一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法
阅读说明：本技术 一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法 (Large immersed tube tunnel backfill method with seismic isolation and reduction performance ) 是由 魏立新 李亚东 杨春山 陈奕臻 崔杰 刘力英 单毅 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法,包括先在水平面下浚挖施工,挖出基槽然后全面清淤；基槽的底部铺设碎石,形成碎石垫层；碎石垫层的上方铺设橡胶砂,形成橡胶砂层；橡胶砂层的上方铺设土工格栅,土工格栅将碎石垫层和橡胶砂层压密填实形成整体；在土工格栅的上方放置混凝土墩台,再将沉管隧道的管节安放在混凝土墩台上；在管节的纵向两侧铺设锁定回填层,且锁定回填层上预留有多个喷砂通道,在喷砂通道中预埋喷砂管；从喷砂管中向腔室喷射细砂,形成细砂垫层；本发明的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法,建设的沉管隧道结构能够消能减震,使用后期产生的沉降量小、沉降均匀,能够长期安全运营。(The invention discloses a backfill method for a large immersed tube tunnel with seismic isolation and reduction performance, which comprises the following steps of firstly carrying out dredging construction under a horizontal plane, digging a foundation trench and then carrying out comprehensive dredging; paving broken stones at the bottom of the base groove to form a broken stone cushion layer; rubber sand is laid above the broken stone cushion layer to form a rubber sand layer; a geogrid is laid above the rubber sand layer, and the broken stone cushion layer and the rubber sand layer are compacted and filled into a whole by the geogrid; placing a concrete abutment above the geogrid, and then placing the pipe section of the immersed tube tunnel on the concrete abutment; paving locking backfill layers on two longitudinal sides of the pipe joint, reserving a plurality of sand blasting channels on the locking backfill layers, and embedding sand blasting pipes in the sand blasting channels; spraying fine sand to the chamber from the sand blasting pipe to form a fine sand cushion; according to the backfill method for the large immersed tube tunnel with seismic isolation and reduction performance, the built immersed tube tunnel structure can dissipate energy and reduce shock, the settlement generated in the later period of use is small, the settlement is uniform, and the long-term safe operation can be realized.)
