沉管隧道管节拆除方法
【专利摘要】本发明涉及沉管隧道管节拆除方法，属于水利工程技术领域。目前还没有沉管隧道拆除技术，所以废弃的沉管隧道不能拆除，对海洋环境存在影响，本发明填补了这一技术空白。本发明包括施工前的准备步骤、拆除隧道两端管节步骤和拆除隧道正常段管节步骤。本发明用于沉管隧道的拆除。
【专利说明】
沉管隧道管节拆除方法
技术领域
[0001]本发明涉及沉管隧道管节拆除方法，属于水利工程技术领域。
【背景技术】
[0002]对于沉管的安装技术起源较早，世界沉管隧道技术的首次试验于1810年在伦敦进行，防水问题未能解决。美国底特律水底铁路隧道是第一座用于交通运输的水下隧道，于1910年利用沉管技术建成，标志着沉管法的成功诞生。美国在海湾修建隧道较多，由于海湾的水深一般大于内河，采用钢壳或双层钢壳结构(钢壳一般为圆形)，从受力角度考虑优于矩形。我国沉管隧道技术起步较晚，但发展迅速。在20世纪60年代初，曾在上海开展过沉管隧道技术的研究，并于1976年在上海金山石化工程首次应用沉管法建成了第一座排污水下隧道。我国香港地区于1972年建成了跨越维多利亚港的城市道路海底隧道。
[0003]对于沉管拆除技术目前世界上还没有该技术的研究，尤其是大型沉管的水下拆除施工技术，国内外也没有相关的技术报道，对于水下大型构件的拆除多采用起重船直接吊起的方法，该方法的实施需要大型的装备、施工效率低、风险大，且不利于节能环保。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有技术存在的上述缺陷，提出了一种沉管隧道管节拆除方法，其具有拆除效率高、拆除效果好的特点。
[0005]本发明是采用以下的技术方案实现的:一种沉管隧道管节拆除方法，包括施工前的准备步骤、拆除隧道两端管节步骤和拆除隧道正常段管节步骤。
[0006]施工前的准备步骤，包括拆除隧道内突出部位预埋件，拆除止水带，在隧道内安装助浮材料，和在隧道内的管节之间的连接处安装顶推装置。
[0007]拆除隧道两端管节步骤，包括端部止推段拆除，端部止推段开挖区域灌水，将隧道端部管节内的助浮材料与充气装置连接，将起重设备的吊绳与管节连接，将顶推装置的管线与控制系统连接，对助浮材料充气，开启顶推装置，当隧道两端管节与其余管节脱离后，启动起重设备，使管节浮出水面。
[0008]拆除隧道正常段管节步骤，包括开挖正常段的回填层，将隧道正常段管节内的助浮材料与充气装置连接，将起重设备的吊绳与管节连接，将顶推装置的管线与控制系统连接，对助浮材料充气，开启顶推装置，当拆除的正常段管节与其余管节脱离后，启动起重设备，使管节浮出水面。
[0009]作为优选地，顶推装置为千斤顶。
[0010]作为优选地，端部止推段拆除的步骤包括开挖端部止推段部分，对开挖的基坑进行边坡支护，将止推段部分割除一定长度，将割除的部分清楚出施工区域。
[0011]作为优选地，对开挖的基坑进行边坡支护的方式包括框格墙支护方式或锚喷支护方式。
[0012]作为优选地，将起重设备的吊绳与管节连接的步骤包括把管节底部基础部分冲刷出空隙，将从起重设备垂下来的吊绳贯穿管节底部，将吊绳与起重设备上的吊钩连接。
[0013]作为优选地，拆除隧道两端管节时，在隧道两端的管节的两侧设有浮箱。
[0014]作为优选地，拆除隧道正常段管节时，在正常段隧道管节的两侧设有浮箱。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]—:本发明可通过少量的装备和人工安全快速的清除沉管止推段，并将管节拆除分割为多个阶段，由大型的沉管隧道分为多个阶段分节拆除，安全快捷。
[0017]二:本发明借助气囊助浮和起重相结合的施工方法可平稳、快速、安全地将隧道管节拆除，节能减耗，有效利用水的浮力作为起吊重力将沉管浮起。
