一种悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构的制作方法

本发明涉及一种悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构。

背景技术：

在海峡通道建设领域，跨海大桥、海底隧道已得到广泛应用，施工技术成熟。跨海大桥需要高出海平面的桥墩支撑，适合近岸浅海；海底隧道能适应较深海域，但工程造价高，施工风险和运营风险大。另外，沉管隧道结构庞大，要求河床或海床平缓，不能有大起伏，只适合短距离浅水域，不适合距离较长及水深较大的海域；悬浮隧道是被理论界看好的跨海交通新模式，目前没有现实应用，预计建设成本低于跨海大桥、海底隧道，对海域的适应性很强，但建设成本仍然较高、施工难度较高。

由于悬浮隧道及其锚碇结构布置于水下，在水深相对于悬浮隧道而言较浅的水域，悬浮隧道可能对水下潜航器的通行构成一定的影响，设置大跨度桥梁通航孔就能够很好地解决这个问题。另外对于超长的具有较大政治影响力的海上通道如台湾海峡跨海通道，也宜具有一定数量的海面上的标志性通道建筑，大跨度悬索桥是一种很好的选择。同时超长悬浮隧道与少量桥梁配套组合后，能够得到大幅提高超远距离密闭空间的交通舒适度。

对于桥梁而言，相对于悬浮隧道较浅的水域水深还是很大，且地处外海，气象、水文条件相对恶劣，建桥难度很大。桥梁基础在海床以上自由长度太大，同时受到风、浪、流水平动荷载作用，因此，桥墩基础必须非常庞大。从施工角度看，一般在水深大于30m左右的外海，要确保桥墩基础施工所需的临时围堰或临时支架平台稳定，代价很大，且很难保证施工船舶在恶劣的风浪条件下稳定，安全风险很大。因此，针对深水桥梁稳定性要求与施工难度，特提出一种人工岛基础的悬索桥型式，即将悬索桥的主塔、过渡墩与锚碇基础均设在人工岛内，既解决了深水桥墩稳定性的问题，又将海上施工转化为陆上施工，大大减小了外海建桥的难度与安全风险，同时，人工岛为外海桥梁施工提供了钢筋、混凝土等施工材料的供应场地，与人工岛配套的港池为远海施工船舶防台提供了一个相对可靠的避风锚地。

由于深水大跨度悬索桥的桥面与悬浮隧道的路面之间高差很大，桥面与隧道路面平顺过渡需要很长的距离，在深水条件下，从桥梁的稳定性考虑，过渡桥梁不宜直接在深水建造，而太长的人工岛基础阻水长度又太大，对水域海势的影响很大，因此，特提出一种深水悬索桥与悬浮隧道之间的桥隧过渡转换结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于填补现有技术的空白而提供一种悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，它以较短的长度解决了桥面与隧道路面之间平缓过渡的问题，使得桥隧转换人工岛沿隧道轴线方向的长度得以缩短而减小阻水对水域海势影响。

本发明的目的是这样实现的：一种悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，设置在桥隧转换人工岛上，该桥隧转换人工岛的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分；其中，

所述岛内部分设置所述桥隧过渡转换结构，还设置边跨过渡墩、悬索桥锚锭结构和悬浮隧道接岸结构；

所述桥隧过渡转换结构包括依次连接在悬索桥与悬浮隧道接岸结构之间的引桥、岛上匝道桥、岛上地面道路和岛上斜坡隧道；

所述引桥为直线型布置且自所述边跨过渡墩至悬索桥锚碇结构外一跨，三～四跨一联并设纵坡；

所述岛上匝道桥为互通式立交匝道桥并采用左线匝道桥和右线匝道桥的分离式线路，且左线匝道桥和右线匝道桥均以螺旋下行方式由引桥过渡到岛上地面道路或以螺旋上行方式由岛上地面道路过渡到引桥；

