CN110877666A - 自航式水下隧道沉管运载安装一体船及施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种自航式水下隧道沉管运载安装一体船，包括：相互平行的第一船体和第二船体，在第一船体和第二船体之间设置有连接结构，在第一船体、第二船体和连接结构上设置有牵拉吊放设备，在连接结构下方第一船体和第二船体之间为载物空间，待安装构件设置在载物空间内并与船体相连接，在第一船体和第二船体上设置有推进动力装置和动力定位系统。该一体船下部具有载物空间，将待运输货物置于载物空间内并浮于水中，利用浮力分担货物大部分重量，将货物运输至指定位置并完成精准安装工作，成功地实现了利用1艘自航式船体即可独立运输和安装多种尺寸的水下隧道沉管或类似大型构件，而不需借助其他船舶拖，运输途中不需对其他船舶封闭航道，不影响其他船只通行。

Description

自航式水下隧道沉管运载安装一体船及施工工艺

技术领域

本申请涉及跨河跨海隧道建造工程技术领域，尤其涉及一种自航式水下隧道沉管运载安装一体船及施工工艺。

背景技术

沉管隧道是为了解决横跨海峡、海湾或河流之间的交通，建造在水下供人员及车辆通行的水下建筑物。通常沉管隧道先分段预制成型后再水上运输至指定位置进行施工安装。为了保证隧道建成后车辆在沉管内部的顺利通行，沉管体积很庞大，通常每节沉管重量超过万吨，如此庞然大物的运输和安装成为制约海底隧道工程建设效率和建设周期的很重要的一方面。

传统的运输方法需要先对沉管两端进行封堵，顶部预留多个拖拽吊点，再配备多艘大功率拖轮拖拽沉管进行水上运输，或者将用于沉管安装的沉放驳骑跨于沉管之上并与沉管连接，沉管与沉放驳均不具有航行动力，需要由多艘大功率拖轮拖拽沉管，并由沉管驮着沉放驳整体运输至待安装位置。上述传统的运输方式，运输速度缓慢，拖轮之间配合难度大，容易偏航，而且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。此外，传统的安装方法需要建造专用沉放驳，并且需要配置2台沉放驳才能实现沉管的精细定位安装，采用传统方法安装时，船舶之间的调度安排复杂，施工周期长，作业效率低，安全风险大，施工费用高。

发明内容

本申请针对现有跨河、跨海隧道沉管运输和安装过程中存在的问题，提供了一种自航式水下隧道沉管运载安装一体船及施工工艺。

本申请一方面提供了一种自航式水下隧道沉管运载安装一体船，包括第一船体、第二船体、连接结构、牵拉吊放设备、推进动力装置和动力定位系统，第一船体和第二船体相互平行，在第一船体和第二船体之间设置有连接结构，在第一船体、第二船体和连接结构上设置有牵拉吊放设备，在连接结构下方第一船体和第二船体之间为载物空间，待安装构件设置在载物空间内并与船体相连接，在第一船体和第二船体上分别设置有推进动力装置，所述一体船上还设置有动力定位系统，用以控制推进动力装置的功率以顺利实现航迹追踪和动力定位功能。

作为优选，所述载物空间向下开放，所述待安装构件为沉管，在运输状态下，所述沉管浮于水中。

作为优选，所述连接结构的底部设置有凸出部件，所述凸出部件的数量大于等于2；一体船在压载水状态下，所述凸出部件的底面与受到浮力的所述沉管之间形成压力接触，以将所述一体船推进动力传递给所述沉管，带动所述沉管一同航行。

作为优选，所述凸出部件的底面设置有垫片，所述垫片与所述沉管间的摩擦系数大于等于0.5。

作为优选，所述凸出部件插设于所述沉管顶面对应设置的凹槽内，用以限制所述沉管相对于所述一体船的移动。

作为优选，所述凹槽与所述凸出部件之间设置有限位装置，用以实现所述凹槽与所述凸出部件的紧固连接。

作为优选，所述连接结构底部靠近所述凸出部件设置多个连接所述沉管的拉索。

作为优选，所述推进动力装置包括分别设置于第一船体艉部和第二船体艉部的主推器，以及分别设置于所述第一船体艏艉和所述第二船体艏艉的侧推器。

作为优选，所述第一船体的艏部和艉部分别设置至少2台侧推器，所述第二船体的艏部和的艉部分别设置至少2台侧推器。

作为优选，所述连接结构的数量大于等于2，通过至少2个所述连接结构的组合实现不同尺寸沉管的运输和安装，所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构。

