CN108222069A - 一种水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法，该沉管包括：沉管本体、挡水端和定位孔；其中，所述沉管本体，具有用于车辆运行的内部腔体；所述挡水端，适配设置于所述沉管本体的端部，用于防止海水进入所述沉管本体；所述定位孔，适配设置于所述沉管本体的底部，用于使所述沉管本体、以及与其适配的水下承台(15)的定位楔(22)之间进行适配连接。本发明的方案，可以克服现有技术中施工不方便、受环境影响大和对航道干扰大等缺陷，实现施工方便、受环境影响小和对航道干扰小的有益效果。克服现有技术中的缺陷，实现的有益效果。

Description

一种水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法

技术领域

本发明属于水下施工技术领域，具体涉及一种水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法，尤其涉及一种新的沉管架设施工装备及施工工艺。

背景技术

随着全球经济和科技的发展，跨越江河和海峡的交通运输逐渐增多。为满足生产、生活的需要，同时降低对周围环境的影响，解决大面积水域的航运等问题，水下隧道技术应运而生。水下隧道主要的施工工艺有沉管法、矿山法和盾构法。

沉管法隧道线路总长较矿山法和盾构法隧道显著缩短，管节断面形状选择灵活，施工时各工序可平行作业，极大地提高了作业效率，同时预制管节的质量控制精度较高，因此，沉管法隧道在很多情况下占有明显优势，已成为最经济合理的水下穿越方案。

但现有沉管技术仍有很多不足之处，例如：

(1)沉管铺放需要在海底挖很宽、很深的沟，因此挖掘量大大提高，同时回填量也会相应提高。

(2)沉管的浮运、沉放、安装、锁定回填等施工工艺，需要通过专业的拖轮、专业的除淤船、专业的回填船等多种专业设备进行操作，其作业效率低、周期长、施工成本高。

(3)沉管浮运期间，需要配备多艘大功率拖轮拖拽沉管进行运输，因此就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。

(4)沉管沉放是整个沉管隧道水下施工中极为中要的一环，现行主要的施工方案为浮吊法、浮箱沉吊法、升降平台法、抬吊法等，但都存在一定的利弊，如表1所示。

表1：沉管沉放施工方案利弊比较

为解决长、大距离跨海通道建设难题，需要提出一种在海底架桥(即沉管)的方案；即，像在陆地上架设管节的方式一样，在海底进行沉管架设，同时将沉管做成中空的，并在中空的沉管内部运行车辆。这样的方案难点在于水下可见性差，海流和天气影响大，施工作业不方便等。

可见，现有技术中，存在施工不方便、受环境影响大和对航道干扰大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法，以解决现有技术中在水下架设沉管施工不方便的问题，达到施工方便的效果。

本发明提供一种水下沉管，包括：沉管本体、挡水端和定位孔；其中，所述沉管本体，具有用于车辆运行的内部腔体；所述挡水端，适配设置于所述沉管本体的端部，用于防止海水进入所述沉管本体；所述定位孔，适配设置于所述沉管本体的底部，用于使所述沉管本体、以及与其适配的水下承台的定位楔之间进行适配连接。

可选地，在所述沉管本体上，还设有沉管沉放拉口，用于连接锚绳。

可选地，其中，所述沉管本体的数量为一节以上，相邻两节所述沉管本体的端部之间适配对接；和/或，所述沉管本体的重力与浮力之比大于1.05；和/或，所述挡水端，包括：适配设置的止水带和挡水墙。

与上述沉管相匹配，本发明另一方面提供一种架设水下沉管的装置，包括：用于架设以上所述的水下沉管；所述架设水下沉管的装置，包括：施工平台、平台钢管桩、浮箱、马达和架设设备；其中，所述施工平台，位于海面之上，用于作为能够升降的施工现场，且能够承载架设设备，并对所述水下沉管与水下承台进行定位；所述平台钢管桩，位于所述施工平台底部、且嵌入在海底岩石层中，用于支撑并固定所述施工平台；所述浮箱，位于所述施工平台底部，用于为所述施工平台提供浮力；所述马达，与所述施工平台适配设置，用于提供马力以使所述施工平台在水面上行进；所述架设设备，与所述施工平台适配设置，用于加载所述水下沉管，并实现对所述水下沉管的沉放、定位及对接。

