CN107700544A - 外海沉管安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外海沉管安装方法,包括步骤A、海床铺设碎石垄并整平,形成碎石基床;B、工厂预制沉管管节并第一次舾装;C、用船拖运或者装船吊运管节到安装位置,并对管节第二次舾装;D、管节沉放着床于碎石基床,并与已安装沉管对齐;E、管节与已安装沉管水密对接,并对接合腔排水;F、贯通测量管节轴线偏差,超过设计要求时调整偏差至满足设计要求;G、碎石基床注浆;H、对管节回填,拆除舾装件。运用该方法,由于海底隧道修建过程中每一节管节的安装质量直接影响到下一沉管的定位,影响到海底隧道能否贯通以及海底隧道能否到达设计使用寿命,该方法原理清晰,步骤简单能够准确将管节精确安装到位,保证海底沉管隧道顺利贯通。
Description
技术领域
本发明涉及海底隧道施工领域,特别涉及一种外海沉管安装方法。
背景技术
沉管法隧道施工,就是把在半潜驳或者干坞内预制好的隧道沉箱分别浮运到预定位置沉放对接,外海超长沉管隧道建设,施工现场作业条件困难,面临着复杂的波浪和海流等海洋环境条件和气象条件。
如何将沉管管节一步步安装到位,确保每一节沉管的安装精度,保证海底沉管隧道顺利贯通,成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决沉管管节一步步安装到位,确保每一节沉管的安装精度,保证海底沉管隧道顺利贯通,成为亟需解决的问题,提供一种外海沉管安装方法。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种外海沉管安装方法,包括以下步骤:
A、海床铺设碎石垄并整平,形成碎石基床;
B、工厂预制沉管管节并第一次舾装;
C、用船拖运或者装船吊运所述管节到安装位置,并对所述管节第二次舾装;
D、所述管节沉放着床于所述碎石基床,并与已安装沉管对齐;
E、所述管节与已安装沉管水密对接,并对接合腔排水;
F、贯通测量所述管节轴线偏差,超过设计要求时调整偏差至满足设计要求;
G、所述碎石基床注浆;
H、对所述管节回填,拆除舾装件,完成所述管节安装。
其中,所述管节连向所述已安装沉管的一端端面设有一圈封闭环状的止水带,所述止水带用于所述管节与所述已安装沉管对接后止水,隔绝管内外海水,所述管节的两端设有端封门,在所述管节与所述已安装沉管对接后,所述管节上的所述端封门和所述已安装沉管上的所述端封门之间形成所述接合腔,所述端封门上设有排水阀、流量计、进气阀、人孔门和压力传感器等,所述管节上设有导向杆、拉合千斤顶和吊点,所述已安装沉管上设有导向托架、拉合托架和调位千斤顶,所述调位千斤顶连接有位移传感器和千斤顶行程传感器。所述第一次舾装的舾装件包括所述导向杆、所述导向托架、所述吊点、拉合托架、导缆器、系缆柱等;所述第二次舾装的舾装件包括所述拉合千斤顶,所述第二次舾装取下止水带的保护罩;第一次舾装时,在所述管节内底板安装三点倾斜仪固定平台,采用倾斜计调整安装平台水平,利用双螺母固定并在表面涂抹油脂保护,第二次舾装时将倾斜仪安装在平台上。所述步骤D中,所述管节接触所述碎石基床但仍受吊运设备拉力,利用所述管节与所述碎石基床的摩擦力,防止所述管节在海底位置调整时受水流影响导致调整过渡以及不易控制,及利用摩擦力防止所述管节在调整时过于飘动,在所述步骤F完成后再整体放吊着床。
采用本发明所述的外海沉管安装方法,由于海底隧道修建过程中每一节所述管节的安装质量直接影响到下一沉管的定位,影响到海底隧道能否贯通以及海底隧道能否到达设计使用寿命,该方法原理清晰,步骤简单能够准确将所述管节精确安装到位,保证海底沉管隧道顺利贯通。
优选地,先执行所述步骤B再执行所述步骤A,或者同时执行所述步骤A和所述步骤B。
优选地,执行所述步骤D时,利用压载水***控制所述管节浮力、系泊***控制所述管节平面位置、吊索***控制所述管节沉放速度和水中姿态、测控***指导所述管节与已安装沉管对齐。
所述压载水***包括设于所述管节内的水箱,所述压载水***用于所述管节在起浮、发生偏转、系泊和沉放时进行压重控制,通过向所述水箱内注水或者排水来控制所述管节的浮力。
