CN106592633B - 沉管隧道施工系统及施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种沉管隧道施工系统及施工工艺，属于水底隧道施工技术领域。该施工系统包括可对建造沉管隧道的沉管进行操作的一体船，所述一体船上设置有用于沉放沉管的沉放设备、用于控制沉放的控制设备，以及用于沉管锁定回填的回填设备，所述一体船上还设置有用于提供航行动力的推进器；还包括一基地，所述基地包括有可存放沉管的深坞区和与所述深坞区相连通、用于停靠所述一体船的坞外作业区，所述一体船在所述坞外作业区内与所述深坞区中存放的沉管进行连接作业和舾装作业，并将沉管从所述坞外作业区运输至预定沉放位置。本发明能够提高沉管隧道施工效率、缓解航运交通，同时可适用于空间较小地区的施工。

Description

沉管隧道施工系统及施工工艺

技术领域

本发明属于水底隧道施工技术领域，尤其涉及一种沉管隧道施工系统及施工工艺。

背景技术

水底隧道的主要施工方法为预制管段沉放法，采用此方法建筑的隧道为沉管隧道。目前，沉管隧道的施工方法为首先在沉管预制厂预进行沉管预制并完成舾装件安装工艺，然后通过拖运装备将沉管浮运至沉管施工基槽区域进行沉管沉放安装和锁定回填。这种施工工艺采用的预制厂包括预制车间、浅坞区和深坞区，其中，浅坞区为干坞，用于沉管的拼装，而深坞区的整个坞舱装满水，用于沉管的存放和舾装。

然而，现有沉管隧道施工技术仍存在一些不足：(1)沉管浮运时，需要配备多艘大功率拖轮拖拽沉管进行运输，运输途中需要对航道进行封航，禁止其他船舶通行，严重影响航运交通；(2)沉管的浮运、沉放安装和锁定回填需要分别通过拖轮、专用安装船和专用回填船进行操作，施工工艺复杂，船舶之间的调度安排复杂，施工周期长，作业效率低，施工成本高；(3)沉管的存放和舾装都在预制厂的同一个深坞区内进行，深坞区的建设需要较大的空间，不适用于空间较小地区的施工。

因此，如何改进现有沉管隧道施工装备和工艺，以缓解航运交通、提高施工效率，同时根据施工装备和工艺改造现有预制厂基地，减小深坞区建设空间以适用于空间较小地区施工，这是当前急需解决的一项技术难题。

发明内容

本发明针对上述的现有沉管隧道施工效率低、航运交通拥堵、且不适用于空间较小地区施工的技术问题，提出一种沉管隧道施工系统及施工工艺，能够提高施工效率、缓解航运交通，同时可适用于空间较小地区的施工。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的一方面提供了一种沉管隧道施工系统，包括可对建造沉管隧道的沉管进行操作的一体船，所述一体船上设置有用于沉放沉管的沉放设备、用于控制沉放的控制设备，以及用于沉管锁定回填的回填设备，所述一体船上还设置有用于提供航行动力的推进器；还包括一基地，所述基地包括有可存放沉管的深坞区和与所述深坞区相连通、用于停靠所述一体船的坞外作业区，所述一体船在所述坞外作业区内与所述深坞区中存放的沉管进行连接作业和舾装作业，并将沉管从所述坞外作业区运输至预定沉放位置。

作为优选，所述一体船为双体船结构，包括平行设置的第一船体和第二船体，所述第一船体和第二船体的上部通过甲板桥相连接，所述甲板桥下方、所述第一船体和第二船体之间连接有所述沉管。

作为优选，所述沉放设备包括连接于所述甲板桥与沉管之间的吊缆，以及设置于所述甲板桥上、用于控制所述吊缆升降的升降机构。

作为优选，所述控制设备包括设置于所述甲板桥与沉管之间、用于控制沉管左右摆动的第一控制单元和设置于所述甲板桥与沉管之间、用于控制沉管前后摆动的第二控制单元。

作为优选，所述回填设备包括位于所述第一船体和第二船体之间、并位于所述沉管左右两侧的用于回填砂土的回填导管，所述回填导管竖直连接于所述甲板桥的底部，并穿过所述甲板桥。