可选地，所述架设设备，包括：钢轨、龙门吊、打桩机、卷扬机、千斤顶组件中的至少之一；其中，所述钢轨，适配设置与所述施工平台上，且用于承载所述水下沉管；所述龙门吊，用于吊起或沉放所述水下沉管。

可选地，与所述施工平台适配，还设置有升降机构，以及与所述升降机构适配设置的锁紧机构和/或固定机构；其中，所述升降机构，用于调节所述施工平台的高度；所述锁紧机构，用于当所述升降机构将所述施工平台的高度调节到设定高度时，将所述施工平台锁死在所述设定高度；所述固定机构，用于当所述锁紧机构将所述施工平台锁死在所述设定高度时，对所述施工平台进行固定。

可选地，其中，所述升降机构，包括：适配设置的平台锚绳拉口、沉管锚绳拉口和液压组件；和/或，所述锁紧机构，包括：机械锁；和/或，所述固定机构，包括：锚绳。

可选地，其中，所述液压组件，包括：适配设置的液压缸支撑座、液压缸和液压站；和/或，所述千斤顶组件，包括：适配设置的拉合千斤顶和拉合千斤顶座。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种架设水下沉管的施工方法，包括：用于使用以上所述的架设水下沉管的装置，架设以上所述的水下沉管；其施工方法包括：预制能够在水面上浮动的所述施工平台，并使所述施工平台能够自己提供马力以使自身在水面上前进；通过所述施工平台，承载所述架设设备，提供施工场地，并对所述水下沉管的沉放位置进行初步定位；所述初步定位完成后，通过所述架设设备，将每个所述平台钢管桩按照设定位置打入海底岩石层，并通过升降机构使所述施工平台升高至高于海平面；将一个所述水下沉管沉放、定位、并对接至所述水下承台，完成一个所述水下沉管的架设施工工艺。

可选地，还包括：当所述架设水下沉管的装置还包括升降机构时，一个所述水下沉管的架设施工工艺完成之后，通过升降机构使所述施工平台下降至海平面，拆除所述平台钢管桩；使所述施工平台行进，以进行下一个所述水下沉管的运输、沉放、定位及对接。

可选地，其中，对所述水下沉管的沉放位置进行初步定位，包括：当所述架设水下沉管的装置还包括沉管锚绳拉扣和平台锚绳拉口时，将两个所述施工平台航运到沉管锚绳拉扣处，再通过锚绳将平台锚绳拉口与沉管锚绳拉口连接固定；通过所述施工平台带动所述水下沉管、并航运到水下承台的初始设定位置处；和/或，将一个所述水下沉管沉放、定位、并对接至所述水下承台，包括：当所述架设水下沉管的装置还包括龙门吊、机械锁、卷扬机和拉合千斤顶时，将所述施工平台上的龙门吊通过锚绳与所述水下沉管上的沉管沉放拉口连接，并且放松锚绳；当所述施工平台升高至高于海平面时，通过机械锁将施工平台固定锁死；通过调整龙门吊前后、左右的位置，使所述水下沉管达到设定位置时进行沉放，使一个所述水下沉管其与前一个所述水下沉管进行对接；通过卷扬机调整定位楔的伸缩长度，以确定一个所述水下沉管与前一个所述水下沉管的定位位置；再通过拉合千斤顶，使一个所述水下沉管与前一个所述水下沉管对接完成。

本发明的方案，通过沉管本体与挡水端的适配设置，使得该沉管结构合理，方便车辆通行，且能够使用以下所述的架设水下沉管的装置进行架设施工，可靠性高，安全性好。

进一步，通过沉管架设于水下承台的铺设方式；没有拖轮拖拽的沉管浮运方式；准确、灵活可靠的沉管沉放平台；新的沉管与承台的定位方式；自动化、标准化的作业方式使得整个沉管的架设，在速度上、效率上、施工质量上及安全性能上都得到大大提高。

进一步，本发明的方案，通过运用成熟的工程机械自动化技术手段，提供一种新的沉管架设施工装备及施工工艺；可以解决现有沉管运输、沉放、无人对接施工工艺的不足，且具有施工成本低、时间短、效率高、标准统一、安全可靠等优势。