作为优选，在所述一体船与所述沉管之间设置交叉吊放缆用于调节所述沉管的横向和纵向位置。

作为优选，所述牵拉吊放设备包括6台绞车，分别为第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置。

作为优选，所述牵拉吊放设备还包括至少4台吊放绞车，用以提升、下放和调整所述沉管。

作为优选，所述吊放绞车设置有4台，分别为第七绞车、第八绞车、第九绞车和第十绞车，所述一体船前部对应所述沉管前端两侧的位置设置有第七导缆装置和第八导缆装置，所述第七绞车的吊放缆绕经所述第七导缆装置向下连接至所述沉管顶面前端的一侧，所述第八绞车的吊放缆绕经所述第八导缆装置向下连接至所述沉管前端顶面的另一侧；所述一体船后部对应所述沉管后端两侧的位置设置有第九导缆装置和第十导缆装置，所述第九绞车的吊放缆绕经所述第九导缆装置向下连接至所述沉管后端顶面的一侧，所述第十绞车的吊放缆绕经所述第十导缆装置向下连接至所述沉管后端顶面的另一侧。

作为优选，所述第一绞车至所述第十绞车每次收放吊放缆的最小长度为厘米级别。

作为优选，所述一体船的长度大于等于50m，用以配合所述推进动力装置实现所述一体船原地转向。

作为优选，所述第一船体的内侧和所述第二船体的内侧与所述沉管间的距离大于等于0.5m，以防止由于所述沉管的遮挡造成侧推失效。

本申请另一方面提供了一种水下隧道沉管的运输及安装施工工艺，其利用上述一体船进行施工，包括以下步骤：

舾装，包括：

通过绞移的方式将所述一体船移至沉管的上方，或利用所述一体船上设置的绞车将沉管绞移至所述一体船的下方；

沉放定位系统的舾装：

所述一体船上设置有用于沉管沉放定位的第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构；所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置；

一体船与沉管进行连接，包括：

通过向所述一体船加水压载，使所述一体船向下运动，一体船上的凸出部件与沉管顶面接触，继续加水压载，使所述一体船与沉管间产生压力，并使该压力不小于200吨；

通过设置于所述一体船上的用于提升、下放和调整所述沉管的吊放绞车，收紧所述一体船与所述沉管之间的吊放缆；

沉管浮运：利用所述主推器和所述侧推器带动所述一体船自航，通过所述一体船与沉管之间的连接产生的相互作用力，带动沉管随所述一体船一同运动、转向，通过所述一体船上的所述主推器和所述侧推器产生的动力，用于抵抗所述一体船和所述沉管在浮运过程中受到的外部荷载；利用一体船上设置的动力定位系统，保证所述一体船和所述沉管沿规划航线航行和定位，浮运至沉管待安装位置；

沉管安装：

利用所述动力定位系统对一体船进行定位和系泊作业；

排出一体船压载水，释放凸出部件与沉管间的压力；

吊放缆开始下放沉管，通过控制第一绞车至第六绞车，实现沉管横向纵向位置的纠偏和坡度的调整，进一步完成沉管的安装。

作为优选，所述水下隧道沉管的运输及安装施工工艺，具体地，包括以下步骤：

舾装，包括：

通过绞移的方式将所述一体船移至沉管的上方，或利用所述一体船上的所述绞车将沉管绞移至所述一体船的下方；

沉放定位系统的舾装：

所述一体船上设置有用于沉管沉放定位的第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构；所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置；

一体船与沉管进行连接，包括：

通过向所述一体船加水压载，使所述一体船向下运动，一体船上的凸出部件进入所述沉管顶面对应设置的凹槽内；

继续加水压载，使所述一体船下放至所述凸出部件接触所述凹槽底部并产生压力，并使该压力不小于200吨；

采用限位装置实现所述凹槽与所述凸出部件的紧固连接；

通过设置于所述一体船上的用于提升、下放和调整所述沉管的吊放绞车，收紧所述一体船与所述沉管之间的吊放缆；

所述连接结构底部靠近所述凸出部件设置多个拉索，所述拉索向下连接至所述沉管顶面；

沉管浮运：利用所述主推器和所述侧推器带动所述一体船自航，所述一体船通过凸出部件与凹槽底部间的相互作用力，带动沉管随所述一体船一同运动、转向，通过所述一体船上的所述主推器和所述侧推器产生的动力，用于抵抗所述一体船和所述沉管在浮运过程中受到的外部荷载；利用所述动力定位系统，保证所述一体船和所述沉管沿规划航线航行和定位，浮运至沉管待安装位置；