作为优选，所述基地还包括用于预制沉管的预制车间和用于拼装沉管的浅坞区。

本发明的另一方面还提供了一种利用上述任一项技术方案所述的沉管隧道施工系统的沉管隧道施工工艺，包括如下步骤：

船管连接与舾装：将一体船移动至坞外作业区内，将存放于深坞区内的沉管移动至一体船的下方，并通过一体船上设置的沉放设备将沉管与一体船连接在一起，船管连接完成后对沉管进行舾装；

沉管运输：开启一体船上设置的推进器，行驶一体船将沉管运输至预定沉放位置，通过带缆对一体船进行系泊；

沉管沉放：向沉管内加压载水，通过定位系统辅助定位，利用一体船上设置的沉放设备将沉管准确沉放，沉放过程中，通过一体船上设置的控制设备控制沉管在左右和前后方向上的摆动；

锁定回填：沉放沉管后，通过一体船上设置的回填设备对沉管进行锁定回填，当回填的砂土的高度满足要求后，停止回填。

作为优选，在船管连接步骤中，一体船通过绞移的方式移动至坞外作业区内，沉管通过绞移的方式移动至一体船的下方。

作为优选，在舾装完成后，沉管运输步骤前，还包括对一体船上设置的沉放设备进行沉放测试的步骤。

作为优选，锁定回填完成后，还包括拆除舾装件和一体船返航的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明提供的沉管隧道施工系统及施工工艺集沉管的运输、沉放安装和锁定回填于一体，无需使用其他的安装船或回填船，施工工艺简单，能够提高施工效率，缩短施工周期，降低施工成本；

2、本发明提供的沉管隧道施工系统通过一体船上设置的推进器，可自航运输沉管，无需大量拖轮辅助，无需封航，可缓解航运交通；

3、本发明提供的沉管隧道施工系统通过设置坞外作业区，将沉管的存放与舾装分区域作业，减小深坞区所需的建设空间，可适用于空间较小地区的施工。

附图说明

图1为本发明实施例提供的沉管隧道施工系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一体船的主视图；

图3为本发明实施例提供的一体船的左视图；

图4为本发明实施例提供的在船管连接步骤中一体船绞移时缆系布置示意图；

图5为本发明实施例提供的在船管连接步骤中沉管绞移时缆系布置示意图；

以上各图中：1、一体船；101、第一船体；102、第二船体；103、甲板桥；2、深坞区；3、坞外作业区；4、浅坞区；5、预制车间；6、坞门；7、外坞门；8、沉管；9、推进器；10、回填导管；11、吊缆；12、升降机构；13、第一调节缆；14、第二调节缆；15、第三调节缆；16、第四调节缆；17、第一绞车；18、第一带缆；19、第二带缆；20、防风锚；21、固定缆；22、第二绞车；23、第三带缆；24、第四带缆。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例的一方面提供了一种沉管隧道施工系统，如图1、图2所示，包括可对建造沉管隧道的沉管8进行操作的一体船1，一体船1上设置有用于沉放沉管8的沉放设备、用于控制沉放的控制设备，以及用于沉管8锁定回填的回填设备，一体船1上还设置有用于提供航行动力的推进器9；还包括一基地，所述基地包括有可存放沉管8的深坞区2和与深坞区2相连通、用于停靠一体船1的坞外作业区3，一体船1在坞外作业区3内与深坞区2中存放的沉管8进行连接作业和舾装作业，并将沉管8从坞外作业区3运输至预定沉放位置。使用时，将一体船1移动至坞外作业区3内，将存放于深坞区2中的沉管8移动至一体船1的下方，在坞外作业区3进行一体船1与沉管8的连接作业，并对完成舾装作业。舾装完成后，开启推进器9将沉管8运输至预定沉放位置，预定沉放位置可以为隧道基槽的上方。通过所述沉放设备将沉管8沉放至基槽中，在沉放过程中，通过所述控制设备实时调整沉管8的姿态。沉放完成后，通过所述回填设备对沉管8进行锁定回填。