由此，本发明的方案，通过施工平台、架设设备、浮箱和马达的适配设置，对水下沉管进行沉放、定位和对接，解决现有技术中在水下架设沉管施工不方便的问题，从而，克服现有技术中施工不方便、受环境影响大和对航道干扰大的缺陷，实现施工方便、受环境影响小和对航道干扰小的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的架设水下沉管的装置(沉管架设施工装备)的一实施例的主视图；

图2为本发明的架设水下沉管的装置的一实施例的左视图；

图3为本发明的架设水下沉管的装置的一实施例的俯视图

图4为本发明的架设水下沉管的装置的一实施例的轴测图

图5为本发明的架设水下沉管的装置应用于施工工艺时的一实施例的主视图；

图6为本发明的架设水下沉管的装置应用于施工工艺时的一实施例的左视图；

图7为本发明的架设水下沉管的装置应用于施工工艺时的一实施例的俯视图；

图8为本发明的架设水下沉管的装置应用于施工工艺时的一实施例的轴测图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-平台钢管桩；2-浮箱；3-施工平台；4-平台锚绳拉口；5-液压缸支撑座；6-液压缸；7-龙门吊；8-钢轨；9-打桩机；10-马达；11-卷扬机；12-液压站；13-海底岩石层；14-海底；15-水下承台；16-水下沉管；17-沉管架设施工装备；18-拉合千斤顶；19-沉管沉放拉口；20-沉管锚绳拉口；21-拉合千斤顶座；22-定位楔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种水下沉管。该水下沉管可以包括：沉管本体、挡水端和定位孔。

在一个可选例子中，所述沉管本体，具有可以用于车辆运行的内部腔体。

例如：先预制一个沉管16，内部空间符合车辆运行要求。

可选地，在所述沉管本体上，还设有沉管沉放拉口19，可以用于连接锚绳。

由此，通过设置沉管沉放拉口，可以使得沉管本体更加便于运输和沉放，且不会影响其内部空间对车辆运行的要求。

可选地，所述沉管本体的数量为一节以上，相邻两节所述沉管本体的端部之间适配对接。

例如：沉管的长度在60米每节。

由此，通过将沉管本体设置为多节对接的方式，一方面便于运输、沉放及定位，另一方面可以提升沉管本体设置长度和设置方式的灵活性和便捷性。

可选地，所述沉管本体的重力与浮力之比大于1.05。

例如：沉管的重力浮力之比应大于1.05。

由此，通过设置沉管本体的重力与浮力之比，一方面方便运输及沉放，另一方面方便车辆运行，且可靠性高、安全性好。

在一个可选例子中，所述挡水端，适配设置于所述沉管本体的端部，可以用于防止海水进入所述沉管本体。

可选地，所述挡水端，可以包括：适配设置的止水带和挡水墙。

例如：沉管两头安装好GINA止水带(即橡胶止水带)和挡水墙。

由此，通过止水带与挡水墙的适配设置，可以提升对沉管本体端部挡水的可靠性和安全性，且结构简单、重量小。

在一个可选例子中，所述定位孔，适配设置于所述沉管本体的底部，可以用于使所述沉管本体、以及与其适配的水下承台15的定位楔22之间进行适配连接。

例如：沉管两头底部位置都有与水下承台15定位楔孔对应的孔位，便于定位楔22进入孔内，将沉管16与水下承台15连接到一起。

由此，通过沉管本体、挡水端和定位孔的适配设置，可以方便沉管的运输、且方便车辆运行，还方便沉管本体的沉放、定位及对接，使用便捷性和可靠性高，人性化好。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过沉管本体与挡水端的适配设置，使得该沉管结构合理，方便车辆通行，且能够使用以下所述的架设水下沉管的装置进行架设施工，可靠性高，安全性好。

根据本发明的实施例，还提供了对应于水下沉管的一种架设水下沉管的装置例如：沉管架设施工装备及施工工艺，尤其适可以用于水下沉管的运输、无人对接及施工工艺。参见图1至图4所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该架设水下沉管的装置可以用于架设以上所述的水下沉管；该架设水下沉管的装置可以包括：施工平台3、平台钢管桩1、浮箱2、马达10和架设设备(即沉管架设施工装备17)。