所述岛上地面道路设纵坡，坡顶与岛上匝道桥相接，坡底与岛上斜坡隧道相连；

所述岛上斜坡隧道为直线型布置并自岛上地面道路至悬浮隧道接岸结构依次设置敞开段、光栅段、暗埋段；

所述边跨过渡墩的基础采用承台加群桩基础；

所述悬索桥锚锭结构采用嵌入岩层的筒式沉井基础；

所述岛内部分的断面结构包括下部的岛基和上部的直立式岛体；

所述岛基由多层回填砂构筑而成，每层回填砂采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑，且每层围堰的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使岛基的外形呈金字塔形；

所述岛体由岛壁和岛内体构成；所述岛壁由钢筒式格体和其内部的密实填料共同构成，钢筒式格体由钢质大圆筒主格与直腹式钢板桩副格相互连接而成，钢质大圆筒主格内和直腹式钢板桩副格内的密实填料为回填砂；钢质大圆筒主格和直腹式钢板桩副格内距顶部1m范围内采用碎石垫层与块石垫层护面；

所述岛内体为填筑在岛壁内的回填砂，填筑顶标高应满足岛壁稳定的要求；

所述岛外部分位于桥隧转换人工岛的逆流端并布置材料码头、防波堤与港池；所述材料码头利用岛内部分的岛壁作为基础结构，上部浇筑钢筋混凝土胸墙，并配置码头附属设施；

所述防波堤的断面结构由下部的箱式堤基和上部的直立式堤身构成；所述箱式堤基的断面结构与所述岛基的断面结构相同；所述直立式堤身的结构与所述岛壁的结构相同。

所述港池为防波堤后沿至所述材料码头前沿之间的水域，所述材料码头与防波堤之间的缺口为港池口门。

上述的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，其中，所述引桥并采用等截面连续箱梁桥，桥面设纵坡。

上述的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，其中，所述岛上匝道桥为现浇连续箱梁结构，桥面设纵坡；匝道桥墩的墩身采用薄壁墩，承台、灌注桩基础，桥台下设桩基，台背填土与岛上地面道路顺接。

上述的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，其中，所述岛上地面道路的断面结构由下而上为水泥稳定土层、沥青混凝土路面。

上述的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，其中，所述岛上斜坡隧道采用明挖现浇隧道，岛上斜坡隧道的光栅段和敞开段为两室u型结构；岛上斜坡隧道的暗埋段为单层两室管廊箱型结构。

上述的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，其中，所述岛内部分还设置施工期使用的混凝土搅拌站、钢筋加工间和办公及生活楼。

本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构具有以下特点：

1)本发明的桥隧过渡转换结构以相对最短的净长度解决了桥面与隧道路面之间平缓过渡的问题，使得桥隧转换人工岛沿隧道轴线方向长度得以最短，即阻水面积最小，从而最大限度地减小了桥隧转换人工岛对水域海势的影响。

2)本发明的桥隧过渡转换结构中的引桥的长度相对较短，过渡转换结构总体的工程量较低，从而成本较低。

3)本发明的桥隧转换人工岛使得深水悬索桥的边跨过渡墩、引桥、岛上匝道桥等桥梁基础的稳定性大大提高，同时解决了桥梁基础难以直接在外海深水区域施工的问题。

4)本发明的桥隧过渡转换结构还适用由其它结构的水中隧道和其它结构的深水桥梁构成的跨海通道，如海底沉管隧道和盾构隧道，深水桥梁也可以是斜拉桥、浮桥和拱桥。

5)本发明的桥隧转换人工岛构筑后，桥墩基础和悬索桥锚碇结构由水上施工变为陆域施工，难度大大降低，同时桥隧转换人工岛为桥梁外海施工提供了材料供应基地与海上稳固的施工平台，施工期安全风险大为降低。