在本实施例中，需要说明的是，本领域技术人员还可以根据施工需要，在一体船1上设置用于舾装作业的吊机、用于辅助定位的动力定位系统、用于夜间施工照明的照明系统、用于实时监测沉放的测控系统、用于一体船1系泊的恒张力绞车以及用于施工验收的测量塔和测量设备等其他施工所需设备，在一体船1的底部还可以设置橡胶板，用于缓冲连接作业时或沉管8运输过程中沉管8与一体船1的底部之间的撞击和摩擦。此外，还需要说明的是，为了便于将一体船1与沉管8进行连接，坞外作业区3与深坞区2的连接处还可设置有坞门6，沉管8可通过坞门6从深坞区2中移动至坞外作业区3中。另外，为了避免在坞外作业区3内进行作业时受到风浪的影响，坞外作业区3还可设置有与坞门6相对应的外坞门7，进行连接作业和舾装作业时关闭外坞门7，使坞外作业区3内水位保持稳定，避免了一体船1的摆动，便于进行连接作业和舾装作业。

由于用于建造水底隧道的沉管8的体积通常较大，为了减小一体船1的制造成本，如图2所示，一体船1采用双体船结构，包括平行设置的第一船体101和第二船体102，第一船体101和第二船体102的上部通过甲板桥103相连接，甲板桥103下方、第一船体101和第二船体102之间连接有沉管8。这种双体船结构使船体的体积更小，有利于降低船体制造成本，同时便于船体转向。

如图2所示，所述沉放设备包括连接于甲板桥103与沉管8之间的吊缆11，以及设置于甲板桥103上、用于控制吊缆11升降的升降机构12。这种吊缆11与升降机构12相配合的沉放设备，结构简单、占用空间小，而且操作简单。可以理解的是，本领域技术人员还可以采用其他合理的沉放设备。

所述控制设备包括设置于甲板桥103与沉管8之间、用于控制沉管8左右摆动的第一控制单元和设置于甲板桥103与沉管8之间、用于控制沉管8前后摆动的第二控制单元。在本实施例中，需要说明的是，如图2所示，所述第一控制单元包括相互交错并对称设置的第一调节缆13和第二调节缆14，第一调节缆13的一端连接于沉管8顶面右侧的边沿上，另一端连接于甲板桥103底部的左侧，第二调节缆14的一端连接于沉管8顶面左侧的边沿上，另一端连接于甲板桥103底部的右侧。如图3所示，所述第二控制单元包括相互交错并对称设置的第三调节缆15和第四调节缆16，第三调节缆15的一端连接于沉管8的前端，另一端连接于甲板桥103底部的后端，第四调节缆16的一端连接于沉管8的后端，另一端连接于甲板桥103底部的前端。使用时，通过拉紧或松放对称设置的第一调节缆13或第二调节缆14，实现对沉管8左右摆动的控制，通过拉紧或松放对称设置的第三调节缆15或第四调节缆16，实现对沉管8前后摆动的控制。同时，第一调节缆13与第二调节缆14设置为相互交错，第三调节缆15与第四调节缆16设置为相互交错，使沉管8更稳定，便于控制沉管8的摆动，同时可避免沉管8在沉放过程中的旋转。

如图2所示，所述回填设备包括位于第一船体101和第二船体102之间、并位于沉管8左右两侧的用于回填砂土的回填导管10，回填导管10竖直连接于甲板桥103的底部，并穿过甲板桥103。在使用时，沉管8沉放完成后，位于沉管8左右两侧的回填导管10自然锁定沉管8左右两侧的基槽，无需再次定位，通过回填导管10的引导可准确将砂土填入沉管8左右两侧的基槽中，实现沉管8的锁定回填。需要说明的是，回填导管10的长度为可调节的，通过伸长回填导管10使其管口深入水下直至基槽处，可避免砂土在下落时因水流冲击而导致的落点偏移，同时，通过调节回填导管10的长度，可适用于不同水深的施工。