在一个可选例子中，所述施工平台3，位于海面之上，可以用于作为能够升降的施工现场，且能够承载架设设备，并对所述水下沉管16与水下承台15进行定位。

例如：预制与沉管(即水下沉管)16结构相匹配的水下承台15。其目的就是通过沉管架设施工装备将沉管16放置于水下承台15上，并且固定可靠。

例如：预制一个新的沉管架设施工装备17(即施工平台3)。该装置(即沉管架设施工装备17)是一个可以在水面上浮动的施工平台3，同时能够自己提供马力，使其在水面上前进。

例如：预制一个新的沉管架设施工装备17(即施工平台3)。打开液压站12，慢慢提升整个施工平台3的高度，使其高于海平面，并停在一个合理高度范围内，再通过机械装置(例如：机械锁)将整个平台3固定锁死。

在一个可选例子中，所述平台钢管桩1，位于所述施工平台3底部、且嵌入在海底岩石层13中，可以用于支撑并固定所述施工平台3。

例如：整个施工平台3通过自带的平台钢管桩1，通过打桩机9将其打入海底岩石层13，来使得整个施工平台3可以升降，并且高于海平面。

例如：通过沉管架设施工装备17带动沉管16航运到水下承台15的大致位置处，然后通过施工平台3上的打桩机9，将平台钢管桩1打入海底岩石层13内。

在一个可选例子中，所述浮箱2，位于所述施工平台3底部，可以用于为所述施工平台3提供浮力。

例如：施工平台3，主要通过两侧的浮箱2来提供所需的浮力。

在一个可选例子中，所述马达10，与所述施工平台3适配设置，可以用于提供马力以使所述施工平台3在水面上行进。

例如：施工平台3，通过施工平台3后面的马达10来提供前进的推力。

在一个可选例子中，所述架设设备，与所述施工平台3适配设置，可以用于加载所述水下沉管16，并实现对所述水下沉管16的沉放、定位及对接。

例如：对沉管16进行沉放、定位、对接等工艺。

例如：整个施工工艺完成后，将施工平台3下降到海面上，拆除平台钢管桩1，然后去进行下一个沉管的运输沉放。

例如：通过调整龙门吊7前后、左右的位置，使得沉管16达到一个适合的位置，并且慢慢下放沉管，使其与前一个沉管进行对接，通过拉合千斤顶18来使得沉管达到最终的对接完成。

例如：整个沉管沉放、对接完成后，解开机械锁死装置，并慢慢下降施工平台3的高度，使其落于海平面上，再将平台钢管桩1拆卸掉放于施工平台3上，整个新的沉管架设施工装备17驶于下一个沉管存放处。

由此，通过施工平台、浮箱、马达和架设设备的适配设置，可以方便且可靠地实现对水下沉管的运输、沉放、定位及对接，使沉管架设于水下承台，减少了水下挖掘量；减少了拖轮的拖拽，其主要靠自身的马达提供前进的动力，因此对航道的通行影响减少。

