CN107700543A - 沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，包括导向杆和两个导向托架，导向杆适配所有导向托架的凹槽，导向杆连接于最终接头，最终接头的两个端面用于对接两节沉管，每个导向托架连接于一个沉管，每个最终接头的端面设有至少三个直线往复运动部件，每个直线往复运动部件连接有位移传感器；其中，直线往复运动部件沿最终接头轴向运动。运用该调整系统，导向杆和导向托架的适配实现最终接头和沉管的粗定位，直线往复运动部件的差异调节实现最终接头端面和沉管端面的平齐，以便后续对接水密，以便对直线往复运动部件调整控制，该调整系统结构简单，操作使用方便，效果显著，适用于最终接头着床后纵向的调整。
Description
技术领域
本发明涉及海底隧道施工领域，特别涉及一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统及方法。
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，为使最后一节管段的沉放顺利必须留有长于该管段的距离空间，该余下距离空间所沉放对接的管段即视为最终接头，即隧道连接的两端均沉管施工，并在海中对接合拢，最后的合拢管段即为最终接头。该沉管隧道最终接头是沉管隧道建设的关键，特别是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。
为了防止最终接头沉放设置到两节沉管之间时对两节沉管的撞击，造成最终接头和/或沉管结构破坏，两节沉管之间的间隙大于最终接头的长度，以便最终接头顺利沉放，然后最终接头着床后再对其方位进行调整以便最终接头和两节沉管平齐，顺利对接水密，且需要使后续最终接头对沉管顶推力均匀，防止水密的最终接头和沉管倾翻。
发明内容
本发明的目的在于克服最终接头和两节沉管平齐，顺利对接水密，且需要使后续最终接头对沉管顶推力均匀，防止水密的最终接头和沉管倾翻的问题，提供一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统及方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，包括导向杆和两个导向托架，所述导向杆适配所有所述导向托架的凹槽，所述导向杆连接于最终接头，所述最终接头的两个端面用于对接两节沉管，每个所述导向托架连接于一个所述沉管，每个所述最终接头的端面设有至少三个直线往复运动部件，每个所述直线往复运动部件连接有位移传感器；
其中，所述直线往复运动部件沿所述最终接头轴向运动。
此处需要说明的是，沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统中的纵向是指所述最终接头和所述沉管的轴向，即调整的方向是所述最终接头端面相对所述沉管端面的间距的方向；此处所述最终接头着床后纵向调整是指所述最终接头还是被吊运设备提拉并且所述最终接头接触基床时对所述最终接头纵向的调整，利用所述最终接头与基床的摩擦力，防止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最终接头在调整时过于飘动。
采用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，利用所述导向杆和所述导向托架的适配实现所述最终接头和所述沉管的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件运动并顶撑所述沉管的端面，每个所述直线往复运动部件的差异调节实现所述最终接头端面和所述沉管端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件调整控制，该调整系统结构简单，操作使用方便，效果显著，适用于所述最终接头着床后纵向的调整。
上述每个所述直线往复运动部件的差异调节是指所述最终接头一侧端面上的每个所述直线往复运动部件顶推，另一侧端面上对应的每个所述直线往复运动部件相应同步收缩，保证所述最终接头位置调节过程平稳。
优选地，所述凹槽的宽度大于所述导向杆的直径。
