沉管隧道管節拆除方法
【專利摘要】本發明涉及沉管隧道管節拆除方法，屬于水利工程技術領域。目前還沒有沉管隧道拆除技術，所以廢棄的沉管隧道不能拆除，對海洋環境存在影響，本發明填補了這一技術空白。本發明包括施工前的準備步驟、拆除隧道兩端管節步驟和拆除隧道正常段管節步驟。本發明用于沉管隧道的拆除。
【專利說明】
沉管隧道管節拆除方法
技術領域
[0001]本發明涉及沉管隧道管節拆除方法，屬于水利工程技術領域。
【背景技術】
[0002]對于沉管的安裝技術起源較早，世界沉管隧道技術的首次試驗于1810年在倫敦進行，防水問題未能解決。美國底特律水底鐵路隧道是第一座用于交通運輸的水下隧道，于1910年利用沉管技術建成，標志著沉管法的成功誕生。美國在海灣修建隧道較多，由于海灣的水深一般大于內河，采用鋼殼或雙層鋼殼結構(鋼殼一般為圓形)，從受力角度考慮優于矩形。我國沉管隧道技術起步較晚，但發展迅速。在20世紀60年代初，曾在上海開展過沉管隧道技術的研究，并于1976年在上海金山石化工程首次應用沉管法建成了第一座排污水下隧道。我國香港地區于1972年建成了跨越維多利亞港的城市道路海底隧道。
[0003]對于沉管拆除技術目前世界上還沒有該技術的研究，尤其是大型沉管的水下拆除施工技術，國內外也沒有相關的技術報道，對于水下大型構件的拆除多采用起重船直接吊起的方法，該方法的實施需要大型的裝備、施工效率低、風險大，且不利于節能環保。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于解決現有技術存在的上述缺陷，提出了一種沉管隧道管節拆除方法，其具有拆除效率高、拆除效果好的特點。
[0005]本發明是采用以下的技術方案實現的:一種沉管隧道管節拆除方法，包括施工前的準備步驟、拆除隧道兩端管節步驟和拆除隧道正常段管節步驟。
[0006]施工前的準備步驟，包括拆除隧道內突出部位預埋件，拆除止水帶，在隧道內安裝助浮材料，和在隧道內的管節之間的連接處安裝頂推裝置。
[0007]拆除隧道兩端管節步驟，包括端部止推段拆除，端部止推段開挖區域灌水，將隧道端部管節內的助浮材料與充氣裝置連接，將起重設備的吊繩與管節連接，將頂推裝置的管線與控制系統連接，對助浮材料充氣，開啟頂推裝置，當隧道兩端管節與其余管節脫離后，啟動起重設備，使管節浮出水面。
[0008]拆除隧道正常段管節步驟，包括開挖正常段的回填層，將隧道正常段管節內的助浮材料與充氣裝置連接，將起重設備的吊繩與管節連接，將頂推裝置的管線與控制系統連接，對助浮材料充氣，開啟頂推裝置，當拆除的正常段管節與其余管節脫離后，啟動起重設備，使管節浮出水面。
[0009]作為優選地，頂推裝置為千斤頂。
[0010]作為優選地，端部止推段拆除的步驟包括開挖端部止推段部分，對開挖的基坑進行邊坡支護，將止推段部分割除一定長度，將割除的部分清楚出施工區域。
[0011]作為優選地，對開挖的基坑進行邊坡支護的方式包括框格墻支護方式或錨噴支護方式。
[0012]作為優選地，將起重設備的吊繩與管節連接的步驟包括把管節底部基礎部分沖刷出空隙，將從起重設備垂下來的吊繩貫穿管節底部，將吊繩與起重設備上的吊鉤連接。
[0013]作為優選地，拆除隧道兩端管節時，在隧道兩端的管節的兩側設有浮箱。
[0014]作為優選地，拆除隧道正常段管節時，在正常段隧道管節的兩側設有浮箱。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]—:本發明可通過少量的裝備和人工安全快速的清除沉管止推段，并將管節拆除分割為多個階段，由大型的沉管隧道分為多個階段分節拆除，安全快捷。
[0017]二:本發明借助氣囊助浮和起重相結合的施工方法可平穩、快速、安全地將隧道管節拆除，節能減耗，有效利用水的浮力作為起吊重力將沉管浮起。