6)本发明的桥隧转换人工岛的岛内地面高程相对较低，大大降低了人工岛岛内填筑的工程量，从而成本大为节省。

7)本发明的桥隧转换人工岛上后期可以布置直升机停机坪，为桥梁、隧道营运期增加了一条空中救援与逃生途径。

8)本发明中的桥隧转换人工岛的配套港池为海上船舶提供了一个良好的防台避风港湾。

附图说明

图1是具有悬浮隧道和深水悬索桥的跨海通道的平面图；

图2是具有悬浮隧道和深水悬索桥的跨海通道的纵剖面图；

图3是本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构的平面布置图；

图4是本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构的侧视图；

图5是本发明的桥隧转换人工岛上的斜坡隧道中的暗埋段的断面图；

图6是本发明的桥隧转换人工岛上的岛上斜坡隧道中的敞开段的断面图；

图7是本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧转换人工岛的断面图；

图8是本发明的桥隧转换人工岛的岛壁的平面图；

图9是本发明的桥隧转换人工岛的防波堤的断面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

先请参阅图1和图2，本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构，适用于具有悬浮隧道和深水悬索桥的跨海通道，该跨海通道包括两座主塔人工岛1、两座桥隧转换人工岛2、悬索桥3和两段悬浮隧道4；两座主塔人工岛1上各自设置一座悬索桥索塔1a；两座桥隧转换人工岛2一一对应地位于两座主塔人工岛1的前方和后方，该两座桥隧转换人工岛2上各自设置一个边跨过渡墩2a和一个悬索桥锚碇结构2b；悬索桥3的主跨架设在两座主塔人工岛1上的悬索桥索塔1a之间；悬索桥3的边跨架设在两座主塔人工岛1上的悬索桥索塔1a与相邻的桥隧转换人工岛2上的边跨过渡墩2a之间；悬索桥3的主缆索的两端一一对应地锚固在两座桥隧转换人工岛2上的悬索桥锚碇结构2b上；两座桥隧转换人工岛2上还各自设置与悬索桥3的边跨桥依次连接的桥隧过渡转换结构2c和悬浮隧道接岸结构2d；两段悬浮隧道4的一头一一对应地与两座桥隧转换人工岛2上的悬浮隧道接岸结构2d固接。

鉴于海中人工岛的施工难度，桥隧转换人工岛2宜设在水深为40m～100m的水域；桥隧转换人工岛2的平面呈带缺口的椭圆形，并分为岛内部分与岛外部分。

本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构2c，设在桥隧转换人工岛2的岛内部分，该岛内部分还设置边跨过渡墩2a、悬索桥锚锭结构2b和悬浮隧道接岸结构2d以及施工期使用的混凝土搅拌站2e、钢筋加工间2f和办公及生活楼2g。

再请参阅图3和图9，本发明的桥隧过渡转换结构2c包括连接在悬索桥3的边跨桥与悬浮隧道接岸结构2d之间的引桥201、岛上匝道桥202、岛上地面道路203和岛上斜坡隧道204；其中，

引桥201为直线型布置且自边跨过渡墩2a至悬索桥锚碇结构2b外一跨，长度为三～四跨一联；引桥201并采用等截面连续箱梁桥，桥面设纵坡；引桥的桥墩采用花瓶形薄壁墩，承台加灌注桩基础；

岛上匝道桥202为互通式立交匝道桥且采用左线匝道桥和右线匝道桥的分离式线路，左线匝道桥和右线匝道桥的平面采用苜蓿叶形布置，并以螺旋方式由引桥201过渡到岛上地面道路203或由岛上地面道路203过渡到引桥201，左线匝道桥和右线匝道桥的水平曲率半径应满足公路桥梁设计规范要求，并根据桥面至桥隧转换人工岛2内地面的高差确定匝道层数；岛上匝道桥202为现浇连续箱梁结构，桥面设纵坡；匝道桥墩的墩身采用薄壁墩，承台加灌注桩基础，桥台下设桩基，台背填土与岛上地面道路顺接；