理想状态下所述凹槽的宽度等于所述导向杆的直径，以到达所述导向杆与所述凹槽适配后，所述最终接头即与所述沉管对齐，但是所述最终接头在沉放时由吊船吊运，并由拖船等其他设备挂牵引绳向各个方向牵引所述最终接头以调节所述最终接头在海中的位置，海流对所述最终接头扰动大，很难保证相同宽度的所述凹槽和所述导向杆的适配，也容易在所述凹槽和所述导向杆适配时卡接不当，需要投入大量人力、工时来完成所述凹槽和所述导向杆的适配，但是海上作业受天气、海流等因素影响特别大，能够作业的窗口期少，因此需要在窗口期时限内迅速使所述凹槽和所述导向杆适配，所以本发明采用所述凹槽的宽度大于所述导向杆的直径的技术方案，使得所述凹槽和所述导向杆的适配容易、快速，实现粗定位，待所述凹槽和所述导向杆适配、所述最终接头着床后，再调节所述导向杆在所述凹槽内的位置，实现精定位，保证所述最终接头的轴线与两节所述沉管的轴线重合。
优选地，每个所述直线往复运动部件的自由端均包括球铰结构。
采用这种结构设置，对于端面具有倾角的所述最终接头，即楔形箱体最终接头，与所述最终接头对接的两节所述沉管的两个端面也具有倾角，然而所述直线往复运动部件沿所述最终接头轴向运动，即所述直线往复运动部件的运动方向与所述沉管的端面并不垂直，所述直线往复运动部件的自由端不能有效支撑所述沉管的端面，球铰结构可使所述直线往复运动部件的自由端在接触所述沉管的端面后自适应贴合于所述沉管的端面，改变所述直线往复运动部件的供力方向，对所述沉管形成有效支撑。
优选地，每个所述最终接头的端面设有若干个防撞块，每个所述直线往复运动部件的初始长度均小于每个所述防撞块的长度；防止所述最终接头沉放过程中与所述沉管的撞击对所述直线往复运动部件造成破坏。
优选地，每个所述防撞块的端面比每个所述直线往复运动部件自由端面的初始位置高40-80mm。
优选地，每个所述最终接头的端面周缘设有一圈环状的顶推小梁，每个所述顶推小梁沿所述最终接头轴向运动，每个所述顶推小梁的端部设有一圈GINA止水带，每个所述最终接头的端面上设置的所有所述直线往复运动部件位于对应所述顶推小梁环内侧；在所述直线往复运动部件支撑所述沉管，并对所述最终接头的方位调整完成后，所述顶推小梁运动，所述GINA止水带接触并紧密贴合于所述沉管的端面，实现所述沉管和所述最终接头的管内与管外水密隔离。
优选地，每个所述直线往复运动部件均为液压千斤顶。
优选地，每个所述最终接头的端面上设置的所有所述液压千斤顶的液压管线和控制线缆均通过对应的端封门连入所述最终接头内部。
优选地，所述顶推小梁采用液压系统驱动，所述顶推小梁的液压系统管线和所述液压千斤顶的管线连通且连接于同一液压源，所述顶推小梁的液压系统的控制线缆和所述液压千斤顶的控制线缆一起通过脐带传输到指挥控制室。
优选地，每个所述导向托架的凹槽开口处呈V型。
优选地，所有所述V型边均设有导向垫。
优选地，所有所述导向垫相对水平面的夹角为15°-80°。
优选地，每个所述导向垫包括垫板、橡胶层和MGE工程塑料合金板，所述橡胶层连接于所述导向托架，所述垫板连接于所述橡胶层，所述MGE工程塑料合金板连接于所述垫板，其中所述橡胶层和所述垫板用于缓冲减振，所述MGE工程塑料合金板具有水润滑、自润滑、摩擦系数小、免维护、耐磨损、耐腐蚀、能承受重荷载、抗冲击和机加工性能好等特点，所述MGE工程塑料合金板用于减小所述导向杆和所述导向托架间的摩擦，使所述导向杆顺利滑入所述凹槽。
优选地，所述导向杆的端部设有止脱帽，防止所述导向杆纵向位移时从所述凹槽上脱落。
优选地，该纵向调整系统还包括测量塔，所述测量塔设于所述最终接头顶部，所述测量塔用于实时监测所述最终接头在海中的方位数据并提供反馈参考。
本发明还提供了一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，应用如以上任一项所述的调整系统，包括以下步骤：
A、沉放所述最终接头着床，并使所述导向杆放入所有所述导向托架的凹槽内；
B、调节所述导向杆在每个所述凹槽内移动，使所述最终接头的轴线与两节所述沉管的轴线重合；
C、所有所述直线往复运动部件的自由端移动伸出并接触各自对应的所述沉管端面，并将所述最终接头与两节所述沉管调整平齐；
D、一侧的所述直线往复运动部件顶推所述沉管端面，另一侧的所述直线往复运动部件相应同步收缩，使所述最终接头与两节所述沉管的间距相等，完成所述最终接头纵向调整。
采用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，利用所述导向杆和所述导向托架的适配实现所述最终接头和所述沉管的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件运动并顶撑所述沉管的端面，每个所述直线往复运动部件的差异调节实现所述最终接头端面和所述沉管端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件调整控制，最后所述直线往复运动部件调节所述最终接头与两节所述沉管的间距相等，便于后续顶推水密受力均匀，防止水密的所述最终接头和所述沉管倾翻，该调整方法步骤简单，效果显著，适用于所述最终接头着床后纵向的调整。