【附圖說明】
[0018]圖1端部止推段開挖區域示意圖；
[0019]圖2沉管隧道拆除橫斷面示意圖；
[0020]圖3沉管隧道拆除過程示意圖；
[0021]圖中:I止推段拆除部分2沉管銜接段3海中段4開挖區域5GINA止水帶6浮箱7起重設備8助浮材料9拆除管節10碎石墊層11助浮材料安裝部位12吊繩13控制線纜和充氣管路14未拆除管節。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體的實施例對本發明做進一步說明。
[0023]沉管隧道管節總體的施工思路介紹如下，沉管隧道管節拆除時，先進行首節管節(即隧道兩端管節)拆除，然后進行正常段管節(除兩端之外的管節)的拆除。管節的拆除采用了整體起浮的施工方法，可完整的將管節從海底起浮后拖運至指定區域。管節起浮通過沉管管廊中安裝氣囊或浮性材料，通過充氣提供浮力，實現助浮施工，上部通過方駁(起重設備)提供吊力將沉管吊起，吊出水面后將管節干弦調整在0.1?0.3m后與方駁固定。通過拖輪將沉管拖運至指定位置，然后通過方駁起重設備將管節下沉沉放至指定區域。施工前需要做準備工作，包括拆除隧道內突出部位預埋件，拆除止水帶，在隧道內安裝助浮材料，在隧道內的管節之間的連接處安裝頂推裝置，進行沉管止推段和最終接頭拆除，進行沉管隧道內管節間的剪力鍵清除、預應力釋放、路面(壓載混凝土)在管節之間割縫及其他處理措施，確保可以順利進行下一步工序的施工。
[0024]沉管隧道管節首節拆除方案流程如下:首節管節拆除順序選取—施工準備—端部止推段拆除—止推段開挖區域灌水施工—管節助浮設備管路及吊繩連接—管節起浮—管節拖運至指定區域—完成首節管節拆除施工。
[0025]下面對首節拆除的各個階段做詳細說明，首節管節拆除順序選取，沉管首節管節拆除的選擇，第一種是將首節管節拆除選擇在沉管中間部位，先拆除中間管節后，再進行正常管節的拆除，但該方法施工消除管節之間的壓力非常困難，而且在拆除首節時會出現較大壓力的釋放，不利于施工控制，因此不采用該方法。第二種是將兩端的管節作為首節拆除的管節，該方法是拆除端部的固定止推段管節后，再進行正常段管節拆除，該方法施工時需要開挖一定的土方，灌水后進行頂推壓力緩慢釋放，可以對施工進行有效控制，因此首節管節的拆除選擇在兩端的管節。
[0026]施工準備，在進行管節拆除前，首先封閉施工現場，進行沉管隧道內管節間的剪力鍵清除、預應力釋放、路面(壓載混凝土)在管節之間割縫、隧道內突出部位預埋件拆除及其他處理措施，達到安裝助浮系統的條件，同時將助浮系統及頂推系統安裝至管節內并預留出管路及充氣接口。
[0027]端部止推段拆除施工，在端部管節拆除時，首先封閉施工現場，同時將將沉管止推段部分進行開挖，同時對開挖基坑進行邊坡支護，可采用框格墻或錨噴支護的方式，具體以實際地質條件確定。沉管隧道止推段一般采用現澆混凝土結構，在基坑開挖支護完成后，在干作業條件下將止推段部分割除一定長度，通過陸上吊機或其他設備將管段清除出施工區域，使得管節端部留有一定空間，利于后續管節的起浮施工。
[0028]止推段開挖區域灌水施工，待止推段拆除完成后，打開基坑支護部分，使得開挖區域與大海聯通，使得管節全部置于水中，此時由于止推部分留有了空間，沉管在安裝時管節間壓縮止水材料(GINA)產生的壓力會隨著海水的灌入逐漸釋放，最終達到平衡。
[0029]管節助浮設備管路及吊繩連接，通過潛水人員進入水下進行助浮系統(氣囊或浮力材料)管路連接，助浮系統安裝于沉管管廊內，通過固定部件將助浮材料或氣囊卡在管節上固定，助浮系統的管路從一端引出，通過充氣管路和控制線路引出至管節端部，并預留出對接口，在起重系統定位后，通過潛水操作將起重裝備上的管路與控制管路和充氣管路在水下快速對接，然后進行調試。吊繩的連接，通過高壓水槍對沉管底部基礎部分沖刷，使得沉管基礎上沖出一定的空隙，然后將吊繩在沖水壓力下使得貫穿管節底部，然后將吊繩與上部吊鉤連接。沉管頂推裝置采用千斤頂，在施工準備階段(即沉管灌水前)將5套千斤頂安裝在每節管節的連接處并預留出管線，此時通過潛水員水下將千斤頂液壓管線連接。