可选地，所述架设设备，可以包括：钢轨8、龙门吊7、打桩机9、卷扬机11、千斤顶组件中的至少之一。

例如：通过施工平台3上的卷扬机11来调整定位楔22的伸缩长度，以达到最终的定位。

其中，所述千斤顶组件，可以包括：适配设置的拉合千斤顶18和拉合千斤顶座21。

例如：沉管架设施工装备，主要可以由施工平台3、龙门吊7、打桩机9、卷扬机11、平台钢管桩1、液压站12等设备组成。

由此，通过拉合千斤顶与其适配的千斤顶座的适配设置，可以实现无人对接，还可以提升沉管之间对接的可靠性和精准性。

在一个可选具体例子中，所述钢轨8，适配设置与所述施工平台3上，且可以用于承载所述水下沉管16。

在一个可选具体例子中，所述龙门吊7，可以用于吊起或沉放所述水下沉管16。

例如：将施工平台3上的龙门吊7通过锚绳与沉管16上的沉管沉放拉口19连接，并且放松锚绳。

由此，通过多种形式的架设设备，有利于提升对沉管架设的便捷性，且人工劳动量小，施工可靠性和安全性均可以得到保障。

在一个可选实施方式中，与所述施工平台3适配，还设置有升降机构，以及与所述升降机构适配设置的锁紧机构和/或固定机构。

由此，通过升降机构、锁紧机构、固定机构等的适配设置，可以提升沉管架设的安全性和高效性。

在一个可选例子中，所述升降机构，可以用于调节所述施工平台3的高度。

可选地，所述升降机构，可以包括：适配设置的平台锚绳拉口4、沉管锚绳拉口20和液压组件。

例如：将两个新的沉管架设施工装备17航运到沉管锚绳拉扣20处，再通过锚绳将平台锚绳拉口4与沉管锚绳拉口20连接固定，主要是提供沉管16前进所需的动力。

由此，通过固定的升降平台及灵活的作业吊台，使得沉管的沉放更加准确、灵活、可靠及安全。

其中，所述液压组件，可以包括：适配设置的液压缸支撑座5、液压缸6和液压站12。

例如：将施工平台3上的液压缸支撑座5、液压缸6装到施工平台3上。

由此，通过液压缸支撑座、液压缸、液压站的适配设置，可以提升液压动力的稳定性和可靠性。

在一个可选例子中，所述锁紧机构，可以用于当所述升降机构将所述施工平台3的高度调节到设定高度时，将所述施工平台3锁死在所述设定高度。

可选地，所述锁紧机构，可以包括：机械锁。

由此，通过机械锁等锁紧机构在需要固定及定位时进行锁死，可以提升锁紧的可靠性和安全性。

在一个可选例子中，所述固定机构，可以用于当所述锁紧机构将所述施工平台3锁死在所述设定高度时，对所述施工平台3进行固定。

可选地，所述固定机构，可以包括：锚绳。

由此，通过锚绳、锚绳等进行固定，可靠性高，安全性好。

可见，该新的沉管架设施工装备为沉管的运输、沉放、无人对接提供了可靠的施工平台，并将其施工工艺进行了标准化、自动化的编制。因此，使得整个新的沉管的施工作业速度和效率得到了显著提高、降低了施工成本、减少了作业周期、提高了安全性能等。

由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述沉管的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过沉管架设于水下承台的铺设方式。没有拖轮拖拽的沉管浮运方式。准确、灵活可靠的沉管沉放平台。新的沉管与承台的定位方式。自动化、标准化的作业方式使得整个沉管的架设，在速度上、效率上、施工质量上及安全性能上都得到大大提高。

根据本发明的实施例，还提供了对应于架设水下沉管的装置的一种架设水下沉管的施工方法。参见图5至图8所示的例子，该架设水下沉管的施工方法，可以用于使用以上所述的架设水下沉管的装置，架设以上所述的水下沉管16，其施工方法可以包括：步骤1至步骤3，具体为：

步骤1、预制能够在水面上浮动的所述施工平台3，并使所述施工平台3能够自己提供马力以使自身在水面上前进。通过所述施工平台3，承载所述架设设备，提供施工场地，并对所述水下沉管16的沉放位置进行初步定位。

可选地，步骤1中对所述水下沉管16的沉放位置进行初步定位，可以包括：

步骤11、当所述架设水下沉管的装置还可以包括沉管锚绳拉扣20和平台锚绳拉口4时，将两个所述施工平台3航运到沉管锚绳拉扣20处，再通过锚绳将平台锚绳拉口4与沉管锚绳拉口20连接固定。

步骤12、通过所述施工平台3带动所述水下沉管16、并航运到水下承台15的初始设定位置处。

由此，通过固定的升降平台及灵活的作业吊台，使得沉管的沉放更加准确、灵活、可靠及安全。

步骤2、所述初步定位完成后，通过所述架设设备，将每个所述平台钢管桩1按照设定位置打入海底岩石层13，并通过升降机构使所述施工平台3升高至高于海平面。

步骤3、将一个所述水下沉管16沉放、定位、并对接至所述水下承台15，完成一个所述水下沉管16的架设施工工艺。

由此，通过施工平台、浮箱、马达和架设设备的适配设置，可以方便且可靠地实现对水下沉管的运输、沉放、定位及对接，使沉管架设于水下承台，减少了水下挖掘量；减少了拖轮的拖拽，其主要靠自身的马达提供前进的动力，因此对航道的通行影响减少。