沉管安装，包括：

利用所述动力定位系统对一体船进行定位和系泊作业；

解除拉索和限位装置，排出一体船压载水，释放凸出部件与沉管间压力；

吊放缆开始下放沉管，通过控制第一绞车至第六绞车，实现沉管横向纵向位置的纠偏和坡度的调整，进一步完成沉管的安装。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

1、本申请改变了需要额外配备拖轮拖拽沉管进行运输的传统方法，打破了将货物放置于船上进行运输的传统思维(如公开号为CN102642601B的专利申请所公开的船体，其无法进行如沉管等大型构件的运输)，针对沉管或类似大型构件，提出了一种新型一体船，其下部具有载物空间，将待运输货物置于载物空间内并浮于水面中，利用浮力分担货物重量，将货物运输至指定位置，成功地实现了利用1艘自航式船体即可独立运输多种尺寸的水下隧道沉管或类似大型构件，而不需额外借助其他船舶拖，公共航道运输途中不需对其他船舶封闭航道，不影响其他船只通行。

2、本申请所提供的一体船，通过在船体上合理布置安装设备，可在无其它船舶辅助的情况下进行精确安装，成功地实现运输与安装的一体化，无需再配备专用沉放驳进行安装作业。

3、本申请所提供的一体船，载货航行速度可达5-6节，空载航行速度超过10节，具有抵抗2节横流的能力，实现长距离运输；配备动力定位系统，具有航迹追踪功能；回转半径小，占用通航水域小，公用航道浮运不需封航，专用浮运航道疏浚量小，具有异常情况快速返航的应急保障能力。

4、本申请采用的双体结构船型具有较高的稳定性、抗沉性和抗倾覆性。

5、本申请所提供的水下隧道沉管的施工工艺，采用一体船完成沉管的运输和安装工艺，作业连贯性好，安装精度高，可明显缩短工程建造周期和成本，具有巨大的经济效益。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一体船的俯视结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一体船的侧视结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一体船与沉管连接方式的示意图；

图4为本申请实施例所提供的设置有垫片的凸出部件的示意图；

图5为本申请实施例所提供的限位方式的示意图；

图6为本申请实施例所提供的绞车布置方式俯视图；

图7为本申请实施例所提供一体船与沉管之间通过交叉吊放缆连接的侧视图；

其中：

1-第一船体，2-第二船体，3-连接结构，31-第一连接结构，32-第二连接结构，4-绞车，401-第一绞车，402-第二绞车，403-第三绞车，404-第四绞车，405-第五绞车，406-第六绞车，407-第七绞车，408-第八绞车，409-第九绞车，410-第十绞车，5-起重机，6-推进动力装置，61-主推器，62-侧推器，7-定位装置，8-沉管，91-凸出部件，92-凹槽，93-拉索，94-垫片，95-螺栓，96-楔块，101-第一导缆装置，102-第二导缆装置，103-第三导缆装置，104-第四导缆装置，105-第五导缆装置，106-第六导缆装置，107-第七导缆装置，108-第八导缆装置，109-第九导缆装置，110-第十导缆装置，20-动力定位系统。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是：(1)术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制；(2)术语“第一”、“第二”、......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；(3)沉管本身不分前端和后端，但为描述方便，本申请中定义靠近一体船艏部的一端为沉管的前端，靠近一体船艉部的一端为沉管的后端。

如图1、图2所示，本申请实施例提供一种自航式水下隧道沉管运输安装一体船，包括相互平行的第一船体1和第二船体2，第一船体1和第二船体2之间设置有用于连接两者的连接结构3，在连接结构3下方第一船体1和第二船体2之间形成为用于容纳待安装构件的载物空间，第一船体1、第二船体2以及连接结构3上设置有牵拉吊放设备，待安装构件通过牵拉吊放设备与船体相连，第一船体1和第二船体2上分别设置有推进动力装置6和定位装置7，如图6所示，所述一体船上还设置有动力定位系统20(简称：DP系统)，用以控制推进动力装置6的功率以顺利实现航迹追踪和动力定位功能。

