部201的连接关系示意图，反力槽301中还设置有用于加强侧向支撑力的第一钢筋混凝土302，所述反力件202通过所述第一钢筋混凝土302设置在所述反力槽301中，反力件202通过槽钢连接工字钢的结构连接外侧模板下部201，其中，反力件202为工字钢；

如图6和图7所示，图6是第一基础401与连接件204的连接关系示意图，图7是连接件204和外侧模板中部203的连接关系示意图，图6和图7展示了第一基础401、连接件204和外侧模板中部203的连接关系示意图，其中，沉管预制场底板结构1上设置有第一基础401，第一基础401用于设置连接外侧模板中部203的连接件204，连接件204可以通过如图7连接件204与外侧模板中部203的支架设置在地面上，连接件204通过第一基础401边上的斜撑支点403设置在地面上，第一基础401还用于设置门式起重机或桥式起重机，本实施例中第一基础401用于支撑连接件204以及用于设置门式起重机，即龙门吊，所述第一基础401上设置有钢轨402，通过所述钢轨402连接门式起重机，第一基础401和钢轨402的连接图具体见图8。

如图8所示，图8是钢轨402和第一基础401的结构示意图，第一基础401包括钢筋混凝土，第一基础401上设置有钢轨402，钢轨402固定设置在所述钢筋混凝土上，钢筋混凝土包括混凝土浇筑在钢筋笼形成的结构。

地面包括坞底结构，坞底结构包括沉管预制场底板结构1和干坞坞底道路6。

如图9和图10所示，图9是抗浮机构502的结构示意图，图10是抗浮机构502和抗浮槽501的连接关系示意图，沉管预制场底板结构1还包括抗浮槽501，所述抗浮槽501用于设置抗浮机构502，抗浮槽501的设置位置为图2中抗浮螺栓5022设置的位置，所述抗浮机构502包括抗浮锚杆5021和连接在所述抗浮锚杆5021上的抗浮螺栓5022；

通过在所述沉管预制场底板结构1中设置抗浮槽501，在抗浮槽501中设置抗浮机构502，为外侧模板和外侧模板支撑提供抗浮作用力，防止外侧模板或外侧模板支撑因浇筑混凝土带来的浮力而发生位移；

抗浮锚杆5021的两侧还焊接有对中支架5023，在将对中支架5023和抗浮锚杆5021设置在抗浮槽501中之后通过抗浮锚杆5021旁的注浆管503进行注浆，将抗浮锚杆5021和抗浮槽501之间的空间注满混凝土。

如图11所示，图11是干坞坞底道路6的断面图，干坞坞底道路6从下到上设置有第二倒滤层601和第二钢筋混凝土602，第二倒滤层601中设置有用于渗水的盲沟管701，干坞坞底道路6用于车辆通行，干坞坞底道路6为围绕沉管预制场底板结构1的一段用于车辆通行的道路。

如图12所示，图12是截水沟704的结构示意图，沉管预制场底板结构1和干坞坞底道路6的四周设置有截水沟704。

如图13所示，图13是护墩8和排水沟703的连接关系示意图，在铺设沉管预制场底板之前需要先进行护墩8的设置，以及进行集水井702和排水沟703的设置，护墩8设置在排水沟703旁。

实施例2

一种用于浇筑全断面预制混凝土的坞底布置方法，应用如实施例1所述的用于浇筑全断面预制混凝土的干坞系统，步骤如下：

s000、干坞边坡护墩8施工、以及排水沟703和集水井702施工；

s100、分层铺设好包括了管段底板结构9的沉管预制场底板结构1和干坞坞底道路6，在沉管预制场底板结构1中的第一倒滤层101中设置用于渗水的盲沟管701；

s200、设置反力槽301以及在反力槽301中设置第一钢筋混凝土302，设置第一基础401，预埋抗浮锚杆5021；

s300、从下到上设置第二倒滤层601和第二钢筋混凝土602成干坞坞底道路6。

s000干坞边坡护墩8施工、以及排水沟703和集水井702施工：

在沉管预制场底施工前先进行干坞边坡护墩8的施工、对将要设置的沉管预制场底板结构1进行保护，再进行集水井702和排水沟703的施工，在沉管预制场底板结构1的四周设置多个集水井702，相邻的集水井702之间通过排水沟703相连接，对沉管预制场底板结构1四周进行排水，后续通过沉管预制场底施工将盲沟管701设置在沉管预制场底板结构1中的倒滤层中，盲沟管701的端口连接在集水井702或排水沟703，使倒滤层中的地下水顺着盲沟管701进行集水井702或排水沟703，对沉管预制场底板结构1进行渗水保护。

s100沉管预制场底施工：

其中，管段底板结构9从上到下包括钢板、碎石、型钢、混凝土和第三倒滤层；管预制场底板结构1中除管段底板结构9的部分从下到上设置倒滤层、混凝土层102和素混凝土层103，其中第一倒滤层101中设置有用于渗水的盲沟管701；

s200预埋件及预留孔洞施工：

设置反力槽301以及在反力槽301中设置第一钢筋混凝土302，加强反力槽301的强度，在使用时通过反力槽301设置与外侧模板下部201连接的的反力件202，使反力槽301能够对浇筑时外侧模板下部201受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板下部201因混凝土侧向力发生变形，设置第一基础401，在使用时通过连接设置在外侧模板中部203的连接件204，使第一基础401能够对浇筑时外侧模板中部203受到侧向作用力进行支撑，防止外侧模板中部203因混凝土侧向力发生变形，预埋抗浮锚杆5021，通过抗浮锚杆5021连接抗浮螺栓5022使外侧模板和外侧模板支撑不会因混凝土浇筑产生的浮力而产生位移；其中外侧模板支撑用于安装外侧模板。

s300干坞坞底道路6施工：

从下到上设置第二倒滤层601和第二钢筋混凝土602成干坞坞底道路6，其中第二倒滤层601中设置有盲沟管701。