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沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统及方法

阅读：763发布：2020-05-12

IPRDB可以提供沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统，包括土工布自动起浮装置和覆盖土工布专用船舶，所述土工布自动起浮装置包括土工布、气囊，所述气囊连接在土工布上，气囊连接充气管；所述覆盖土工布专用船舶包括两艘铺排船，所述铺排船的一端设置滑板。使用本方案，使淤泥落在保护土工布上，沉管安装前，通过对土工布上的胶囊充气的方式把土工布和淤泥一起自动浮起，实现了淤泥和基床的彻底隔绝，保护了基床的完整性。，下面是沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：包括土工布自动起浮装置和覆盖土工布专用船舶，所述土工布自动起浮装置包括土工布、气囊，土工布采用底部加筋肋钢丝绳网格，钢丝绳设置在土工布底部起支撑作用，土工布下方还设置防缩排布钢管；

所述气囊连接在土工布上，气囊连接充气管，所述气囊呈 Z 字形设置在土工布上，分别设置在土工布上方和下方，形成网格状；

所述覆盖土工布专用船舶包括两艘铺排船，所述铺排船的一端设置滑板，所述滑板铰接在船体上，所述船体上还设置支撑板，支撑板连接滑板。

2.一种沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤方法，其用于权利要求1所述的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统，其特征在于：包括下列步骤，A、两艘铺排船对拉在基床上铺设土工布自动起浮装置，将要铺设的土工布自动起浮装置安装在铺排船上；此时气囊抽至真空压缩状态；

B、两艘铺排船放下滑板，并同步放下覆盖土工布自动起浮装置，直至土工布自动起浮装置着地；

C、停止沉管锚泊一侧的船，开始边放布边移动另一艘专用船舶进行土工布自动起浮装置的铺设工作，保证正放排长度与移船距离一致，直至土工布自动起浮装置完全铺好；

D、基床全部整平完成之后安装沉管之前，对土工布自动起浮装置上的上层气囊进行充气，形成网格，此时土工布和气囊绑扎在一起产生的浮力不大于淤泥、土工布及其他全部的重量，形成网格的作用是为防止在土工布上浮时周围淤泥出现洒落；当土工布自动起浮装置开始上浮时停止充气，土工布自动起浮装置上浮的同时收紧提拉钢丝绳使土工布自动起浮装置平稳不偏位；

E、土工布自动起浮装置上浮至水面后，对土工布自动起浮装置上的下层气囊进行充气，确保全部淤泥被顶出水面后，开始缓慢移船离开沉管基槽区域，将土工布自动起浮装置拖离基床区域；当土工布自动起浮装置移出基槽区域至清除淤泥区域时，对上层气囊进行放气，开启水泵对土工布上的淤泥进行清除，冲刷干净后，对下层气囊进行放气，并对上层气囊和下层气囊进行抽空至压缩状态，开启专用船舶进行卷排，此时防缩排布钢管可以拉至甲板上时再拆除。

3.按照权利要求2 所述的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤方法，其特征在于：在步骤 B 中，在土工布自动起浮装置上系上浮漂来检测土工布自动起浮装置位置是否满足要求，如着地位置与设计着地位置存在偏差，铺排船提起土工布自动起浮装置调整位置。

4.按照权利要求2所述的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤方法，其特征在于：通过超短基线进行水下覆盖土工布的铺设定位。

说明书全文

沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海底隧道的施工时使用的系统和方法，尤其是沉管隧道基床防淤的系统和方法。

背景技术

[0002] 水底隧道经常采用沉管法，整个隧道沉管由多节管节组成，一般标准管节长180m，宽37.95m，沉管基础为带垄沟的碎石基床，碎石基床宽度为42米，垄沟宽1.05m，碎石条带宽1.8m，每节标准沉管的基床面积达到（42m×180 m）7560㎡，碎石基床从开始整平到沉管安装的暴露时间大约12天，由于一些海域的海水中平均含沙量较高，再加上基槽坡顶原泥面有2m左右的淤泥，受汛期含沙量变化、附近航道疏浚及采砂作业、大型运输船舶对底质的扰动及异常恶劣天气等影响，会引起基槽回淤加大，甚至造成骤淤。这给沉管施工和管段本身受力带来许多问题，如何防止和清除回淤沉积物对沉管隧道基础来说是很关键的。

[0003] 淤积对沉管隧道造成的不利影响主要有：改变碎石基床受力特性，影响基床结构的传力效果；基床面淤积，造成沉放管节无法着床；对沉积物的扰动，改变海水容重，影响已沉管节的抗浮安全；如果在碎石垫层基础中夹有淤泥层，则在隧道运营后，会因淤泥的固结变形导致沉管工后沉降过大及不均匀沉降超标，在管段中产生较大弯矩，严重时导致管段开裂。淤泥沉积使基槽深处水的比重增加，这会降低管段沉放位置上抗浮力的安全限度。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种沉管隧道基床开挖后防止基床表面回淤的防淤系统，以及施工方法，使得安装沉管前实现淤泥和基床的完全隔离，保证了基床的完整性，保证基床上无异物的出现。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统，包括土工布自动起浮装置和覆盖土工布专用船舶，所述土工布自动起浮装置包括土工布、气囊，所述气囊连接在土工布上，气囊连接充气管；所述覆盖土工布专用船舶包括两艘铺排船，所述铺排船的一端设置滑板。