所述系泊***包括与缆索相连的锚,所述缆索连接所述管节,所述锚预埋于海床,所述锚优选HY-17型拖曳入泥锚。
所述测控***包括设于所述管节顶部首端和尾端的测量塔或者水下声纳测控***,所述测量塔用于水深较浅段所述管节安装,所述测量塔顶部安装RTK GPS天线及棱镜,沉放过程中所述测量塔的顶端始终露出海面,GPS及棱镜正常工作,沉放过程中以GPS为主要控制手段,当GPS信号出现异常,可采用全站仪光学测控***配合所述棱镜进行测控,所述管节在坞内通过特征点标定得到的所述测量塔顶GPS天线/棱镜与所述管节各特征点之间的相对位置关系以及安装在管所述管节内的倾斜仪同步采集到的数据,采用专业软件对上述数据进行解算,得到所述管节特征点坐标和空间姿态,指导所述管节的沉放对接施工;所述水下声纳测控***用于水深较深段所述管节安装,所述水下声纳测控***在安装船艏端两侧浮箱上,分别安装1台送受波器,通过数据线缆与安装船上的沉放测控***PC连接,送受波器顶部安装有GPSA和GPSB,可以实时反映送受波器的平面位置,在已安装沉管顶面安装有两台应答器,所述管节顶面安装有三台应答器,所述管节沉放时,通过所述管节顶面三台应答器控制所述管节在水中的空间姿态;通过测算沉管顶面五台应答器的相互之间的位置关系,反映所述已安装沉管与所述管节之间的相对位置,从而控制所述管节向所述已安装沉管靠拢并对接。
优选地,执行所述步骤D时,利用所述拉合千斤顶内置的所述位移传感器精确测量所述管节左右两端距离,利用所述拉合千斤顶、必要时所述管节尾端安装缆辅助对所述管节位置进行调位,至所述管节端面距已安装沉管尾端端面左右两侧的测量值之差≤2cm为止。
优选地,执行所述步骤E时,利用拉合千斤顶初步压缩止水带,然后所述接合腔排水利用水力完全压接所述止水带。
优选地,初步压缩所述止水带包括以下步骤:
第一步,所述拉合千斤顶拉合所述管节靠近所述已安装沉管,所述止水带鼻尖接触所述已安装沉管端面,完成初次拉合,此时所述止水带未压缩,压力传感器值为零,所述接合腔内外水压相同;
第二步,所述拉合千斤顶拉合所述管节压缩,当满足初步止水要求后,所述压力传感器读数增大,由此判断所述接合腔达到水密,完成二次拉合,此时由于所述接合腔空间变小,其内水压上升,水压上升2%即进行所述接合腔排水,排水速度控制在0.5m3/min以下。
优选地,执行所述初次拉合后,潜水员确认所述止水带鼻尖与所述管节端部之间没有夹杂异物,再执行所述二次拉合。
优选地,为了防止所述止水带侧翻,开启所述已安装沉管端封门上的排水阀,少量、受控的排出所述接合腔内的水,降低所述接合腔内压力,帮助所述拉合千斤顶最大程度的压缩所述止水带。
优选地,通过流量计监控所述接合腔排水速度,同时观察所述压力传感器上的压力值变化,当所述压力传感器读数降低至与二次拉合前读数相同时,停止所述接合腔排水。
优选地,再次进行所述拉合千斤顶拉合、排水降压的过程,直到所述拉合千斤顶拉合时所述压力传感器的读数不再明显变化为止。
优选地,完成初步压缩所述止水带后,开启所述已安装沉管端封门上的排水阀,将所述接合腔内的水受控地排出,利用所述管节自由端巨大的水压力使所述止水带进一步压缩
优选地,为确保所述止水带均匀压缩,排水初期轻微开启所述排水阀,控制放水速度,所述端封门间的水压缓慢释放后,所述止水带基本达到设计压缩量,之后开启所述端封门上的进气阀,利用所述接合腔和所述已安装沉管内的水头差将所述接合腔内的水排出,最后利用排水泵助排,彻底排出所述端封门间的水体,所述止水带得到充分压缩,达到要求的止水效果。
优选地,所述接合腔排水完成后,打开所述端封门上的人孔门,工作人员进入所述接合腔检查所述止水带压缩情况,确认符合要求后,采用扫仓泵将所述接合腔内剩余水排出。
优选地,执行所述步骤F时,利用设置在已安装沉管内的纠偏调位千斤顶顶推所述管节对接端,使所述管节尾端纠偏。
优选地,所述尾端纠偏包括以下步骤:
第一步,将所述调位千斤顶连接的位移传感器和千斤顶行程传感器调零;
第二步,将测量的尾端轴线偏差值换算为千斤顶顶推位移量,控制所述调位千斤顶按照该位移量顶推,顶推期间端封门上人孔门关闭;