技术领域
本发明涉及沉管隧道施工技术领域，特别涉及一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法。
背景技术
沉管隧道作为一种水下构筑物，其埋藏于水下，水下用于放置沉管的基槽施工控制难度大、水流条件复杂，槽底处理后表层的施工精度难以达到隧道结构的刚度支撑要求，并且抵御地震作用的构造措施少于地面建筑。因而有必要寻找能抵抗地震的措施。
沉管隧道无论是采用天然地基，还是经过特殊措施改良后的人工地基，均需要在地基与沉管隧道管节之间充填垫层材料。垫层的主要功能是填充管节底部与基槽底部之间的空隙，保证上部荷载均匀传递到下部地基，避免由于地基受力不均导致结构的局部破坏或者产生较大的不均匀沉降。垫层的工程规模不大，但在沉管隧道工程中起的作用却是至关重要的。垫层所选择的材料和设计的合适与否，直接关系到沉管隧道工程的长期运营安全。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法，建设的沉管隧道结构能够消能减震，使用后期产生的沉降量小、沉降均匀，能够长期安全运营，回填方法适用于外海水流情况复杂等恶劣环境。
根据本发明实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法，包括：步骤S1，先在水面下浚挖施工，挖出用于放置沉管隧道的基槽，并对所述基槽进行测量，确定达到设计尺寸，然后对所述基槽的底部进行全面清淤；步骤S2，在所述基槽的底部铺设碎石，对所述碎石进行刮平压实，形成碎石垫层；步骤S3，在所述碎石垫层的上方铺设橡胶砂，对所述橡胶砂进行刮平压实，形成橡胶砂层；步骤S4，在所述橡胶砂层的上方铺设土工格栅，所述土工格栅将所述碎石垫层和所述橡胶砂层压密填实形成整体；步骤S5，在所述土工格栅的上方放置多个混凝土墩台，再将沉管隧道的管节安放在所述混凝土墩台上；步骤S6，在所述管节的纵向两侧铺设锁定回填层，所述锁定回填层、所述管节的底部和所述土工格栅之间构成一个腔室，且所述锁定回填层上预留有多个喷砂通道，所述喷砂通道与所述腔室连通，在所述喷砂通道中预埋喷砂管；步骤S7，从所述喷砂管中向所述腔室喷射细砂，直至所述细砂与所述管节的底部接触，并使所述管节产生上抬后完成喷砂，形成细砂垫层。
根据本发明实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法，至少具有如下技术效果：
在浚挖出基槽后，对基槽底部全面清淤，后续铺设垫层时不会因淤泥扰动而发生沉降；碎石垫层，作为整个垫层的基础层，初步整平浚挖产生的不平整基槽底部；橡胶砂层中，橡胶颗粒摩擦性好，在震动时摩擦耗能更多，具有一定的弹性变形力、阻尼大，橡胶砂层具有高的隔离减震缓冲能力；
土工格栅，保证下层的基础不会向上移动，形成较为完整的硬质基础，有利于抵抗不均匀沉降，若后续还进行清淤操作，能保证在清淤过程中，清淤操作不会对土工格栅下方的层间基础产生扰动，阻止回淤物再次落入层间间隙；
管节初步放置在混凝土墩台上，使管节受力均匀，便于后续施工操作；锁定回填层，用于形成喷砂空间，且后续用于保护各垫层基础不流失；
细砂垫层，用于将各管节的力均匀传递至各垫层间；
由于各垫层的抗剪刚度小，地震作用在各垫层的力向上传递受阻，且地震时各垫层较容易发生剪切或滑移，结构的自振周期增大，更能保护管节不受地震损坏。
在本发明的一些实施例中，在步骤S2中，铺设所述碎石垫层包括以下步骤：步骤S2.1，采用方驳船定位，沿所述方驳船的船舷粗抛碎石，使得所述碎石的铺设面宽度为将要放置的所述管节径向两侧再各向外扩2m的连线距离；步骤S2.2，用刮平设备对粗抛的所述碎石进行刮平压实，去高补低，覆盖所述基槽的底部。
在本发明的一些实施例中，在步骤S2中，还包括以下步骤：步骤S2.3，完成所述碎石垫层的铺设后，进行回淤量检测，根据回淤量的数值选择清淤处理或不进行清淤处理。
在本发明的一些实施例中，用于铺设所述碎石垫层的碎石，其粒径大小在2cm～6cm之间，含泥量在2％以内。
在本发明的一些实施例中，用于铺设所述橡胶砂层的橡胶砂，其橡胶颗粒与砂石的配比在30％～40％之间。
在本发明的一些实施例中，在步骤S4中，还包括以下步骤：步骤S4.1，在铺设好所述土工格栅后，进行回淤量检测，根据回淤量的数值选择清淤处理或不进行清淤处理。
在本发明的一些实施例中，在步骤S5中，与所述管节轴向平行的方向上，每隔6m安放所述混凝土墩台，所述混凝土墩台的高度大于所述细砂垫层的层高。
在本发明的一些实施例中，所述管节的截面中间也预埋有所述喷砂管。
在本发明的一些实施例中，所述管节轴向上的端面为对接端，未连接下一所述管节的所述对接端处，沿所述管节的轴向，向内预留3m不铺设所述锁定回填层。