上述待安装构件通过牵拉吊放设备吊设于载物空间中并浮于水中，通过船体自身设置的推进动力装置6，将待安装构件浮运至指定位置，此时牵拉吊放设备将待安装构件平稳地沉降至水下安装位置，进行安装。特别地，本申请中所述待安装构件为沉管8，但可以理解的是，还可以为其它大型水下安装部件。

通过以上方式，本申请所提供的一体船同时具备大型构件的运输和安装功能，成功地实现了大型构件运输与安装的集成化。在运输过程中，改变了传统的采用多艘拖轮直接拖拽沉管并由沉管带动沉放驳运动至安装位置的方式，而相反地，设计出一款适用于沉管等大型构件的自航式一体船，其通过将待运输货物放置在连接结构下方并浮于水面上，巧妙地利用浮力将货物浮运至待安装位置，无需配备多艘拖轮沿不同方向进行拖拽和运输，避免了额外的功率消耗和意外偏航等问题。由于一体船占用海域面积小，不影响其它来往船只的正常运行，无需对航道进行封航。此外，一体船本身具备安装功能，无需额外调度沉放驳，简化了施工的流程，缩短了施工的周期，提高了作业效率，降低了成本。

由于本申请实施例中沉管8是放置于连接结构3下方而非上方，因此，对连接结构3的展开面积无要求。

所述载物空间向下开放以实现待安装构件的浮运。本申请实施例中所述待安装构件为沉管8，在运输状态下，所述沉管8浮于水中。

进一步地，为适应不同尺寸待安装构件的运输，连接结构3下方第一船体1和第二船体2之间为贯通空间。

作为一种可选的实施方式，所述沉管8与所述一体船之间的连接方式为刚性连接，使得沉管8与一体船作为整体进行浮运。此处，所述刚性连接表示六个方向自由度都有约束的连接方式，但可以理解的是，还可以采用柔性连接的方式实现，如采用钢丝绳等方式连接。

如图3所示，所述连接结构3的底部设置有凸出部件91，所述凸出部件91的数量大于等于2；一体船在压载水状态下，所述凸出部件91的底面与受到浮力的所述沉管8之间形成压力接触，以将所述一体船推进动力传递给所述沉管8，带动所述沉管8一同航行。设置2个以上的凸出部件91抵接沉管8，可实现沉管8的平衡，避免浮运过程中沉管8发生偏转。

作为一种优选的实施方式，如图4所示，所述凸出部件91的底面设置有垫片94，所述垫片94与所述沉管8间的摩擦系数大于等于0.5，从而可以为一体船与沉管8之间提供足够的摩擦力以带动沉管8浮运。所述垫片94可选用橡胶垫片或其它满足摩擦系数要求的材料。需要说明的是，图4中示出的凸出部件91的截面为圆形，但本申请对凸出部件91的形状没有特别要求，例如其截面还可以为方形等其它形状。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，所述凸出部件91插设于所述沉管8顶面对应设置的凹槽92内，用以限制所述沉管8相对于所述一体船的移动。

进一步地，所述凹槽92与所述凸出部件91之间设置有限位装置，用以实现所述凹槽92与所述凸出部件91的紧固连接。本实施例所述的限位装置可采用多种方式实现，如图5所示，当限位装置选用螺栓95时，可将螺栓从凹槽92的侧面拧入凹槽92内部并抵于凸出部件91用以限制凸出部件91的移动；当限位装置为楔块96时，可将楔块96置入凸出部件91与凹槽92之间的空隙中来限制凸出部件91的移动。本实施例中的螺栓95与楔块96仅用于举例，还可以采用其它任何可实现凹槽92与凸出部件91紧固连接的方式。

为进一步限制沉管的移动，如图3所示，所述连接结构3底部靠近所述凸出部件91设置多个连接所述沉管8的拉索93；所述拉索93可选用刚性材料，如钢管等以加强限制作用。

为了保证所述凸出部件91可以承受一体船与沉管8之间的压力，作为优选，所述凸出部件91的承载力大于等于10吨。

本申请实施例还提供了一种推进动力装置的布置方式。

如图1、图2所示，所述推进动力装置6包括分别设置于第一船体1艉部和第二船体2艉部的主推进器61，以及分别设置于所述第一船体1艏艉和所述第二船体2艏艉的侧推器62。所述主推进器61用于向前推进一体船提供动力，保证一体船的行进速度；所述侧推器62用于提供垂直于航进方向的动力，用于抵抗横流并实现一体船原地转向。