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、运用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，利用所述导向杆和所述导向托架的适配实现所述最终接头和所述沉管的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件运动并顶撑所述沉管的端面，每个所述直线往复运动部件的差异调节实现所述最终接头端面和所述沉管端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件调整控制，该调整系统结构简单，操作使用方便，效果显著，适用于所述最终接头着床后纵向的调整；
2、运用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，利用所述导向杆和所述导向托架的适配实现所述最终接头和所述沉管的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件运动并顶撑所述沉管的端面，每个所述直线往复运动部件的差异调节实现所述最终接头端面和所述沉管端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件调整控制，最后所述直线往复运动部件调节所述最终接头与两节所述沉管的间距相等，便于后续顶推水密受力均匀，防止水密的所述最终接头和所述沉管倾翻，该调整方法步骤简单，效果显著，适用于所述最终接头着床后纵向的调整。
附图说明
图1为本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统的结构示意图；
图2为最终接头沉放示意图一；
图3为最终接头沉放示意图二；
图4为最终接头沉放示意图三；
图5为导向杆和导向托架适配示意图；
图6为直线往复运动部件调节最终接头与沉管间距的示意图一；
图7为直线往复运动部件调节最终接头与沉管间距的示意图二；
图8为直线往复运动部件调节最终接头与沉管间距的示意图三。
图中标记：1-最终接头，11-顶推小梁，12-端封门，2-沉管，3-导向杆，4-导向托架，41-导向垫，5-直线往复运动部件，51-辅助支撑架，6-防撞块，7-测量塔。
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1
如图1-8所示，本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，包括导向杆3和两个导向托架4，所述导向杆3适配所有所述导向托架4的凹槽，所述导向杆3连接于最终接头1，所述最终接头1的两个端面用于对接两节沉管2，每个所述导向托架4连接于一个所述沉管2，每个所述最终接头1的端面设有至少三个直线往复运动部件5，每个所述直线往复运动部件5连接有位移传感器；其中，所述直线往复运动部件5沿所述最终接头1轴向运动。
此处需要说明的是，沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统中的纵向是指所述最终接头1和所述沉管2的轴向，即调整的方向是所述最终接头1端面相对所述沉管2端面的间距的方向。
作为本实施例的一个优选方案，所述凹槽的宽度大于所述导向杆3的直径。理想状态下所述凹槽的宽度等于所述导向杆3的直径，以到达所述导向杆3与所述凹槽适配后，所述最终接头1即与所述沉管2对齐，但是所述最终接头1在沉放时由吊船吊运，并由拖船等其他设备挂牵引绳向各个方向牵引所述最终接头1以调节所述最终接头1在海中的位置，海流对所述最终接头1扰动大，很难保证相同宽度的所述凹槽和所述导向杆3的适配，也容易在所述凹槽和所述导向杆3适配时卡接不当，需要投入大量人力、工时来完成所述凹槽和所述导向杆3的适配，但是海上作业受天气、海流等因素影响特别大，能够作业的窗口期少，因此需要在窗口期时限内迅速使所述凹槽和所述导向杆3适配，所以本发明采用所述凹槽的宽度大于所述导向杆3的直径的技术方案，使得所述凹槽和所述导向杆3的适配容易、快速，实现粗定位，待所述凹槽和所述导向杆3适配、所述最终接头1着床后，再调节所述导向杆3在所述凹槽内的位置，实现精定位，保证所述最终接头1的轴线与两节所述沉管2的轴线重合。