[0030]沉管起浮，一切準備工作完成后，首先進行氣囊充氣，提供向上的浮力，使得管節在水下負浮力達到約6%沉管管節重量。然后開啟頂推裝置，使得待拆除沉管和管節脫離約50cm。此時啟動起重系統，使拆除沉管緩慢起浮至水面。
[0031]管節拖運至指定區域，待管節起浮出水后，將管節與方駁進行固定，通過拖輪浮運至指定區域，需要提出的是浮運航道需要提前達到浮運條件。
[0032]完成管節拆除施工，到達指定區域后去除固定繩索，將管節緩慢沉放至指定區域，完成管節拆除施工。可以在指定區域就近挖坑掩埋沉管，也可以浮運至指定區域回收利用。
[0033]沉管隧道正常段管節拆除方案流程如下:管節拆除方法選取—施工準備—回填層開挖—船舶就位—管節助浮設備管路及吊繩連接—管節起浮—管節拖運至指定區域—完成管節拆除施工。
[0034]下面對正常段管節拆除的各個階段做詳細說明，管節拆除方法選取，通過填充助浮材料的方法施工，其具體步驟為，通過提前在沉管管廊中全部安裝好助浮材料，助浮材料優選氣囊，預留好管線，通過水下連接管線后充氣提供浮力，實現助浮施工，上部通過方駁提供吊力將沉管吊起，調整沉管管節干弦達到要求后，將管節固定在方駁上，通過拖輪將沉管拖運至指定位置后，緩慢沉放管節至指定區域，該方法施工風險低、造價低、施工速度快，所以使用該方法進行正常段管節拆除施工。
[0035]施工準備，在首節管節拆除前，已將隧道內的預埋件全部拆除，并將Ω止水帶拆除，使得沉管內部平整度達到安裝氣囊的條件，并將助浮氣囊、脫離千斤頂等需要的裝備安裝到位，預留出管線，氣囊可采用分段式串聯也可通過整體并聯的方式;正常管節拆除前，首先將預留管線、沉管吊帶、航道警戒等事宜做好，達到正常段沉管拆除的要求。
[0036]回填層開挖，結合沉管隧道安裝后的狀態，拆除工序自上而下分為上部回填層開挖、兩側回填層開挖，開挖完成后通過測控儀器確定清除效果，滿足要求后進行下一步工序，開挖采用的裝備為抓斗船、運料船等裝備。
[0037]船舶就位，待回填層開挖完成后，將方駁通過GPS或北斗系統進行精確坐標定位。
[0038]助浮系統管路連接，通過潛水人員進入水下進行助浮系統(氣囊助浮)管路連接；通過高壓水槍對沉管底部基礎部分沖刷，使得沉管基礎上沖出一定的空隙，然后將吊繩在沖水壓力下使得貫穿管節底部，然后將吊繩與上部吊鉤連接;沉管頂推裝置采用千斤頂，在施工準備階段(即沉管灌水前)將5套千斤頂安裝在每節管節的連接處并預留出管線，此時通過潛水員水下將千斤頂液壓管線連接。
[0039]沉管起浮，一切準備工作完成后，首先進行氣囊充氣，提供向上浮力，使得管節在水下負浮力達到約6%沉管管節重量;然后開啟頂推裝置，使得待拆除沉管和管節脫離約50cm;此時啟動起重系統，使拆除沉管緩慢起浮至水面。
[0040]管節拖運至指定區域，待管節起浮出水后，將管節與方駁進行固定，通過拖輪浮運至指定區域，需要提出的是浮運航道需要提前達到浮運條件。
[0041]完成管節拆除施工，到達指定區域后去除固定繩索，將管節緩慢沉放至指定區域，完成管節拆除施工;可以在指定區域就近挖坑掩埋沉管，也可以浮運至指定區域回收利用
[0042]關于沉管隧道管節最終接頭，如沒有最終接頭，按上述方案施工即可，如果存在最終接頭，則可以通過最終接頭與兩端管節一起拆除的施工方法完成施工。