在本发明的一些实施例中，在步骤S6中，使用粒径大小为6cm～12cm的块石铺设所述锁定回填层。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的截面结构示意图；
图2为本发明实施例的局部结构放大图；
图3为本发明实施例的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例的流程图。
附图标记：
基槽100、碎石垫层200、橡胶砂层300、土工格栅400、混凝土墩台500、管节600、对接端610、锁定回填垫层700、喷砂管800、细砂垫层900。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
根据本发明实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填方法，包括：步骤S1，先在水面下浚挖施工，挖出用于放置沉管隧道的基槽100，并对基槽100进行测量，确定达到设计尺寸，然后对基槽100的底部进行全面清淤；
步骤S2，在基槽100的底部铺设碎石，对碎石进行刮平压实，形成碎石垫层200；
步骤S3，在碎石垫层200的上方铺设橡胶砂，对橡胶砂进行刮平压实，形成橡胶砂层300；
步骤S4，在橡胶砂层300的上方铺设土工格栅400，土工格栅400将碎石垫层200和橡胶砂层300压密填实形成整体；
步骤S5，在土工格栅400的上方放置多个混凝土墩台500，再将沉管隧道的管节600安放在混凝土墩台500上；
步骤S6，在管节600的纵向两侧铺设锁定回填层700，锁定回填层700、管节600的底部和土工格栅400之间构成一个腔室，且锁定回填层700上预留有多个喷砂通道，喷砂通道与腔室连通，在喷砂通道中预埋喷砂管800；
步骤S7，从喷砂管800中向腔室喷射细砂，直至细砂与管节600的底部接触，并使管节600产生上抬后完成喷砂，形成细砂垫层900。
在水面以下浚挖施工时，可以采用绞吸船和/或抓斗船作为开挖设备，完成用于放置沉管隧道的基槽100开挖，确认基槽100达到设计所需尺寸后，进行底部清淤。处理好基槽100后，使用设备开始铺设碎石垫层200，例如采用碎石铺设整平船，铺设0.4m～0.5m的碎石基础，并刮平压实，形成碎石垫层200，碎石垫层200的厚度可根据实际回填地形和方案进行调整。碎石垫层200作为垫层结构的第一层，用于初步整平开挖基槽100所产生的不平整底部。
处理好碎石垫层200后，继续在其上方铺设橡胶砂层300，橡胶砂层300的铺设可以采用刮铺法或其他方式。由于使用的橡胶砂粒径小于碎石块，在刮铺压实过程中，粒径较小的橡胶砂填充入碎石垫层200中，使得碎石垫层200更加密实，结构稳定。在本实施例中，铺设并刮平压实橡胶砂层300，使其厚度达到0.3m～0.4m。
然后开始铺设土工格栅400，土工格栅400可以采用钢塑土工或玻璃纤维土工等材料，土工格栅400铺设后，将包裹碎石垫层200和橡胶砂层300，并将其压密填实形成整体，铺设的土工格栅400大致有0.01m厚。
在安放管节600前，需要在土工格栅400上放置多个混凝土墩台500作为简易支撑，再将管节600安放在混凝土墩台500上，避免管节600受力不均，影响管节600结构性能。
管节600的纵向两侧边需要铺设锁定回填层700，使得锁定回填层700、管节600的底部和土工格栅400之间构成一个腔室，该腔室用于后续的喷砂。锁定回填层700上，预留有多个喷砂通道，在本实施例中，沿管节600的轴向方向，每间隔8m进行设置一个喷砂通道，并在喷砂通道内预埋有喷砂管800。
通过预埋的喷砂管800向腔室内喷射细砂，细砂与管节600的底部接触，继续喷砂直至管节600发生上抬，在本实施例中，当管节600发生上抬5mm高度时，完成喷砂操作，形成细砂垫层900，细砂垫层900的厚度在0.2m～0.3m之间。使用喷射的方法能够保证细砂具有足够的流动性、扩散性，采用适当的喷射压力使细砂将橡胶砂层300间的缝隙填充完全。在长期的沉降过程中，细砂会不断的向橡胶砂层300和碎石垫层200中扩散，以达到逐渐密实的效果。
采用本发明方法回填的各垫层抗剪刚度小，地震发生时，通过垫层向上部结构传递作用受到阻碍，各垫层较容易发生剪切或滑移，结构的自振周期增大，更加地远离场地的卓越周期。同时上部的管节600相对于各垫层基础可能做整体水平滑动，在接触面产生相对摩擦，较好的消耗地震能量，起到很好的减隔震效果。土工格栅400的加入，在抵抗各垫层发生的不均匀沉降时，可以起到明显效果。