本申请一体船在设计过程中，不仅考虑了一体船本身吃水形成的阻力，还需要同时考虑浮运过程中沉管所受到的阻力，优化推进动力装置6的功率。优选地，侧推器62的功率大于等于500kW。

作为一种优选的实施方式，所述第一船体1上设置的所述侧推器62的数量等于第二船体2上设置的所述侧推器62的数量。

进一步地，所述第一船体1的艏部和艉部分别设置2台侧推器62，所述第二船体2的艏部和艉部分别设置2台侧推器62。由于沉管8设置于第一船体1和第二船体2之间，对侧推器62的射流有阻挡，而提供同样的侧推力的情况下，设置一台侧推器62时，其所需的射流大，而射流越大，由于沉管8作用而损失的射流也就越大，不利于侧推器62发挥作用；而设置两台侧推器62共同作用时，分摊后的射流相较减少，损失的射流小，可以更有效地发挥侧推器62的作用。

作为一种优选的实施方式，如图1、图6所示，所述连接结构3的数量大于等于2，通过至少2个所述连接结构3的组合实现不同尺寸沉管8的运输和安装，所述沉管8前端上方对应的所述连接结构3为第一连接结构31，所述沉管8后端上方对应的所述连接结构3为第二连接结构32。

作为一种优选的实施方式，所述牵拉吊放设备包括绞车4和起重机5，所述绞车4包括4台以上承载能力大于等于2吨的绞车。

作为一种优选的实施方式，在所述一体船与所述沉管8之间的设置交叉吊放缆用于调节所述沉管8的横向和纵向位置。

具体地，如图6所示，所述牵拉吊放设备包括6台用于沉管沉放定位的绞车4，分别为第一绞车401、第二绞车402、第三绞车403、第四绞车404、第五绞车405和第六绞车406；所述第一船体1的艏部设置有第一导缆装置101，所述第一绞车401的吊放缆绕经所述第一导缆装置101沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第二船体2的位置；所述第二船体2的艏部设置有第二导缆装置102，所述第二绞车402的吊放缆绕经所述第二导缆装置102沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第一船体1的位置；所述第一船体1的艉部设置有第三导缆装置103，所述第三绞车403的吊放缆绕经所述第三导缆装置103沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第二船体2的位置；所述第二船体2的艉部设置有第四导缆装置104，所述第四绞车404的吊放缆绕经所述第四导缆装置104沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第一船体1的位置；所述第一绞车101至第四绞车404用以调节所述沉管8的横向位置；

所述第一连接结构31设置有第五导缆装置105，所述第五绞车405的吊放缆绕经所述第五导缆装置105沿沉管8的轴线连接至沉管8顶面后端位置；所述第二连接结构32设置有第六导缆装置106，所述第六绞车406的吊放缆绕经所述第六导缆装置106沿沉管8的轴线连接至沉管8顶面前端位置；所述第五绞车405和所述第六绞车406用以调节所述沉管8的纵向位置。

图7为展示吊放缆交叉连接方式的侧视图，为更清晰地展示出吊放缆的连接方式，该图中示出的为沉管下放状态的视图。

作为一种优选的实施方式，所述牵拉吊放设备还至少包括4台吊放绞车，用以提升、下放和调整所述沉管。

进一步地，如图6所示，所述吊放绞车设置有4台，分别为第七绞车407、第八绞车408、第九绞车409和第十绞车410，所述一体船前部对应所述沉管8前端两侧的位置设置有第七导缆装置107和第八导缆装置108，所述第七绞车407的吊放缆绕经所述第七导缆装置107向下连接至所述沉管8顶面前端的一侧，所述第八绞车408的吊放缆绕经所述第八导缆装置108向下连接至所述沉管8前端顶面的另一侧；所述一体船后部对应所述沉管8后端两侧的位置设置有第九导缆装置109和第十导缆装置110，所述第九绞车409的吊放缆绕经所述第九导缆装置109向下连接至所述沉管8后端顶面的一侧，所述第十绞车410的吊放缆绕经所述第十导缆装置110向下连接至所述沉管8后端顶面的另一侧。