[0043]為了更好的理解本方案，增加了圖1至圖3。拆除止推段時，如圖1所示，止推段往左為陸域段，往右為海域段，沉管銜接段2即為整個隧道兩端的管節，其與海中段3之間通過GINA止水帶5密封連接，在沉管銜接段2端部為止推段拆除部分I，施工時，開挖區域4選擇在其周圍，將止推段拆除部分I拆除后，就會在沉管銜接段2端部留有一定空間，利于后續施工。
[0044]如圖2所示，為沉管隧道拆除橫斷面示意圖，圖中比較粗的黑色框線部分為隧道，里面填充助浮材料8，無論是兩端管節還是正常段管節在拆除時，為了增大浮力，可以在管節兩側增加浮箱6。
[0045]如圖3所示，為沉管隧道拆除過程示意圖，管節安裝在碎石墊層10上，助浮材料安裝部位11安裝有氣囊，從起重設備7垂下來的吊繩12與管節連接后，通過控制線纜和充氣管路13先后對助浮材料充氣和控制頂推裝置動作，使得拆除管節9與未拆除管節14分離，然后啟動起重設備，使管節浮出水面。
[0046]當然，上述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定對發明的實施例范圍。本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的均等變化與改進等，均應歸屬于本發明專利涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:包括施工前的準備步驟、拆除隧道兩端管節步驟和拆除隧道正常段管節步驟； 施工前的準備步驟，包括拆除隧道內突出部位預埋件，拆除止水帶，在隧道內安裝助浮材料，和在隧道內的管節之間的連接處安裝頂推裝置； 拆除隧道兩端管節步驟，包括端部止推段拆除，端部止推段開挖區域灌水，將隧道端部管節內的助浮材料與充氣裝置連接，將起重設備的吊繩與管節連接，將頂推裝置的管線與控制系統連接，對助浮材料充氣，開啟頂推裝置，當隧道兩端管節與其余管節脫離后，啟動起重設備，使管節浮出水面； 拆除隧道正常段管節步驟，包括開挖正常段的回填層，將隧道正常段管節內的助浮材料與充氣裝置連接，將起重設備的吊繩與管節連接，將頂推裝置的管線與控制系統連接，對助浮材料充氣，開啟頂推裝置，當拆除的正常段管節與其余管節脫離后，啟動起重設備，使管節浮出水面。2.根據權利要求1所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:頂推裝置為千斤頂。3.根據權利要求1所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:端部止推段拆除的步驟包括開挖端部止推段部分，對開挖的基坑進行邊坡支護，將止推段部分割除一定長度，將割除的部分清楚出施工區域。4.根據權利要求3所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:對開挖的基坑進行邊坡支護的方式包括框格墻支護方式或錨噴支護方式。5.根據權利要求1所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:將起重設備的吊繩與管節連接的步驟包括把管節底部基礎部分沖刷出空隙，將從起重設備垂下來的吊繩貫穿管節底部，將吊繩與起重設備上的吊鉤連接。6.根據權利要求1所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:拆除隧道兩端管節時，在隧道兩端的管節的兩側設有浮箱。7.根據權利要求1所述的沉管隧道管節拆除方法，其特征在于:拆除隧道正常段管節時，在正常段隧道管節的兩側設有浮箱。
【文檔編號】E02D29/063GK105926678SQ201610343063
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】劉德進, 馮海暴, 曲俐俐, 蘇長璽, 張學俊
【申請人】中交第航務工程局有限公司, 中交第一航務工程局有限公司