为了减轻沉管8搬运的工作量，如图1所示，所述基地还包括用于预制沉管8的预制车间5和用于拼装沉管8的浅坞区4。这样的设置使得沉管8从预制、拼装、存放到舾装的全部作业都可以在基地内完成，无需长途搬运，有利于减轻施工工作量、缩短施工后期、降低施工成本。

本发明实施例的另一方面还提供了一种利用上述任一项实施例所述的沉管隧道施工系统的沉管隧道施工工艺，包括如下步骤：

S1船管连接与舾装：将一体船1移动至坞外作业区3内，将存放于深坞区2内的沉管8移动至一体船1的下方，并通过一体船1上设置的沉放设备将沉管8与一体船1连接在一起，船管连接完成后对沉管8进行舾装。

在本步骤中，需要说明的是，在将一体船1移动至坞外作业区3内后，可打开坞门6使坞外作业区3与深坞区2连通，以便于将沉管8移动至一体船1的下方。所述舾装步骤包括将系船柱、钢封门及压载水系统等装置舾装至沉管8上，以及将测量塔、测量仪器等装置舾装至一体船1上。此外，还需要说明的是，一体船1移动至坞外作业区3内后，需要对一体船1进行系泊，通过在一体船1的周围设置多根带缆使一体船1的位置固定，避免船管连接与舾装作业时一体船1的晃动问题。

S2沉管运输：开启一体船1上设置的推进器9，行驶一体船1将沉管8运输至预定沉放位置，通过带缆对一体船1进行系泊。

在本步骤中，需要说明的是，当一体船1靠近预定沉放位置时，可通过锚艇将一体船1的锚缆与在水底设置的预埋锚进行快速连接，通过锚泊定位使一体船1准确到达预定沉放位置。同时，通过带缆对一体船1进行系泊，系泊时，可在一体船1上设置恒张力绞车，带缆的一端与恒张力绞车相连接，另一端通过抛锚的方式固定于水底，通过恒张力绞车控制一体船1的平面位置，可避免在沉放沉管8时一体船1的移位。

S3沉管沉放：向沉管8内加压载水，通过定位系统辅助定位，利用一体船1上设置的沉放设备将沉管8准确沉放，沉放过程中，通过一体船1上设置的控制设备控制沉管8在左右和前后方向上的摆动。

在本步骤中，需要说明的是，通过所述控制设备可实现对沉管8的姿态的纠偏和调整，实现了沉管8的精确就位。

S4锁定回填：沉放沉管8后，通过一体船1上设置的回填设备对沉管8进行锁定回填，当回填的砂土的高度满足要求后，停止回填。

在本步骤中，需要说明的是，为了减轻一体船1的载重，可采用运料船向一体船1运输砂土。进行锁定回填施工时，将运料船靠泊至一体船1的两侧，通过所述运料船上搭载的输料设备向一体船1上设置的回填设备输送砂土，通过所述回填设备对沉管8进行锁定回填，利用测控设备扫测锁定回填的效果，当回填砂土的高度满足要求后，停止回填。

在一优选实施例中，在船管连接步骤中，一体船1通过绞移的方式移动至坞外作业区3内，沉管8通过绞移的方式移动至一体船1的下方。在本实施例中，需要说明的是，一体船1绞移时缆系布置如图4所示，在一体船1的后端设置第一带缆18，第一带缆18的另一端与设置在坞门6两侧坞墙顶部的第一绞车17相连接，在一体船1的前端设置第二带缆19，第二带缆19的另一端与设置在坞外作业区3外的防风锚20相连接。通过第一绞车17绞缆，使一体船1移动至坞外作业区3内，并且使一体船1的后端正对坞门6，以便于将沉管8移动至一体船1的下方。此外，还需要说明的是，沉管8绞移时缆系布置如图5所示，通过设置于一体船1两侧的固定缆21将一体船1固定于坞外作业区3内，在沉管8的后端设置第三带缆23，第三带缆23的另一端与设置在深坞区2坞墙顶部的第二绞车22相连接，在沉管8的前端设置第四带缆24，第四带缆24的另一端连接于一体船1的前端。进行船管连接时，拉动第四带缆24，同时通过第二绞车22松放第三带缆23，使沉管8移动至一体船1的下方，这种连接方式可适应于标准沉管和异性沉管。