[0006] 作为一种改进，所述土工布下方还设置防缩排布钢管。

[0007] 进一步的，所述气囊呈Z字形设置在土工布上，形成网格状。

[0008] 所述气囊分别设置在土工布上方和下方。

[0009] 所述滑板铰接在船体上，所述船体上还设置支撑板，支撑板连接滑板。

[0010] 一种沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤方法，包括下列步骤，[0011] A、两艘铺排船对拉在基床上铺设土工布自动起浮装置，将要铺设的土工布自动起浮装置安装在铺排船上；

[0012] B、两艘铺排船放下滑板，并同步放下覆盖土工布自动起浮装置，直至土工布自动起浮装置着地；

[0013] C、停止沉管锚泊一侧的船，开始边放布边移动另一艘专用船舶进行土工布自动起浮装置的铺设工作，保证正放排长度与移船距离一致，直至土工布自动起浮装置完全铺好；

[0014] D、基床全部整平完成之后安装沉管之前，将土工布自动起浮装置上的气囊充气，当土工布自动起浮装置开始上浮时停止充气，土工布自动起浮装置上浮的同时收紧提拉钢丝绳使土工布自动起浮装置平稳不偏位；

[0015] E、土工布自动起浮装置上浮至水面后，将土工布自动起浮装置拖离基床区域，清理淤泥，对气囊放气，收起。

[0016] 在步骤D中，对将土工布自动起浮装置上的上层气囊进行充气，形成网格。

[0017] 在步骤E中，土工布自动起浮装置上浮至水面后，对土工布自动起浮装置上的下层气囊进行充气。

[0018] 在步骤B中，在土工布自动起浮装置上系上浮漂来检测土工布自动起浮装置位置是否满足要求，如着地位置与设计着地位置存在偏差，铺排船提起土工布自动起浮装置调整位置。

[0019] 通过超短基线进行水下覆盖土工布的铺设定位。

[0020] 土工布覆盖法施工方案，将制作好的土工布通过铺排船覆盖在已整平好的基床上，使淤泥落在保护土工布上，沉管安装前，通过对土工布上的气囊充气的方式把土工布和淤泥一起自动浮起，实现了淤泥和基床的彻底隔绝，保护了基床的完整性。

附图说明

[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0022] 图1是土工布自动起浮装置的平面布置示意图。

[0023] 图2是土工布自动起浮装置的气囊布置示意图。

[0024] 图3是土工布自动起浮装置铺设示意图。

[0025] 图4是土工布自动起浮装置铺设完成后的示意图。

[0026] 图5是土工布自动起浮装置上浮前的状态图。

[0027] 图6是土工布自动起浮装置上浮过程中的状态图。

[0028] 图7是土工布自动起浮装置上浮至水面的状态图。

具体实施方式

[0029] 如图1和图2所示，本发明的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤系统，包括土工布自动起浮装置1和覆盖土工布专用船舶，土工布自动起浮装置1包括土工布3、钢丝绳4、气囊5、防缩排布钢管6。

[0030] 如图1所示，根据基床7的尺寸，选择土工布铺设平面尺寸暂定8000m2（200m×40m），整块铺设。土工布采用底部加筋肋钢丝绳4网格，钢丝绳4设置在土工布3底部起支撑作用，尺寸初步拟定为2.5m×4m，防缩排布钢管6的间距为10米，上部铺设土工布3与钢丝绳
4连接后直接盛放淤泥。

[0031] 如图2所示，在土工布3上方和下方分别布置Z字型（环形）气囊5（选60cm直径），设置出气口8和进气口9，形成网格状，气囊5连接安装在船上的充气管10，防淤排布铺设时气囊5处于真空压缩状态，等到淤泥沉积后沉管11安装前清除淤泥时，可以通过对气囊5充气，使得气囊5先形成网格状，防止清淤土工布3在上浮过程中出现淤泥洒落现象。

[0032] 如图3所示，覆盖土工布专用船舶包括两艘铺排船2，每艘船舶2安装了两台克令吊，供吊装使用，船上设锚机、发电机等设施。铺排船2的一端设置滑板12，滑板12铰接在铺排船2上，铺排船2上还设置支撑板13，支撑板13连接滑板12，支撑板13可以伸缩，通过支撑板13的伸缩来抬起或落下滑板12，支撑板13可以是液压机构等。铺排船2上设置连接提拉钢丝绳16的驱动滚筒14和摩擦滚筒15。