第三步,顶推到位后,打开所述人孔门,测量人员进入所述管节再次进行贯通测量,直到偏差值满足设计要求。
优选地,执行所述步骤G后,待所述管节沉降稳定后,再执行所述步骤H。
优选地,执行所述步骤H时,所述管节回填包括以下步骤:
第一步,对所述管节两侧进行锁定回填,先进行点锁定回填,再进行全断面锁定回填;
第二步,所述锁定回填完成后进行一般回填;
第三步,所述一般回填完成后进行护面层回填。
优选地,所述锁定回填和所述一般回填采用专用回填船施工,所述护面层回填采用专用回填船或者驳船抛放块石回填。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
运用本发明所述的外海沉管安装方法,由于海底隧道修建过程中每一节所述管节的安装质量直接影响到下一沉管的定位,影响到海底隧道能否贯通以及海底隧道能否到达设计使用寿命,该方法原理清晰,步骤简单能够准确将所述管节精确安装到位,保证海底沉管隧道顺利贯通;
附图说明
图1为管节和已安装沉管对接结构示意图;
图2为本发明所述的外海沉管安装方法的流程示意图。
图中标记:1-碎石基床,2-管节,21-拉合千斤顶,22-拉合托架,23-调位千斤顶,3-接合腔,4-止水带,5-端封门。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1-2所示,本发明所述的一种外海沉管安装方法,包括以下步骤:
A、海床铺设碎石垄并整平,形成碎石基床1;
B、工厂预制沉管管节2并第一次舾装;
C、用船拖运或者装船吊运所述管节2到安装位置,并对所述管节2第二次舾装;
D、所述管节2沉放着床于所述碎石基床1,并与已安装沉管对齐;
E、所述管节2与已安装沉管水密对接,并对接合腔3排水;
F、贯通测量所述管节2轴线偏差,超过设计要求时调整偏差至满足设计要求;
G、所述碎石基床1注浆;
H、对所述管节2回填,拆除舾装件,完成所述管节2安装。
其中,所述管节2连向所述已安装沉管的一端端面设有一圈封闭环状的止水带4,所述止水带4用于所述管节2与所述已安装沉管对接后止水,隔绝管内外海水,所述管节2的两端设有端封门5,在所述管节2与所述已安装沉管对接后,所述管节2上的所述端封门5和所述已安装沉管上的所述端封门5之间形成所述接合腔3,所述端封门5上设有排水阀、流量计、进气阀、人孔门和压力传感器等,所述管节2上设有导向杆、拉合千斤顶21和吊点,所述已安装沉管上设有导向托架、拉合托架22和调位千斤顶23,所述调位千斤顶23连接有位移传感器和千斤顶行程传感器。所述第一次舾装的舾装件包括所述导向杆、所述导向托架、所述吊点、拉合托架22、导缆器、系缆柱等;所述第二次舾装的舾装件包括所述拉合千斤顶21,所述第二次舾装取下所述止水带4的保护罩;第一次舾装时,在所述管节2内底板安装三点倾斜仪固定平台,采用倾斜计调整安装平台水平,利用双螺母固定并在表面涂抹油脂保护,第二次舾装时将倾斜仪安装在平台上。所述步骤D中,所述管节2接触所述碎石基床1但仍受吊运设备拉力,利用所述管节2与所述碎石基床1的摩擦力,防止所述管节2在海底位置调整时受水流影响导致调整过渡以及不易控制,及利用摩擦力防止所述管节2在调整时过于飘动,在所述步骤F完成后再整体放吊着床。
作为本实施例的一个优选方案,先执行所述步骤B再执行所述步骤A,或者同时执行所述步骤A和所述步骤B。
作为本实施例的一个优选方案,执行所述步骤D时,利用压载水***控制所述管节2浮力、系泊***控制所述管节2平面位置、吊索***控制所述管节2沉放速度和水中姿态、测控***指导所述管节2与已安装沉管对齐。所述压载水***包括设于所述管节2内的水箱,所述压载水***用于所述管节2在起浮、发生偏转、系泊和沉放时进行压重控制,通过向所述水箱内注水或者排水来控制所述管节2的浮力。所述系泊***包括与缆索相连的锚,所述缆索连接所述管节2,所述锚预埋于海床,所述锚优选HY-17型拖曳入泥锚。