所述导缆装置可以为导缆器或滑轮组。

进一步地，作为优选，所述第一绞车401至所述第十绞车410每次收放吊放缆的最小长度为厘米级别，进一步保证沉管8的精确定位。

作为一种优选的实施方式，所述一体船的长度大于等于50m，用以配合所述侧推器62实现所述一体船原地转向。

作为一种优选的实施方式，所述第一船体1的内侧和所述第二船体2的内侧与所述沉管8间的距离大于等于0.5m，以防止所述沉管8的遮挡造成侧推失效。

进一步地，所述定位装置7为定位锚和锚机，所述定位锚和所述锚机分别设置于所述第一船体1和所述第二船体2的船体的艏部或艉部。

本申请实施例所提供的一体船运输沉管状态下在公用航道内航速可达5-6节，与拖轮拖拽相比，大幅缩短航道占用时间，桂山岛至深中通道隧置处，航行时间仅为7小时，单节沉管运输和安装所用时约20小时。另外，配备动力定位系统，具有航迹追踪功能，航迹宽度可控制在85米以内，公用航道的尺度完全可以满足通航要求，具有抵抗2节横流的能力，转向区及回旋区可实现240m范围内原地旋转，具有异常情况快速返航的应急能力。

本申请实施例的另一方面提供一种水下隧道沉管的运输及安装施工工艺，利用上述一体船进行施工，具体包括以下步骤：

舾装，包括：

通过绞移的方式将一体船移至沉管8上方，或利用一体船绞车将沉管8绞移至一体船下方；

沉放定位系统的舾装：

所述一体船上设置有用于沉管8沉放定位的第一绞车401、第二绞车402、第三绞车403、第四绞车404、第五绞车405和第六绞车406；所述第一船体1的艏部设置有第一导缆装置101，所述第一绞车1的吊放缆绕经所述第一导缆装置101沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第二船体2的位置；所述第二船体2的艏部设置有第二导缆装置102，所述第二绞车402的吊放缆绕经所述第二导缆装置102沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第一船体1的位置；所述第一船体1的艉部设置有第三导缆装置103，所述第三绞车403的吊放缆绕经所述第三导缆装置103沿沉管8的横向连接至沉管顶8面靠近所述第二船体2的位置；所述第二船体2的艉部设置有第四导缆装置104，所述第四绞车404的吊放缆绕经所述第四导缆装置104沿沉管8的横向连接至沉管8顶面靠近所述第一船体1的位置；所述第一绞车401至第四绞车404用以调节所述沉管8的横向位置；

所述第一连接结构31设置有第五导缆装置105，所述第五绞车405的吊放缆绕经所述第五导缆装置105沿沉管8的轴线连接至沉管顶8面后端位置；所述第二连接结构32设置有第六导缆装置106，所述第六绞车406的吊放缆绕经所述第六导缆装置106沿沉管8的轴线连接至沉管8顶面前端位置；所述第五绞车405和所述第六绞车406用以调节所述沉管8的纵向位置；

其它部件的舾装：利用一体船上部的起重机5，进行沉管顶部和内部的舾装件，如测量塔、人孔井、导向杆、导向托架等的吊装作业。

一体船与沉管8进行连接，包括：

通过向所述一体船加水压载，使所述一体船向下运动，一体船上的凸出部件91进入所述沉管8顶面对应设置的凹槽92内；

继续加水压载，使所述一体船下放至所述凸出部件91接触所述凹槽92底部并产生压力，并使该压力不小于200吨；

采用限位装置实现所述凹槽92与所述凸出部件91的紧固连接；

通过设置于所述一体船上的用于提升、下放和调整所述沉管8的吊放绞车，收紧所述一体船与所述沉管8之间的吊放缆，单点吊力不小于20吨；

所述连接结构3底部靠近所述凸出部件91设置多个拉索93，所述拉索93向下连接至所述沉管8顶面，每个拉索93的拉力不小于5吨；

测量标定和调试，包括：

测量标定：通过测量塔顶设置的GPS、全站仪等仪器设备对沉管特征点以及导向定位系统进行联测标定，保证沉管8安装的测控系统运行正常；

调试：模拟沉管沉放过程对测控系统、压载水系统、绞车系统、通讯和照明系统、管内监测系统、CCTV监控系统等进行联调联试；为浮运沉管8做准备；

沉管浮运：利用所述主推器61和所述侧推器62带动所述一体船自航，所述一体船通过凸出部件91与凹槽92底部间的相互作用力，带动沉管8随所述一体船一同运动、转向，通过所述一体船上的所述主推器和所述侧推器产生的动力，用于抵抗所述一体船和所述沉管在浮运过程中受到的外部荷载；利用一体船上设置的动力定位系统，保证所述一体船和所述沉管沿规划航线航行和定位，浮运至沉管待安装位置；具体地，包括以下步骤：