在一个可选实施方式中，还可以包括：步骤4至步骤5，具体为：

步骤4、当所述架设水下沉管的装置还可以包括升降机构时，一个所述水下沉管16的架设施工工艺完成之后，通过升降机构使所述施工平台3下降至海平面，拆除所述平台钢管桩1。

步骤5、使所述施工平台3行进，以进行下一个所述水下沉管16的运输、沉放、定位及对接。

由此，通过在一个沉管架设完成时拆卸施工平台和架设设备，以用于下一个沉管架设，使得沉管架设的施工设备可重复使用，成本低、且可靠性高。

可选地，步骤5中将一个所述水下沉管16沉放、定位、并对接至所述水下承台15，可以包括：

步骤51、当所述架设水下沉管的装置还可以包括龙门吊7、机械锁、卷扬机11和拉合千斤顶18时，将所述施工平台3上的龙门吊7通过锚绳与所述水下沉管16上的沉管沉放拉口19连接，并且放松锚绳。

步骤52、当所述施工平台3升高至高于海平面时，通过机械锁将施工平台3固定锁死。

步骤53、通过调整龙门吊7前后、左右的位置，使所述水下沉管16达到设定位置时进行沉放，使一个所述水下沉管16其与前一个所述水下沉管16进行对接。

步骤54、通过卷扬机11调整定位楔22的伸缩长度，以确定一个所述水下沉管16与前一个所述水下沉管16的定位位置。再通过拉合千斤顶18，使一个所述水下沉管16与前一个所述水下沉管16对接完成。

由此，通过升降机构、锁紧机构、固定机构等的适配设置，可以提升沉管架设的安全性和高效性。

可见，该新的沉管架设施工工艺，主要通过参考传统沉管沉放施工方案，并对各个施工方案的利弊进行充分的研究，然后依据自身的施工环境，再对其进行了创新设计。因此，使得其施工速度和效率得到了显著提高、降低了施工成本、减少了作业周期、提高了安全性能等。

在一个可选例子中，该架设水下沉管的施工方法所使用的架设水下沉管的装置，即沉管架设施工装备，主要可以由施工平台3、龙门吊7、打桩机9、卷扬机11、平台钢管桩1、液压站12等设备组成。

在一个可选例子中，该架设水下沉管的施工方法，具体施工步骤如下：

(1)首先，先预制一个沉管16，内部空间符合车辆运行要求。沉管的重力浮力之比应大于1.05，沉管的长度在60米每节，沉管两头安装好GINA止水带(即橡胶止水带)和挡水墙。沉管两头底部位置都有与水下承台15定位楔孔对应的孔位，便于定位楔22进入孔内，将沉管16与水下承台15连接到一起。

(2)其次，预制与沉管(即水下沉管)16结构相匹配的水下承台15。其目的就是通过沉管架设施工装备将沉管16放置于水下承台15上，并且固定可靠。

(3)最后，预制一个新的沉管架设施工装备17(即施工平台3)。该装置(即沉管架设施工装备17)是一个可以在水面上浮动的施工平台3，同时能够自己提供马力，使其在水面上前进。还有整个施工平台3通过自带的平台钢管桩1，通过打桩机9将其打入海底岩石层13，来使得整个施工平台3可以升降，并且高于海平面，然后对沉管16进行沉放、定位、对接等工艺。整个施工工艺完成后，将施工平台3下降到海面上，拆除平台钢管桩1，然后去进行下一个沉管的运输沉放。

在一个可选具体例子中，可以结合图1至图8，对该架设水下沉管的施工方法进行具体说明：

(1)预制一个新的沉管架设施工装备17(即施工平台3)。其主要通过两侧的浮箱2来提供所需的浮力，通过施工平台3后面的马达10来提供前进的推力。

(2)将两个新的沉管架设施工装备17航运到沉管锚绳拉扣20处，再通过锚绳将平台锚绳拉口4与沉管锚绳拉口20连接固定，主要是提供沉管16前进所需的动力。

(3)通过沉管架设施工装备17带动沉管16航运到水下承台15的大致位置处，然后通过施工平台3上的打桩机9，将平台钢管桩1打入海底岩石层13内。

(4)将施工平台3上的液压缸支撑座5、液压缸6装到施工平台3上。

(5)将施工平台3上的龙门吊7通过锚绳与沉管16上的沉管沉放拉口19连接，并且放松锚绳。

(6)打开液压站12，慢慢提升整个施工平台3的高度，使其高于海平面，并停在一个合理高度范围内(例如：停在高于施工处海浪最高值的2～3米处)，再通过机械装置(例如：机械锁)将整个平台3固定锁死。通过限定施工平台3的停放高度，可以免于海浪对整个施工平台的冲刷、破坏，使得施工平台更加平稳，方便施工设备及施工人员的操作，且安全性好。