在一优选实施例中，为了保证沉放设备的正常运行，在舾装完成后，沉管8运输步骤前，还包括对一体船1上设置的沉放设备进行沉放测试的步骤。通过沉放测试，一方面可及时发现沉管8与沉放设备连接不牢靠的地方，另一方面可保证沉放设备的正常运行，有利于保证施工安全。

在一优选实施例中，锁定回填完成后，还包括拆除舾装件和一体船1返航的步骤。在本实施例中，需要说明的是，可通过在一体船1上设置吊机对舾装件进行拆除，舾装件拆除后，一体船1倒车至转向区域进行转向，然后沿着运输路线原路返回至基地进行下一节沉管8的运输和安装任务。

Claims (10)

1.一种沉管隧道施工系统，其特征在于：

包括对建造沉管隧道的沉管进行操作的一体船，所述一体船上设置有用于沉放沉管的沉放设备、用于控制沉放的控制设备，以及用于沉管锁定回填的回填设备，所述一体船上还设置有用于提供航行动力的推进器；

还包括一基地，所述基地包括有存放沉管的深坞区和与所述深坞区相连通、用于停靠所述一体船的坞外作业区，所述一体船在所述坞外作业区内与所述深坞区中存放的沉管进行连接作业和舾装作业，并将沉管从所述坞外作业区运输至预定沉放位置。

2.根据权利要求1所述的沉管隧道施工系统，其特征在于：所述一体船为双体船结构，包括平行设置的第一船体和第二船体，所述第一船体和第二船体的上部通过甲板桥相连接，所述甲板桥下方、所述第一船体和第二船体之间连接有所述沉管。

3.根据权利要求2所述的沉管隧道施工系统，其特征在于：所述沉放设备包括连接于所述甲板桥与沉管之间的吊缆，以及设置于所述甲板桥上、用于控制所述吊缆升降的升降机构。

4.根据权利要求2所述的沉管隧道施工系统，其特征在于：所述控制设备包括设置于所述甲板桥与沉管之间、用于控制沉管左右摆动的第一控制单元和设置于所述甲板桥与沉管之间、用于控制沉管前后摆动的第二控制单元。

5.根据权利要求2所述的沉管隧道施工系统，其特征在于：所述回填设备包括位于所述第一船体和第二船体之间、并位于所述沉管左右两侧的用于回填砂土的回填导管，所述回填导管竖直连接于所述甲板桥的底部，并穿过所述甲板桥。

6.根据权利要求1所述的沉管隧道施工系统，其特征在于：所述基地还包括用于预制沉管的预制车间和用于拼装沉管的浅坞区。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的沉管隧道施工系统的沉管隧道施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

船管连接与舾装：将一体船移动至坞外作业区内，将存放于深坞区内的沉管移动至一体船的下方，并通过一体船上设置的沉放设备将沉管与一体船连接在一起，船管连接完成后对沉管进行舾装；

沉管运输：开启一体船上设置的推进器，行驶一体船将沉管运输至预定沉放位置，通过带缆对一体船进行系泊；

沉管沉放：向沉管内加压载水，通过定位系统辅助定位，利用一体船上设置的沉放设备将沉管准确沉放，沉放过程中，通过一体船上设置的控制设备控制沉管在左右和前后方向上的摆动；

锁定回填：沉放沉管后，通过一体船上设置的回填设备对沉管进行锁定回填，当回填的砂土的高度满足要求后，停止回填。

8.根据权利要求7所述的沉管隧道施工工艺，其特征在于：在船管连接步骤中，一体船通过绞移的方式移动至坞外作业区内，沉管通过绞移的方式移动至一体船的下方。

9.根据权利要求7所述的沉管隧道施工工艺，其特征在于：在舾装完成后，沉管运输步骤前，还包括对一体船上设置的沉放设备进行沉放测试的步骤。

10.根据权利要求7所述的沉管隧道施工工艺，其特征在于：锁定回填完成后，还包括拆除舾装件和一体船返航的步骤。