如图6-8所示，每个所述直线往复运动部件5的自由端均包括球铰结构，采用这种结构设置，对于端面具有倾角的所述最终接头1，即楔形箱体最终接头，与所述最终接头1对接的两节所述沉管2的两个端面也具有倾角，然而所述直线往复运动部件5沿所述最终接头1轴向运动，即所述直线往复运动部件5的运动方向与所述沉管2的端面并不垂直，所述直线往复运动部件5的自由端不能有效支撑所述沉管2的端面，球铰结构可使所述直线往复运动部件5的自由端在接触所述沉管2的端面后自适应贴合于所述沉管2的端面，改变所述直线往复运动部件5的供力方向，对所述沉管2形成有效支撑。
如图1-8所示，每个所述最终接头1的端面设有若干个防撞块6，每个所述直线往复运动部件5的初始长度均小于每个所述防撞块6的长度，每个所述防撞块6的端面比每个所述直线往复运动部件5自由端面的初始位置高50mm；防止所述最终接头1沉放过程中与所述沉管2的撞击对所述直线往复运动部件5造成破坏。如图1-4所示，每个所述最终接头1的端面周缘设有一圈环状的顶推小梁11，每个所述顶推小梁11沿所述最终接头1轴向运动，每个所述顶推小梁的端部设有一圈GINA止水带，每个所述最终接头1的端面上设置的所有所述直线往复运动部件5位于对应所述顶推小梁11环内侧；在所述直线往复运动部件5支撑所述沉管2，并对所述最终接头1的方位调整完成后，所述顶推小梁11运动，所述GINA止水带接触并紧密贴合于所述沉管2的端面，实现所述沉管2和所述最终接头1的管内与管外水密隔离。每个所述直线往复运动部件5均为液压千斤顶。每个所述最终接头1的端面上设置的所有所述液压千斤顶的液压管线和控制线缆均通过对应的端封门12连入所述最终接头1内部。所述顶推小梁11采用液压系统驱动，所述顶推小梁11的液压系统管线和所述液压千斤顶的管线连通且连接于同一液压源，所述顶推小梁11的液压系统的控制线缆和所述液压千斤顶的控制线缆一起通过脐带传输到指挥控制室。
如图6所示，着床后的所述最终接头1的一端面靠近对应所述沉管2，该端面上的所述防撞块6接触对应所述沉管2端面，此时该端面上的所述直线往复运动部件5并未接触对应所述沉管2，待所述最终接头1着床稳定后，该端面上的所述直线往复运动部件5自由端开始运动；如图7所示，该端面上所述直线往复运动部件5自由端伸长并接触对应所述沉管2；如图8所示，该端面上所述直线往复运动部件5顶推对应所述沉管2，所述最终接头1远离所述沉管2，所述防撞块6脱离所述沉管2。与图6-8对应的所述最终接头1的另一端面上的所述直线往复运动部件5自由端伸长并接触对应所述沉管2，在对侧所述直线往复运动部件5顶推的同时同步收缩，保证所述最终接头1位置调节过程平稳。
作为本实施例的一个优选方案，每个所述导向托架4的凹槽开口处呈V型。所有所述V型边均设有导向垫41。所有所述导向垫41相对水平面的夹角为30°。每个所述导向垫41包括垫板、橡胶层和MGE工程塑料合金板，所述橡胶层连接于所述导向托架4，所述垫板连接于所述橡胶层，所述MGE工程塑料合金板连接于所述垫板，其中所述橡胶层和所述垫板用于缓冲减振，所述MGE工程塑料合金板具有水润滑、自润滑、摩擦系数小、免维护、耐磨损、耐腐蚀、能承受重荷载、抗冲击和机加工性能好等特点，所述MGE工程塑料合金板用于减小所述导向杆3和所述导向托架4间的摩擦，使所述导向杆3顺利滑入所述凹槽。所述导向杆3的端部设有止脱帽，防止所述导向杆3纵向位移时从所述凹槽上脱落。该纵向调整系统还包括测量塔7，所述测量塔7设于所述最终接头1顶部，所述测量塔7用于实时监测所述最终接头1在海中的方位数据并提供反馈参考。
运用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，利用所述导向杆3和所述导向托架4的适配实现所述最终接头1和所述沉管2的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件5运动并顶撑所述沉管2的端面，每个所述直线往复运动部件5的差异调节实现所述最终接头1端面和所述沉管2端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件5的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件5调整控制，该调整系统结构简单，操作使用方便，效果显著，适用于所述最终接头1着床后纵向的调整。
实施例2
如图1-8所示，本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，应用如实施例1所述的调整系统，包括以下步骤：
A、沉放所述最终接头1着床，并使所述导向杆3放入所有所述导向托架4的凹槽内；
B、调节所述导向杆3在每个所述凹槽内移动，使所述最终接头1的轴线与两节所述沉管2的轴线重合；
C、所有所述直线往复运动部件5的自由端移动伸出并接触各自对应的所述沉管2端面，并将所述最终接头1与两节所述沉管2调整平齐；