浮运前，根据沉管8待安装位置，设定一体船运输沉管航行线路，编制航行计划，确定航线总里程和预计航行时间、各转向点的经纬度、复杂航段的航法以及航线附近的危险物避险手段，检测主要航行设备，确保设备处于良好状态；

及时收听和分析有关气象信息，航行时遇到大风浪时及时调整航速，保证沉管8运输的稳定性和船体的安全性，主推器的功率宜缓慢调整，避免航速增减过快；

应用多套导航系统(2套GPS、北斗)实时核对船位，保证一体船不偏离航线，发现偏航或异常情况及时通报船长，及时调整推进动力装置6，对船舶纠偏，回归计划航线；

主、侧推进器带动一体船自航，一体船通过凸出部件91与沉管8间的相互作用力带动沉管8与一体船整体自航，实现沉管8浮运；凸出部件91和凹槽92保证一体船与沉管8之间无相对位移，实现沉管8浮运过程的稳定性和安全性；

航行至接近沉管8待安装位置时，不可避免地垂直于横流方向行驶时，利用DP系统20原地转向，启动侧推器62，保证一体船稳定，减少横倾和横移；

航行全过程对沉管8与一体船连接点进行巡回检查，防止沉管8与一体船出现相对移动，做好航行操作记录和沉管检查记录；

沉管8安装，包括：

利用所述动力定位系统对一体船进行定位和系泊作业；

解除拉索93和限位装置，排出一体船压载水，释放凸出部件91与沉管8间压力，保持设计缆力稳定；

吊放缆开始下放沉管8，通过控制第一绞车401至第六绞车406，实现沉管8横向纵向位置的纠偏和坡度的调整，进一步完成沉管8的安装；

完成以上施工工艺后，利用一体船上的起重机，拆除沉管8上的测量塔、人孔管、拉合千斤顶等舾装件，随后一体船返航，准备下一节沉管浮运安装。

以上施工工艺各步骤的前后顺序没有严格要求，本领域技术人员可根据实际作业需要进行调整。

以上对本申请进行了详细说明，但所述内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本申请的专利涵盖范围之内。

Claims (19)

1.一种自航式水下隧道沉管运载安装一体船，其特征在于：包括第一船体、第二船体、连接结构、牵拉吊放设备、推进动力装置和动力定位系统，第一船体和第二船体相互平行，在第一船体和第二船体之间设置有连接结构，在第一船体、第二船体和连接结构上设置有牵拉吊放设备，在连接结构下方第一船体和第二船体之间为载物空间，待安装构件设置在载物空间内并与船体相连接，在第一船体和第二船体上分别设置有推进动力装置，所述一体船上还设置有动力定位系统，用以控制推进动力装置的功率以顺利实现航迹追踪和动力定位功能。

2.根据权利要求1所述的一体船，其特征在于：所述载物空间向下开放，所述待安装构件为沉管，在运输状态下，所述沉管浮于水中。

3.根据权利要求2所述的一体船，其特征在于：所述连接结构的底部设置有凸出部件，所述凸出部件的数量大于等于2；一体船在压载水状态下，所述凸出部件的底面与受到浮力的所述沉管之间形成压力接触，以将所述一体船推进动力传递给所述沉管，带动所述沉管一同航行。

4.根据权利要求3所述的一体船，其特征在于：所述凸出部件的底面设置有垫片，所述垫片与所述沉管间的摩擦系数大于等于0.5。

5.根据权利要求3所述的一体船，其特征在于：所述凸出部件插设于所述沉管顶面对应设置的凹槽内，用以限制所述沉管相对于所述一体船的移动。

6.根据权利要求5所述的一体船，其特征在于：所述凹槽与所述凸出部件之间设置有限位装置，用以实现所述凹槽与所述凸出部件的紧固连接。

7.根据权利要求3所述的一体船，其特征在于：所述连接结构底部靠近所述凸出部件设置多个连接所述沉管的拉索。

8.根据权利要求1所述的一体船，其特征在于：所述推进动力装置包括分别设置于第一船体艉部和第二船体艉部的主推器，以及分别设置于所述第一船体艏艉和所述第二船体艏艉的侧推器。