【附图说明】
[0018]图1端部止推段开挖区域示意图；
[0019]图2沉管隧道拆除横断面示意图；
[0020]图3沉管隧道拆除过程示意图；
[0021]图中:I止推段拆除部分2沉管衔接段3海中段4开挖区域5GINA止水带6浮箱7起重设备8助浮材料9拆除管节10碎石垫层11助浮材料安装部位12吊绳13控制线缆和充气管路14未拆除管节。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
[0023]沉管隧道管节总体的施工思路介绍如下，沉管隧道管节拆除时，先进行首节管节(即隧道两端管节)拆除，然后进行正常段管节(除两端之外的管节)的拆除。管节的拆除采用了整体起浮的施工方法，可完整的将管节从海底起浮后拖运至指定区域。管节起浮通过沉管管廊中安装气囊或浮性材料，通过充气提供浮力，实现助浮施工，上部通过方驳(起重设备)提供吊力将沉管吊起，吊出水面后将管节干弦调整在0.1?0.3m后与方驳固定。通过拖轮将沉管拖运至指定位置，然后通过方驳起重设备将管节下沉沉放至指定区域。施工前需要做准备工作，包括拆除隧道内突出部位预埋件，拆除止水带，在隧道内安装助浮材料，在隧道内的管节之间的连接处安装顶推装置，进行沉管止推段和最终接头拆除，进行沉管隧道内管节间的剪力键清除、预应力释放、路面(压载混凝土)在管节之间割缝及其他处理措施，确保可以顺利进行下一步工序的施工。
[0024]沉管隧道管节首节拆除方案流程如下:首节管节拆除顺序选取—施工准备—端部止推段拆除—止推段开挖区域灌水施工—管节助浮设备管路及吊绳连接—管节起浮—管节拖运至指定区域—完成首节管节拆除施工。
[0025]下面对首节拆除的各个阶段做详细说明，首节管节拆除顺序选取，沉管首节管节拆除的选择，第一种是将首节管节拆除选择在沉管中间部位，先拆除中间管节后，再进行正常管节的拆除，但该方法施工消除管节之间的压力非常困难，而且在拆除首节时会出现较大压力的释放，不利于施工控制，因此不采用该方法。第二种是将两端的管节作为首节拆除的管节，该方法是拆除端部的固定止推段管节后，再进行正常段管节拆除，该方法施工时需要开挖一定的土方，灌水后进行顶推压力缓慢释放，可以对施工进行有效控制，因此首节管节的拆除选择在两端的管节。
[0026]施工准备，在进行管节拆除前，首先封闭施工现场，进行沉管隧道内管节间的剪力键清除、预应力释放、路面(压载混凝土)在管节之间割缝、隧道内突出部位预埋件拆除及其他处理措施，达到安装助浮系统的条件，同时将助浮系统及顶推系统安装至管节内并预留出管路及充气接口。
[0027]端部止推段拆除施工，在端部管节拆除时，首先封闭施工现场，同时将将沉管止推段部分进行开挖，同时对开挖基坑进行边坡支护，可采用框格墙或锚喷支护的方式，具体以实际地质条件确定。沉管隧道止推段一般采用现浇混凝土结构，在基坑开挖支护完成后，在干作业条件下将止推段部分割除一定长度，通过陆上吊机或其他设备将管段清除出施工区域，使得管节端部留有一定空间，利于后续管节的起浮施工。
[0028]止推段开挖区域灌水施工，待止推段拆除完成后，打开基坑支护部分，使得开挖区域与大海联通，使得管节全部置于水中，此时由于止推部分留有了空间，沉管在安装时管节间压缩止水材料(GINA)产生的压力会随着海水的灌入逐渐释放，最终达到平衡。