所述测控***包括设于所述管节2顶部首端和尾端的测量塔或者水下声纳测控***,所述测量塔用于水深较浅段所述管节2安装,所述测量塔顶部安装RTK GPS天线及棱镜,沉放过程中所述测量塔的顶端始终露出海面,GPS及棱镜正常工作,沉放过程中以GPS为主要控制手段,当GPS信号出现异常,可采用全站仪光学测控***配合所述棱镜进行测控,所述管节2在坞内通过特征点标定得到的所述测量塔顶GPS天线/棱镜与所述管节2各特征点之间的相对位置关系以及安装在管所述管节2内的倾斜仪同步采集到的数据,采用专业软件对上述数据进行解算,得到所述管节2特征点坐标和空间姿态,指导所述管节2的沉放对接施工;所述水下声纳测控***用于水深较深段所述管节2安装,所述水下声纳测控***在安装船艏端两侧浮箱上,分别安装1台送受波器,通过数据线缆与安装船上的沉放测控***PC连接,送受波器顶部安装有GPSA和GPSB,可以实时反映送受波器的平面位置,在已安装沉管顶面安装有两台应答器,所述管节2顶面安装有三台应答器,所述管节2沉放时,通过所述管节2顶面三台应答器控制所述管节2在水中的空间姿态;通过测算沉管顶面五台应答器的相互之间的位置关系,反映所述已安装沉管与所述管节2之间的相对位置,从而控制所述管节2向所述已安装沉管靠拢并对接。利用所述拉合千斤顶21内置的所述位移传感器精确测量所述管节2左右两端距离,利用所述拉合千斤顶21、必要时所述管节2尾端安装缆辅助对所述管节2位置进行调位,至所述管节2端面距已安装沉管尾端端面左右两侧的测量值之差≤2cm为止。
作为本实施例的一个优选方案,执行所述步骤E时,利用拉合千斤顶21初步压缩止水带4,然后所述接合腔3排水利用水力完全压接所述止水带4。初步压缩所述止水带4包括以下步骤:第一步,所述拉合千斤顶21拉合所述管节2靠近所述已安装沉管,所述止水带4鼻尖接触所述已安装沉管端面,完成初次拉合,此时所述止水带4未压缩,压力传感器值为零,所述接合腔3内外水压相同;第二步,所述拉合千斤顶21拉合所述管节2压缩,当满足初步止水要求后,所述压力传感器读数增大,由此判断所述接合腔3达到水密,完成二次拉合,此时由于所述接合腔3空间变小,其内水压上升,水压上升2%即进行所述接合腔3排水,排水速度控制在0.5m3/min以下。执行所述初次拉合后,潜水员确认所述止水带4鼻尖与所述管节2端部之间没有夹杂异物,再执行所述二次拉合。
为了防止所述止水带4侧翻,开启所述已安装沉管端封门5上的排水阀,少量、受控的排出所述接合腔3内的水,降低所述接合腔3内压力,帮助所述拉合千斤顶21最大程度的压缩所述止水带4。通过流量计监控所述接合腔3排水速度,同时观察所述压力传感器上的压力值变化,当所述压力传感器读数降低至与二次拉合前读数相同时,停止所述接合腔3排水。再次进行所述拉合千斤顶21拉合、排水降压的过程,直到所述拉合千斤顶21拉合时所述压力传感器的读数不再明显变化为止。完成初步压缩所述止水带4后,开启所述已安装沉管端封门5上的排水阀,将所述接合腔3内的水受控地排出,利用所述管节2自由端巨大的水压力使所述止水带4进一步压缩。为确保所述止水带4均匀压缩,排水初期轻微开启所述排水阀,控制放水速度,所述端封门5间的水压缓慢释放后,所述止水带4基本达到设计压缩量,之后开启所述端封门5上的进气阀,利用所述接合腔3和所述已安装沉管内的水头差将所述接合腔3内的水排出,最后利用排水泵助排,彻底排出所述端封门5间的水体,所述止水带4得到充分压缩,达到要求的止水效果。所述接合腔3排水完成后,打开所述端封门5上的人孔门,工作人员进入所述接合腔3检查所述止水带4压缩情况,确认符合要求后,采用扫仓泵将所述接合腔3内剩余水排出。
作为本实施例的一个优选方案,执行所述步骤F时,利用设置在已安装沉管内的纠偏调位千斤顶23顶推所述管节2对接端,使所述管节2尾端纠偏。所述尾端纠偏包括以下步骤:第一步,将所述调位千斤顶23连接的位移传感器和千斤顶行程传感器调零;第二步,将测量的尾端轴线偏差值换算为千斤顶顶推位移量,控制所述调位千斤顶23按照该位移量顶推,顶推期间端封门5上人孔门关闭;第三步,顶推到位后,打开所述人孔门,测量人员进入所述管节2再次进行贯通测量,直到偏差值满足设计要求。