[0033] 本发明的沉管隧道基床气囊起浮式土工布覆盖防淤方法，包括下列步骤，[0034] 如图3至图7所示，施工时，用两艘铺排船2对拉铺设土工布自动起浮装置1覆盖于基床7上，确保不破坏沉管范围内的基床7。对拉铺设施工是指两艘铺排船2施工拉住土工布自动起浮装置1从一端进行铺设，一艘位于已安沉管11一侧抛锚，另一艘铺排船2拉住排布边移船边放排，共同完一幅土工布的铺设。

[0035] 如图3所示，将已经绑扎上钢丝绳4网格的土工布吊至两艘铺排船滑板12上，此时上层气囊5a和下层气囊5b通过抽气机将气囊5抽至真空压缩状态，按常规方法展排结束后，既可以两艘铺排船同时卷排，又可以其中一艘铺排船先将软体排卷完，再放排输送至另一艘铺排船，此时一艘船放排，另一艘卷排，同步进行。卷排时，应提前根据各个铺排船的平面位置，准确计算出各铺排船应卷排的长度。两艘船同步施工时，位于沉管11一侧的船卷排长度要大。

[0036] 两艘铺排船2同时进行排布吊安，此时两艘铺排船2滑板12保持水平状态，且在对接点系好一对浮漂。两艘铺排船2放滑板12，放置倾角为θ，并同步放下土工布自动起浮装置1。重复此步骤，直至土工布自动起浮装置1着地，安排测量人员通过系好的浮漂检测土工布自动起浮装置1位置是否满足要求。如着地位置与设计着地位置存在偏差，铺排船2提起土工布自动起浮装置1调整位置。

[0037] 此时停止沉管锚泊一侧的铺排船2，开始边放布边移动另一艘铺排船2进行土工布自动起浮装置1的铺设工作，且必须保证正放排长度与移船距离一致。直至土工布自动起浮装置1完全铺好，如图4所示。土工布自动起浮装置1铺设完成后，上层气囊5a和下层气囊5b仍处于真空压缩状态。在铺设土工布自动起浮装置1期间，铺排船2和整平船保持安全距离。铺设覆盖好后，两艘船舶抛锚停置于现场。

[0038] 基床全部整平完成并具备安装条件前2天，开始将土工布自动起浮装置1及上部的淤泥清除出基床7。如图5所示，通过空压机对上层气囊5a进行充气行成网格，但此时土工布3和气囊5绑扎在一起产生的浮力不大于淤泥、土工布3及其他全部的重量。形成网格的作用是为防止在土工布3上浮时周围淤泥出现洒落。

[0039] 如图6所示，当网格形成后，继续对气囊5进行充气，通过监测仪器监测气囊5的上浮状态，当开始上浮时，停止充气，全过程监测土工布自动起浮装置1慢慢上浮，此时提拉钢丝绳16收紧控制防土工布自动起浮装置1受水流力或其他力影响出现偏位。

[0040] 如图7所示，当土工布自动起浮装置1上浮至水面时，开始对下层气囊5b进行充气，确保全部淤泥被顶出水面后开始缓慢移船离开沉管基槽区域。

[0041] 当土工布自动起浮装置1移出基槽区域至清除淤泥区域时，对上层气囊5a进行放气，开启水泵对土工布上的淤泥进行清除。冲刷干净后，对下层气囊5b进行放气，并对上层气囊5a和下层气囊5b进行抽空至压缩状态，开启专用船舶进行卷排。此时防缩排布钢管6可以拉至甲板上时再拆除。

[0042] 土工布自动起浮装置1根据整平基床及时覆盖，如何控制土工布能够铺设准确是本方法的重点，本方案专用船舶除采用GPS定位系统外，还要通过超短基线进行水下覆盖土工布的铺设定位，可以精确定位覆盖于基床上，定位误差在20cm以内，覆盖土工布铺设要选择在高、低平潮流速较小时进行，这样可以保证铺设的精度。

[0043] 土工布自动起浮装置1底部采用钢丝绳网格状布置，上部和下部采用气囊助浮方式，确保土工布和淤泥被轻轻浮起，但淤泥厚度也不可太重，本系统设计淤泥厚度为20cm，淤泥比重为1.30g/cm3～1.40g/cm3，如超过一定厚度后，可以采用定期清除积淤的方法完成减载。

[0044] 土工布自动起浮装置1通过气囊5均匀上浮，但需要全部被浮起到水面后，再横向移船。

[0045] 土工布自动起浮装置1上淤泥厚度的检测用取样仪，定期监测淤积厚度。

[0046] 专用船舶和整平船的步距：整平船整平完一个船位后，由于整平船还占用一部分已整平完的基床位置，但是可根据船舶的尺寸，适当留出安全距离。

[0047] 专用船舶临时存放：土工布卷好后，再进行下次覆盖大约间隔20天时间，因此，必须有临时存放水域，根据现场情况，可选择在已安装沉管并锁定回填完成的沉管上面的水域下锚存放，施工时拖运距离较近，施工方便。台风期间，拖到避风锚地避风。

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