在本发明的一些实施例中，在步骤S2中，铺设碎石垫层200包括以下步骤：步骤S2.1，采用方驳船定位，沿方驳船的船舷粗抛碎石，使得碎石的铺设面宽度为将要放置的管节600径向两侧再各向外扩2m的连线距离；步骤S2.2，用刮平设备对粗抛的碎石进行刮平压实，去高补低，覆盖基槽100的底部。
碎石的铺设面宽度为将要放置的管节600径向两侧再各向外扩2m的连线距离，使其能有效承载管节600；对碎石进行刮平压实，去高补低，能有效覆盖基槽100底部的淤泥，减少回淤，增强碎石垫层200的刚度和承载力。
在本发明的一些实施例中，在步骤S2中，还包括以下步骤：步骤S2.3，完成碎石垫层200的铺设后，进行回淤量检测，根据回淤量的数值选择清淤处理或不进行清淤处理。
若回淤量大，淤泥会影响后续橡胶砂层300的铺设结构，淤泥易被扰动，使得铺设好的橡胶砂层300产生较大沉降。进行回淤量检测，回淤值大时，在不扰动碎石200的情况下，使用清淤工具进行清淤处理。
在本发明的一些实施例中，用于铺设碎石垫层200的碎石，其粒径大小在2cm～6cm之间，含泥量在2％以内。
用粒径大小在2cm～6cm之间的碎石，铺设碎石垫层200后，结构稳定，承载力强。碎石含泥量需控制在2％以内，超出范围时会影响碎石垫层200的结构性能。
在本发明的一些实施例中，用于铺设橡胶砂层300的橡胶砂，其橡胶颗粒与砂石的配比在30％～40％之间。
选用橡胶颗粒与砂石配比在30％～40％之间的橡胶砂，既能保证橡胶砂层300的动力特性、承载能力，又能保留一定的缓冲性能，达到隔震效果。若配比小于30％，则橡胶砂层300的弹性性能减弱，其减隔震缓冲能力大大降低；若配比大于40％，则橡胶砂层300的整体结构差，承载力不足。
优选地，橡胶颗粒可以选择使用设备切割废旧轮胎而获得，将废旧轮胎有效重利用，为存放废旧轮胎节省了大量空间，并减少了对环境的破坏，具有良好的经济、环境及工程效益。
在本发明的一些实施例中，在步骤S4中，还包括以下步骤：步骤S4.1，在铺设好土工格栅400后，进行回淤量检测，根据回淤量的数值选择清淤处理或不进行清淤处理。
若回淤量大，淤泥会影响后续细砂垫层900的铺设结构，淤泥易被扰动，使得铺设好的细砂垫层900产生较大沉降，从而使得管节600的底部接触受力不均，影响管节600的使用寿命。进行回淤量检测，回淤值大时，使用清淤工具进行清淤处理。若需要清淤处理，土工格栅400还能保护下方的各垫层不被扰动，阻止回淤物在清淤过程中再次落入各垫层间的缝隙，使得清淤效果更好。
在本发明的一些实施例中，在步骤S5中，与管节600轴向平行的方向上，每隔6m安放混凝土墩台500，混凝土墩台500的高度大于细砂垫层900的层高。
间隔6m安放混凝土墩台500，使安放的管节600受力均衡。由于混凝土墩台500在受力后会在橡胶砂层300上发生沉降，所以混凝土墩台500的高度需大于细砂垫层900的层高，从而在产生沉降后留有足够的高度铺设细砂垫层900。在本实施例中，细砂垫层900的铺设厚度在0.2m～0.3m之间，则混凝土墩台500可以使用边长为0.4m的正方体墩台。
在本发明的一些实施例中，管节600的截面中间也预埋有喷砂管800。
若管节600的宽度较大，则仅从管节600的径向两侧边通过喷砂管800进行喷砂，填充管节600底部的中间区域难度较大。在管节600的截面中间也预埋有喷砂管800，即可直接向管节600底部的中间区域进行喷砂，形成的细砂垫层900结构完整，填充密实可靠。
在本发明的一些实施例中，管节600轴向上的端面为对接端，未连接下一管节600的对接端610处，沿管节600的轴向，向内预留3m不铺设锁定回填层700。
若管节600的对接端还未进行下一管节600的对接，则在此对接端向管节600内部方向预留3m的距离，暂不进行铺设锁定回填层700，以方便下一管节600的对接安装以及下方各垫层的铺设。
在本发明的一些实施例中，在步骤S6中，使用粒径大小为6cm～12cm的块石铺设锁定回填层700。
使用粒径大小为6cm～12cm的块石铺设锁定回填层700，创造相对密闭的空间以便喷射细砂形成细砂垫层900。同时，还能保护下方的各垫层基础不流失，提升结构的稳固性。
在本发明的一些实施例中，碎石垫层200所采用的碎石粒径大小在2cm～6cm之间，橡胶砂层300所采用的橡胶颗粒和砂石颗粒的粒径大小在1cm～2cm之间，细砂垫层900所采用的细砂颗粒的粒径大小在0.25cm～0.35cm之间。在回填施工过程中，各垫层中的小粒径颗粒不断填充进大粒径颗粒中，使得各垫层之间互相补充，整体结构不断密实。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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