作为本实施例的一个优选方案,执行所述步骤G后,待所述管节2沉降稳定后,再执行所述步骤H。执行所述步骤H时,所述管节2回填包括以下步骤:第一步,对所述管节2两侧进行锁定回填,先进行点锁定回填,再进行全断面锁定回填;第二步,所述锁定回填完成后进行一般回填;第三步,所述一般回填完成后进行护面层回填。所述锁定回填和所述一般回填采用专用回填船施工,所述护面层回填采用专用回填船或者驳船抛放块石回填。
运用本发明所述的外海沉管安装方法,由于海底隧道修建过程中每一节所述管节2的安装质量直接影响到下一沉管的定位,影响到海底隧道能否贯通以及海底隧道能否到达设计使用寿命,该方法原理清晰,步骤简单能够准确将所述管节2精确安装到位,保证海底沉管隧道顺利贯通。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外海沉管安装方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、海床铺设碎石垄并整平,形成碎石基床(1);
B、工厂预制沉管管节(2)并第一次舾装;
C、用船拖运或者装船吊运所述管节(2)到安装位置,并对所述管节(2)第二次舾装;
D、所述管节(2)沉放着床于所述碎石基床(1),并与已安装沉管对齐;
E、所述管节(2)与已安装沉管水密对接,并对接合腔(3)排水;
F、贯通测量所述管节(2)轴线偏差,超过设计要求时调整偏差至满足设计要求;
G、所述碎石基床(1)注浆;
H、对所述管节(2)回填,拆除舾装件,完成所述管节(2)安装。
2.根据权利要求1所述的外海沉管安装方法,其特征在于,执行所述步骤D时,利用压载水***控制所述管节(2)浮力、系泊***控制所述管节(2)平面位置、吊索***控制所述管节(2)沉放速度和水中姿态、测控***指导所述管节(2)与已安装沉管对齐。
3.根据权利要求1所述的外海沉管安装方法,其特征在于,执行所述步骤E时,利用拉合千斤顶(21)初步压缩止水带(4),然后所述接合腔(3)排水利用水力完全压接所述止水带(4)。
4.根据权利要求3所述的外海沉管安装方法,其特征在于,初步压缩所述止水带(4)包括以下步骤:
第一步,所述拉合千斤顶(21)拉合所述管节(2)靠近所述已安装沉管,所述止水带(4)鼻尖接触所述已安装沉管端面,完成初次拉合;
第二步,所述拉合千斤顶(21)拉合所述管节(2)压缩,当满足初步止水要求后,压力传感器读数增大,由此判断所述接合腔(3)达到水密,完成二次拉合。
5.根据权利要求4所述的外海沉管安装方法,其特征在于,执行所述初次拉合后,潜水员确认所述止水带(4)鼻尖与所述管节(2)端部之间没有夹杂异物,再执行所述二次拉合。
6.根据权利要求3所述的外海沉管安装方法,其特征在于,完成初步压缩所述止水带(4)后,开启所述已安装沉管端封门(5)上的排水阀,将所述接合腔(3)内的水受控地排出,利用所述管节(2)自由端巨大的水压力使所述止水带(4)进一步压缩。
7.根据权利要求6所述的外海沉管安装方法,其特征在于,所述接合腔(3)排水完成后,打开所述端封门(5)上的人孔门,工作人员进入所述接合腔(3)检查所述止水带(4)压缩情况,确认符合要求后,采用扫仓泵将所述接合腔(3)内剩余水排出。
8.根据权利要求1所述的外海沉管安装方法,其特征在于,执行所述步骤F时,利用设置在已安装沉管内的纠偏调位千斤顶(23)顶推所述管节(2)对接端,使所述管节(2)尾端纠偏。
9.根据权利要求8所述的外海沉管安装方法,其特征在于,尾端纠偏包括以下步骤:
第一步,将所述调位千斤顶(23)连接的位移传感器和千斤顶行程传感器调零;
第二步,将测量的尾端轴线偏差值换算为千斤顶顶推位移量,控制所述调位千斤顶(23)按照该位移量顶推,顶推期间端封门(5)上人孔门关闭;
第三步,顶推到位后,打开所述人孔门,测量人员进入所述管节(2)再次进行贯通测量,直到偏差值满足设计要求。
10.根据权利要求1-9任一项所述的外海沉管安装方法,其特征在于,执行所述步骤G时,所述管节(2)回填包括以下步骤:
第一步,对所述管节(2)两侧进行锁定回填,先进行点锁定回填,再进行全断面锁定回填;
第二步,所述锁定回填完成后进行一般回填;
第三步,所述一般回填完成后进行护面层回填。
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