(7)通过调整龙门吊7前后、左右的位置，使得沉管16达到一个适合的位置，并且慢慢下放沉管，使其与前一个沉管进行对接，通过拉合千斤顶18来使得沉管达到最终的对接完成。

(8)通过施工平台3上的卷扬机11来调整定位楔22的伸缩长度，以达到最终的定位。

(9)整个沉管沉放、对接完成后，解开机械锁死装置，并慢慢下降施工平台3的高度，使其落于海平面上，再将平台钢管桩1拆卸掉放于施工平台3上，整个新的沉管架设施工装备17驶于下一个沉管存放处。

综上，上述各实施例的水下沉管、架设水下沉管的装置及施工方法，至少可以达到的有益效果包括：

(1)新的沉管铺设方式，即沉管架设于水下承台，减少了水下挖掘量。

(2)新的沉管浮运方式，即减少了拖轮的拖拽，其主要靠自身的马达提供前进的动力，因此对航道的通行影响减少。

(3)新的沉管沉放平台，即通过固定的升降平台及灵活的作业吊台，使得沉管的沉放更加准确、灵活、可靠及安全。

(4)新的沉管无人对接固定方式，即通过定位楔，使得沉管与承台之间实现海底最终定位。

(5)自动化、标准化的作业方式，使得新的沉管的架设在施工速度及效率上得到显著提高，施工质量、安全性能也得到大大提升。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图4所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过运用成熟的工程机械自动化技术手段，提供一种新的沉管架设施工装备及施工工艺；可以解决现有沉管运输、沉放、无人对接施工工艺的不足，且具有施工成本低、时间短、效率高、标准统一、安全可靠等优势。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种水下沉管，其特征在于，包括：沉管本体、挡水端和定位孔；其中，

所述沉管本体，具有用于车辆运行的内部腔体；

所述挡水端，适配设置于所述沉管本体的端部，用于防止海水进入所述沉管本体；

所述定位孔，适配设置于所述沉管本体的底部，用于使所述沉管本体、以及与其适配的水下承台(15)的定位楔(22)之间进行适配连接。

2.根据权利要求1所述的水下沉管，其特征在于，在所述沉管本体上，还设有沉管沉放拉口(19)，用于连接锚绳。

3.根据权利要求1或2所述的水下沉管，其特征在于，其中，

所述沉管本体的数量为一节以上，相邻两节所述沉管本体的端部之间适配对接；

和/或，

所述沉管本体的重力与浮力之比大于1.05；

和/或，

所述挡水端，包括：适配设置的止水带和挡水墙。

4.一种架设水下沉管的装置，其特征在于，用于架设如权利要求1-3中任一项所述的水下沉管；所述架设水下沉管的装置，包括：施工平台(3)、平台钢管桩(1)、浮箱(2)、马达(10)和架设设备；其中，

所述施工平台(3)，位于海面之上，用于作为能够升降的施工现场，且能够承载架设设备，并对所述水下沉管(16)与水下承台(15)进行定位；

所述平台钢管桩(1)，位于所述施工平台(3)底部、且嵌入在海底岩石层(13)中，用于支撑并固定所述施工平台(3)；

所述浮箱(2)，位于所述施工平台(3)底部，用于为所述施工平台(3)提供浮力；

所述马达(10)，与所述施工平台(3)适配设置，用于提供马力以使所述施工平台(3)在水面上行进；

所述架设设备，与所述施工平台(3)适配设置，用于加载所述水下沉管(16)，并实现对所述水下沉管(16)的沉放、定位及对接。

5.根据权利要求4所述的架设水下沉管的装置，其特征在于，所述架设设备，包括：钢轨(8)、龙门吊(7)、打桩机(9)、卷扬机(11)、千斤顶组件中的至少之一；其中，