D、一侧的所述直线往复运动部件5顶推所述沉管2端面，另一侧的所述直线往复运动部件5相应同步收缩，使所述最终接头1与两节所述沉管2的间距相等，完成所述最终接头1纵向调整。
运用本发明所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，利用所述导向杆3和所述导向托架4的适配实现所述最终接头1和所述沉管2的粗定位，然后所有所述直线往复运动部件5运动并顶撑所述沉管2的端面，每个所述直线往复运动部件5的差异调节实现所述最终接头1端面和所述沉管2端面的平齐，以便后续对接水密，所有所述位移传感器对相应所述直线往复运动部件5的位移实时反馈，以便对所述直线往复运动部件5调整控制，最后所述直线往复运动部件5调节所述最终接头1与两节所述沉管2的间距相等，便于后续顶推水密受力均匀，防止水密的所述最终接头1和所述沉管2倾翻，该调整方法步骤简单，效果显著，适用于所述最终接头1着床后纵向的调整。
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)
1.一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，包括导向杆(3)和两个导向托架(4)，其特征在于，所述导向杆(3)适配所有所述导向托架(4)的凹槽，所述导向杆(3)连接于最终接头(1)，所述最终接头(1)的两个端面用于对接两节沉管(2)，每个所述导向托架(4)连接于一个所述沉管(2)，每个所述最终接头(1)的端面设有至少三个直线往复运动部件(5)，每个所述直线往复运动部件(5)连接有位移传感器；
其中，所述直线往复运动部件(5)沿所述最终接头(1)轴向运动。
2.根据权利要求1所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述直线往复运动部件(5)的自由端均包括球铰结构。
3.根据权利要求1所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述最终接头(1)的端面设有若干个防撞块(6)，每个所述直线往复运动部件(5)的初始长度均小于每个所述防撞块(6)的长度。
4.根据权利要求1所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述最终接头(1)的端面周缘设有一圈环状的顶推小梁(11)，每个所述顶推小梁(11)沿所述最终接头(1)轴向运动，每个所述顶推小梁的端部设有一圈GINA止水带，每个所述最终接头(1)的端面上设置的所有所述直线往复运动部件(5)位于对应所述顶推小梁(11)环内侧。
5.根据权利要求4所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述直线往复运动部件(5)均为液压千斤顶。
6.根据权利要求5所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述最终接头(1)的端面上设置的所有所述液压千斤顶的液压管线和控制线缆均通过对应的端封门(12)连入所述最终接头(1)内部。
7.根据权利要求1所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，每个所述导向托架(4)的凹槽开口处呈V型。
8.根据权利要求7所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，所有所述V型边均设有导向垫(41)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的沉管隧道最终接头着床后纵向调整系统，其特征在于，还包括测量塔(7)，所述测量塔(7)设于所述最终接头(1)顶部。
10.一种沉管隧道最终接头着床后纵向调整方法，应用如权利要求1-9任一项所述的调整系统，其特征在于，包括以下步骤：
A、沉放所述最终接头(1)着床，并使所述导向杆(3)放入所有所述导向托架(4)的凹槽内；
B、调节所述导向杆(3)在每个所述凹槽内移动，使所述最终接头(1)的轴线与两节所述沉管(2)的轴线重合；
C、所有所述直线往复运动部件(5)的自由端移动伸出并接触各自对应的所述沉管(2)端面，并将所述最终接头(1)与两节所述沉管(2)调整平齐；
D、一侧的所述直线往复运动部件(5)顶推所述沉管(2)端面，另一侧的所述直线往复运动部件(5)相应同步收缩，使所述最终接头(1)与两节所述沉管(2)的间距相等，完成所述最终接头(1)纵向调整。
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