[0029]管节助浮设备管路及吊绳连接，通过潜水人员进入水下进行助浮系统(气囊或浮力材料)管路连接，助浮系统安装于沉管管廊内，通过固定部件将助浮材料或气囊卡在管节上固定，助浮系统的管路从一端引出，通过充气管路和控制线路引出至管节端部，并预留出对接口，在起重系统定位后，通过潜水操作将起重装备上的管路与控制管路和充气管路在水下快速对接，然后进行调试。吊绳的连接，通过高压水枪对沉管底部基础部分冲刷，使得沉管基础上冲出一定的空隙，然后将吊绳在冲水压力下使得贯穿管节底部，然后将吊绳与上部吊钩连接。沉管顶推装置采用千斤顶，在施工准备阶段(即沉管灌水前)将5套千斤顶安装在每节管节的连接处并预留出管线，此时通过潜水员水下将千斤顶液压管线连接。
[0030]沉管起浮，一切准备工作完成后，首先进行气囊充气，提供向上的浮力，使得管节在水下负浮力达到约6%沉管管节重量。然后开启顶推装置，使得待拆除沉管和管节脱离约50cm。此时启动起重系统，使拆除沉管缓慢起浮至水面。
[0031]管节拖运至指定区域，待管节起浮出水后，将管节与方驳进行固定，通过拖轮浮运至指定区域，需要提出的是浮运航道需要提前达到浮运条件。
[0032]完成管节拆除施工，到达指定区域后去除固定绳索，将管节缓慢沉放至指定区域，完成管节拆除施工。可以在指定区域就近挖坑掩埋沉管，也可以浮运至指定区域回收利用。
[0033]沉管隧道正常段管节拆除方案流程如下:管节拆除方法选取—施工准备—回填层开挖—船舶就位—管节助浮设备管路及吊绳连接—管节起浮—管节拖运至指定区域—完成管节拆除施工。
[0034]下面对正常段管节拆除的各个阶段做详细说明，管节拆除方法选取，通过填充助浮材料的方法施工，其具体步骤为，通过提前在沉管管廊中全部安装好助浮材料，助浮材料优选气囊，预留好管线，通过水下连接管线后充气提供浮力，实现助浮施工，上部通过方驳提供吊力将沉管吊起，调整沉管管节干弦达到要求后，将管节固定在方驳上，通过拖轮将沉管拖运至指定位置后，缓慢沉放管节至指定区域，该方法施工风险低、造价低、施工速度快，所以使用该方法进行正常段管节拆除施工。
[0035]施工准备，在首节管节拆除前，已将隧道内的预埋件全部拆除，并将Ω止水带拆除，使得沉管内部平整度达到安装气囊的条件，并将助浮气囊、脱离千斤顶等需要的装备安装到位，预留出管线，气囊可采用分段式串联也可通过整体并联的方式;正常管节拆除前，首先将预留管线、沉管吊带、航道警戒等事宜做好，达到正常段沉管拆除的要求。
[0036]回填层开挖，结合沉管隧道安装后的状态，拆除工序自上而下分为上部回填层开挖、两侧回填层开挖，开挖完成后通过测控仪器确定清除效果，满足要求后进行下一步工序，开挖采用的装备为抓斗船、运料船等装备。
[0037]船舶就位，待回填层开挖完成后，将方驳通过GPS或北斗系统进行精确坐标定位。
[0038]助浮系统管路连接，通过潜水人员进入水下进行助浮系统(气囊助浮)管路连接；通过高压水枪对沉管底部基础部分冲刷，使得沉管基础上冲出一定的空隙，然后将吊绳在冲水压力下使得贯穿管节底部，然后将吊绳与上部吊钩连接;沉管顶推装置采用千斤顶，在施工准备阶段(即沉管灌水前)将5套千斤顶安装在每节管节的连接处并预留出管线，此时通过潜水员水下将千斤顶液压管线连接。
[0039]沉管起浮，一切准备工作完成后，首先进行气囊充气，提供向上浮力，使得管节在水下负浮力达到约6%沉管管节重量;然后开启顶推装置，使得待拆除沉管和管节脱离约50cm;此时启动起重系统，使拆除沉管缓慢起浮至水面。
[0040]管节拖运至指定区域，待管节起浮出水后，将管节与方驳进行固定，通过拖轮浮运至指定区域，需要提出的是浮运航道需要提前达到浮运条件。
[0041]完成管节拆除施工，到达指定区域后去除固定绳索，将管节缓慢沉放至指定区域，完成管节拆除施工;可以在指定区域就近挖坑掩埋沉管，也可以浮运至指定区域回收利用
[0042]关于沉管隧道管节最终接头，如没有最终接头，按上述方案施工即可，如果存在最终接头，则可以通过最终接头与两端管节一起拆除的施工方法完成施工。