所述钢轨(8)，适配设置与所述施工平台(3)上，且用于承载所述水下沉管(16)；

所述龙门吊(7)，用于吊起或沉放所述水下沉管(16)。

6.根据权利要求5所述的架设水下沉管的装置，其特征在于，与所述施工平台(3)适配，还设置有升降机构，以及与所述升降机构适配设置的锁紧机构和/或固定机构；其中，

所述升降机构，用于调节所述施工平台(3)的高度；

所述锁紧机构，用于当所述升降机构将所述施工平台(3)的高度调节到设定高度时，将所述施工平台(3)锁死在所述设定高度；

所述固定机构，用于当所述锁紧机构将所述施工平台(3)锁死在所述设定高度时，对所述施工平台(3)进行固定。

7.根据权利要求6所述的架设水下沉管的装置，其特征在于，其中，

所述升降机构，包括：适配设置的平台锚绳拉口(4)、沉管锚绳拉口(20)和液压组件；

和/或，

所述锁紧机构，包括：机械锁；

和/或，

所述固定机构，包括：锚绳。

8.根据权利要求7所述的架设水下沉管的装置，其特征在于，其中，

所述液压组件，包括：适配设置的液压缸支撑座(5)、液压缸(6)和液压站(12)；

和/或，

所述千斤顶组件，包括：适配设置的拉合千斤顶(18)和拉合千斤顶座(21)。

9.一种架设水下沉管的施工方法，其特征在于，用于使用如权利要求4-8中任一项所述的架设水下沉管的装置，架设如权利要求1-3中任一项所述的水下沉管(16)；其施工方法包括：

预制能够在水面上浮动的所述施工平台(3)，并使所述施工平台(3)能够自己提供马力以使自身在水面上前进；通过所述施工平台(3)，承载所述架设设备，提供施工场地，并对所述水下沉管(16)的沉放位置进行初步定位；

所述初步定位完成后，通过所述架设设备，将每个所述平台钢管桩(1)按照设定位置打入海底岩石层(13)，并通过升降机构使所述施工平台(3)升高至高于海平面；

将一个所述水下沉管(16)沉放、定位、并对接至所述水下承台(15)，完成一个所述水下沉管(16)的架设施工工艺。

10.根据权利要求9所述的架设水下沉管的施工方法，其特征在于，还包括：

当所述架设水下沉管的装置还包括升降机构时，一个所述水下沉管(16)的架设施工工艺完成之后，通过升降机构使所述施工平台(3)下降至海平面，拆除所述平台钢管桩(1)；

使所述施工平台(3)行进，以进行下一个所述水下沉管(16)的运输、沉放、定位及对接。

11.根据权利要求9或10所述的架设水下沉管的施工方法，其特征在于，其中，

对所述水下沉管(16)的沉放位置进行初步定位，包括：

当所述架设水下沉管的装置还包括沉管锚绳拉扣(20)和平台锚绳拉口(4)时，将两个所述施工平台(3)航运到沉管锚绳拉扣(20)处，再通过锚绳将平台锚绳拉口(4)与沉管锚绳拉口(20)连接固定；

通过所述施工平台(3)带动所述水下沉管(16)、并航运到水下承台(15)的初始设定位置处；

和/或，

将一个所述水下沉管(16)沉放、定位、并对接至所述水下承台(15)，包括：

当所述架设水下沉管的装置还包括龙门吊(7)、机械锁、卷扬机(11)和拉合千斤顶(18)时，将所述施工平台(3)上的龙门吊(7)通过锚绳与所述水下沉管(16)上的沉管沉放拉口(19)连接，并且放松锚绳；

当所述施工平台(3)升高至高于海平面时，通过机械锁将施工平台(3)固定锁死；

通过调整龙门吊(7)前后、左右的位置，使所述水下沉管(16)达到设定位置时进行沉放，使一个所述水下沉管(16)其与前一个所述水下沉管(16)进行对接；

通过卷扬机(11)调整定位楔(22)的伸缩长度，以确定一个所述水下沉管(16)与前一个所述水下沉管(16)的定位位置；再通过拉合千斤顶(18)，使一个所述水下沉管(16)与前一个所述水下沉管(16)对接完成。