[发明专利]一种负浮力沉管的设计方法

说明书

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，特别涉及一种负浮力沉管的设计方法，本方法无需考虑干舷调整层的设计，也无需考虑干舷值与运营期抗浮的设计矛盾，通过满足结构布置要求确定的压载混凝土的设计厚度，进而反算是否超出设定的第一抗浮系数的要求，以获得大于对应预设要求的负浮力，之后按照等于第一抗浮系数时计算出的厚度来分配第一压载混凝土的设计厚度和第二压载混凝土的设计厚度，有效保证沉管自身能够达到现有规范规定的沉放、对接阶段的负浮力要求，又能达到现有规范规定的对接完成置换压载水箱后的负浮力要求，同时，降低运输船的承载力要求，还能降低沉管安装过程所需的吊力，减小安装风险，降低运输、安装的成本。

技术领域

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，特别涉及一种负浮力沉管的设计方法。

背景技术

沉管结构设计中必须考虑浮力设计，包括干舷的选定和抗浮安全系数的验算。现有技术中均采用的是正干舷管节，即管节在浮运时，管节能够在水中自浮，管节顶面须露出水面。为了保证浮运过程中管节的安全及稳定，在浮运之前需通过管节内部设置的压载水箱系统将管节调整至设计干舷值，设计干舷值(露出高度)通常在10-30cm左右，然后利用沉管本身可自浮的特性，用拖轮组将沉管从预制场浮运至安装地点。

因此，为满足最小干舷值，常常导致管节的截面高度较大，进而使得主体结构及基槽回填等工程量增加、预制成本及施工成本增大；并且在管节起浮后，不但需要进行干舷值的测试，在浮运、沉放过程中为达到现有规范中对应的抗浮系数要求，还需要通过压载水箱系统在水中调节管节的负浮力，精度控制复杂，施工难度可想而知。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的沉管设计均采用正干舷的设计，导致管节的截面高度较大，进而使得主体结构及基槽回填等工程量增加、预制成本及施工成本增大、施工难度大的问题，提供一种负浮力沉管的设计方法。

现有的沉管在设计阶段，均考虑正干舷值进行设计，本申请所述的一种负浮力沉管，即为一种负干舷沉管，也即是进入水域中会达到具有现有技术中的沉管在沉放、对接环节的负浮力状态的沉管。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种负浮力沉管的设计方法，包括如下步骤：

a、确定顶板设计厚度、底板设计厚度、行车道设计净空高度和风机设计高度，得到第一沉管；

b、根据废水泵房的布置需求和横截沟段的布置需求中的较大者确定压载混凝土的设计厚度h₀，压载混凝土设于第一沉管内部，保持行车道设计净空高度不变，得到第二沉管；

c、验算第二沉管的设计自重是否大于设定的第一抗浮系数所需的重量，第二沉管的设计自重包含第二沉管的设计结构自重以及压载混凝土的设计自重；

d、若满足要求，则根据等于第一抗浮系数所需的重量计算用于在沉管预制阶段浇筑的第一压载混凝土的设计厚度h₁，并结合压载混凝土的厚度得到用于在沉管沉放后浇筑的第二压载混凝土的设计厚度h₂，h₂＝h₀-h₁，完成负浮力沉管的设计。