[0043]为了更好的理解本方案，增加了图1至图3。拆除止推段时，如图1所示，止推段往左为陆域段，往右为海域段，沉管衔接段2即为整个隧道两端的管节，其与海中段3之间通过GINA止水带5密封连接，在沉管衔接段2端部为止推段拆除部分I，施工时，开挖区域4选择在其周围，将止推段拆除部分I拆除后，就会在沉管衔接段2端部留有一定空间，利于后续施工。
[0044]如图2所示，为沉管隧道拆除横断面示意图，图中比较粗的黑色框线部分为隧道，里面填充助浮材料8，无论是两端管节还是正常段管节在拆除时，为了增大浮力，可以在管节两侧增加浮箱6。
[0045]如图3所示，为沉管隧道拆除过程示意图，管节安装在碎石垫层10上，助浮材料安装部位11安装有气囊，从起重设备7垂下来的吊绳12与管节连接后，通过控制线缆和充气管路13先后对助浮材料充气和控制顶推装置动作，使得拆除管节9与未拆除管节14分离，然后启动起重设备，使管节浮出水面。
[0046]当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明专利涵盖范围。
【主权项】
1.一种沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:包括施工前的准备步骤、拆除隧道两端管节步骤和拆除隧道正常段管节步骤； 施工前的准备步骤，包括拆除隧道内突出部位预埋件，拆除止水带，在隧道内安装助浮材料，和在隧道内的管节之间的连接处安装顶推装置； 拆除隧道两端管节步骤，包括端部止推段拆除，端部止推段开挖区域灌水，将隧道端部管节内的助浮材料与充气装置连接，将起重设备的吊绳与管节连接，将顶推装置的管线与控制系统连接，对助浮材料充气，开启顶推装置，当隧道两端管节与其余管节脱离后，启动起重设备，使管节浮出水面； 拆除隧道正常段管节步骤，包括开挖正常段的回填层，将隧道正常段管节内的助浮材料与充气装置连接，将起重设备的吊绳与管节连接，将顶推装置的管线与控制系统连接，对助浮材料充气，开启顶推装置，当拆除的正常段管节与其余管节脱离后，启动起重设备，使管节浮出水面。2.根据权利要求1所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:顶推装置为千斤顶。3.根据权利要求1所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:端部止推段拆除的步骤包括开挖端部止推段部分，对开挖的基坑进行边坡支护，将止推段部分割除一定长度，将割除的部分清楚出施工区域。4.根据权利要求3所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:对开挖的基坑进行边坡支护的方式包括框格墙支护方式或锚喷支护方式。5.根据权利要求1所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:将起重设备的吊绳与管节连接的步骤包括把管节底部基础部分冲刷出空隙，将从起重设备垂下来的吊绳贯穿管节底部，将吊绳与起重设备上的吊钩连接。6.根据权利要求1所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:拆除隧道两端管节时，在隧道两端的管节的两侧设有浮箱。7.根据权利要求1所述的沉管隧道管节拆除方法，其特征在于:拆除隧道正常段管节时，在正常段隧道管节的两侧设有浮箱。
【文档编号】E02D29/063GK105926678SQ201610343063
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘德进, 冯海暴, 曲俐俐, 苏长玺, 张学俊
【申请人】中交第航务工程局有限公司, 中交第一航务工程局有限公司