岛上地面道路203也分成左线道路和右线道路；左线道路和右线道路均设纵坡，左线道路的坡顶和右线道路的坡顶一一对应地与岛上匝道桥202的左线匝道桥和右线匝道桥相接；左线道路和右线道路的水平曲率半径应满足公路桥梁设计规范要求；岛上地面道路203的断面结构由下而上为水泥稳定土层、沥青混凝土路面。

岛上斜坡隧道204也分为左线斜坡隧道和右线斜坡隧道；左线斜坡隧道的坡顶和右线斜坡隧道的坡顶一一对应地与岛上地面道路203的左线道路的坡底和右线道路的坡底与岛上斜坡隧道相接，左线斜坡隧道的坡底和右线斜坡隧道的坡底均与悬浮隧道接岸结构2d相接；岛上斜坡隧道204采用明挖现浇隧道，自岛上地面道路203至悬浮隧道接岸结构2d依次设置敞开段、光栅段、暗埋段；光栅段和敞开段为两室u型结构；暗埋段为单层两室管廊箱型结构。

边跨过渡墩2a采用承台加群桩基础；在边跨过渡墩2a的位置设置抗震竖向拉压支座和横向抗风支座.

悬索桥锚锭结构2b采用嵌入岩层的筒式沉井基础；锚体为重力式钢筋砼及预应力钢筋砼结构并包括散索鞍墩、锚块、压重块、后锚块、侧墙、顶盖板和后浇段。

桥隧转换人工岛2的岛内部分的断面结构包括下部的岛基10和上部的岛体。

岛基10由多层回填砂构筑而成，每层回填砂是在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰中构筑的，每层回填砂的高度不大于10m；浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置一道纵断墙和两道竖向隔墙，纵断墙设在浮箱的宽度的一半位置；每层围堰的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使岛基10的外形呈金字塔形。

岛体为直立式并由岛壁20、岛内体30和挡浪墙40构成；其中，

岛壁20的顶标高为最高潮位+波高+富裕高度；岛壁20由钢筒式格体及其内部的密实填料共同构成，钢筒式格体由钢质大圆筒主格20a与直腹式钢板桩副格20b相互连接而成，并需要插入硬土层一定深度，钢质大圆筒主格20a和直腹式钢板桩副格20b内的密实填料为回填砂，形成稳固的挡土岛壁结构，并在钢质大圆筒主格20a和直腹式钢板桩副格20b内距顶部1m的范围内采用碎石垫层与块石护面；钢质大圆筒主格20a的直径为28m～30m，钢质大圆筒主格20a的净间距为14m～15m；直腹式钢板桩副格201b的圆弧半径略小于钢质大圆筒主格20a的半径，长度小于钢质大圆筒主格20a的长度。

岛内体30为填筑在岛壁20内的回填砂，且填筑顶高度需满足岛壁20稳定的要求；

挡浪墙40沿岛壁20的顶面外缘设置。

桥隧转换人工岛2的岛外部分位于桥隧转换人工岛2的逆流端并布置材料码头51、防波堤52与港池53，材料码头51与防波堤53之间的缺口为港池口门，其中，

材料码头51顺岸布设2～3个泊位，每个泊位的长度按照材料运输船舶的型长设定，材料运输船舶按最大6000t驳船考虑。材料码头51利用岛内部分的岛壁20作为基础结构，上部浇筑钢筋混凝土胸墙，并配置橡胶护舷、系船柱、爬梯等码头附属设施；材料码头51的宽度为岛壁20的最大宽度，即为28m～30m；材料码头51的顶部高程按照历年最高潮位设计，再加上波高及富裕高度；鉴于材料码头51与岛内体30的地坪存在较大高差，在材料码头51后沿与岛内体30的地坪之间设置若干斜坡式码头引桥510；

防波堤52的断面结构由下部的箱式堤基和上部的直立式堤身构成；箱式堤基的断面结构与岛基10的断面结构相同；直立式堤身的结构与岛壁20的结构相同。箱式堤基由多层回填砂522构筑而成，每层回填砂522采用在超大型混凝土浮箱下潜形成的围堰521中构筑，每层回填砂522的高度不大于10m，且每层围堰521的外围尺寸按1：1～1：1.5的坡度向上逐渐减小，使堤基的外形呈金字塔形；浮箱的高度不低于一层回填砂的高度，浮箱内设置一道纵断墙和两道竖向隔墙，纵断墙设在浮箱的宽度的一半位置；浮箱内也填充砂性材料；直立式堤身523的结构与岛壁的结构相同并为筒式结构，筒式结构内也填筑回填砂522；直立式堤身523的顶部的海侧设置挡浪墙524；

港池53为防波堤52后沿至材料码头51前沿之间的水域；港池53的平面尺寸应满足材料运输船舶的回旋半径要求，材料运输船舶按最大6000t驳船考虑。

本发明的悬浮隧道与深水悬索桥之间的桥隧过渡转换结构施工时，桥隧转换人工岛及其配套港池应先行施工。桥隧过渡转换结构必须在桥隧转换人工岛的地基处理后固结沉降相对稳定后进行施工。桥隧转换人工岛的岛内体30填筑后应首先建设混凝土搅拌站2e和钢筋加工间2f等施工设施，以便为岛内的钢筋混凝土结构施工提供混凝土等材料。

本发明的桥隧过渡转换结构的总体施工流程为：桥隧转换人工岛的岛基的围堰施工→岛基的围堰内吹填→岛壁的筒体施工→岛壁的筒体内回填砂与地基处理→岛内体的回填砂与地基处理→混凝土搅拌站、材料码头及码头引桥、钢筋加工间等施工设施建设→悬浮隧道接岸结构施工→悬索桥锚碇结构基础、边跨过渡墩基础、引桥基础、岛上匝道桥基础、岛上斜坡隧道施工→悬索桥锚碇结构的锚体、引桥墩身与梁体、岛上匝道桥的墩身与梁体施工→岛上地面道路施工。

岛基10的围堰施工方法：岛基的围堰浮箱在船坞内分块预制，近岸水面组拼，采用多艘大功率拖轮整体浮运至现场，动力定位后整体下潜安装。

岛基10的围堰内吹填砂方法：采用绞吸式或舥吸式挖泥船进行吹填施工；

岛壁20的筒体施工方法：先在陆域钢结构加工厂制作钢质大圆筒主格，再采用专用运输船运输钢质大圆筒主格至现场，然后采用大型起重船配振动锤组振沉钢质大圆筒主格；采用专用运输船运输组拼及直腹式钢板桩副格，运输至现场后，先采用大型起重船配振动锤整体振沉副格预拼件，再采用单个振动锤逐根振沉直腹式钢板桩到设计标高；

岛壁20的筒体内回填砂与地基处理方法：采用皮带船在钢质大圆筒主格及直腹式钢板桩副格内回填砂；采用插板机在岛壁的筒体内进行塑料排水板打设，然后堆载预压施工；

岛内体30的回填砂与地基处理方法：采用绞吸式或舥吸式挖泥船进行岛内体的回填砂施工；采用插板机在岛内体30的进行塑料排水板打设，然后堆载预压施工；

引桥201的灌注桩和岛上匝道桥202的灌注桩均采用陆上灌注桩成孔工艺。

引桥201的上部结构与岛上匝道桥202的上部结构均采用常规支架法施工。

岛上斜坡隧道204与悬浮隧道接岸结构2d属于深基坑工程，应采用围护结构内基坑开挖后现浇工艺，围护结构可同时施工,岛上斜坡隧道204与悬浮隧道接岸结构2d在深基坑内分层现浇。

鉴于桥隧转换人工岛的岛内体均为回填砂，悬浮隧道接岸结构2d相对较深，围护结构采用灌注桩；岛上斜坡隧道204的暗埋段的围护结构和光栅段的围护结构均采用钢管锁扣桩；岛上斜坡隧道204的敞开段的围护结构采用钢板桩。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。