9.根据权利要求8所述的一体船，其特征在于：所述第一船体的艏部和艉部分别设置至少2台侧推器，所述第二船体的艏部和的艉部分别设置至少2台侧推器。

10.根据权利要求2所述的一体船，其特征在于：所述连接结构的数量大于等于2，通过至少2个所述连接结构的组合实现不同尺寸沉管的运输和安装，所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构。

11.根据权利要求10所述的一体船，其特征在于：在所述一体船与所述沉管之间设置交叉吊放缆用于调节所述沉管的横向和纵向位置。

12.根据权利要求11所述的一体船，其特征在于：所述牵拉吊放设备包括6台绞车，分别为第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置。

13.根据权利要求12所述的一体船，其特征在于：所述牵拉吊放设备还包括至少4台吊放绞车，用以提升、下放和调整所述沉管。

14.根据权利要求13所述的一体船，其特征在于：所述吊放绞车设置有4台，分别为第七绞车、第八绞车、第九绞车和第十绞车，所述一体船前部对应所述沉管前端两侧的位置设置有第七导缆装置和第八导缆装置，所述第七绞车的吊放缆绕经所述第七导缆装置向下连接至所述沉管顶面前端的一侧，所述第八绞车的吊放缆绕经所述第八导缆装置向下连接至所述沉管前端顶面的另一侧；所述一体船后部对应所述沉管后端两侧的位置设置有第九导缆装置和第十导缆装置，所述第九绞车的吊放缆绕经所述第九导缆装置向下连接至所述沉管后端顶面的一侧，所述第十绞车的吊放缆绕经所述第十导缆装置向下连接至所述沉管后端顶面的另一侧。

15.根据权利要求14所述的一体船，其特征在于：所述第一绞车至所述第十绞车每次收放吊放缆的最小长度为厘米级别。

16.根据权利要求1所述的一体船，其特征在于：所述一体船的长度大于等于50m，用以配合所述推进动力装置实现所述一体船原地转向。

17.根据权利要求8所述的一体船，其特征在于：所述第一船体的内侧和所述第二船体的内侧与所述沉管间的距离大于等于0.5m，以防止由于所述沉管的遮挡造成侧推失效。

18.一种水下隧道沉管的运输及安装施工工艺，其特征在于，利用一体船进行沉管浮运安装施工，其中，所述一体船包括第一船体、第二船体、连接结构、牵拉吊放设备、推进动力装置和动力定位系统，第一船体和第二船体相互平行，在第一船体和第二船体之间设置有连接结构，在第一船体、第二船体和连接结构上设置有绞车，在连接结构下方第一船体和第二船体之间为载物空间；在第一船体的艉部和第二船体的艉部设置有主推器，并且在第一船体艏艉和第二船体艏艉设置有侧推器；所述一体船连接结构的底部设置有凸出部件；

所述施工工艺包括以下步骤：

舾装，包括：

通过绞移的方式将所述一体船移至沉管的上方，或利用所述一体船上的所述绞车将沉管绞移至所述一体船的下方；

沉放定位系统的舾装：

所述一体船上设置有用于沉管沉放定位的第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构；所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置；

一体船与沉管进行连接，包括：

通过向所述一体船加水压载，使所述一体船向下运动，一体船上的凸出部件与沉管顶面接触，继续加水压载，使所述一体船与沉管间产生压力，并使该压力不小于200吨；

通过设置于所述一体船上的用于提升、下放和调整所述沉管的吊放绞车，收紧所述一体船与所述沉管之间的吊放缆；

沉管浮运：利用所述主推器和所述侧推器带动所述一体船自航，通过所述一体船与沉管之间的连接产生的相互作用力，带动沉管随所述一体船一同运动、转向，通过所述一体船上的所述主推器和所述侧推器产生的动力，用于抵抗所述一体船和所述沉管在浮运过程中受到的外部荷载；利用所述动力定位系统，保证所述一体船和所述沉管沿规划航线航行和定位，浮运至沉管待安装位置；

沉管安装，包括：

利用所述动力定位系统对一体船进行定位和系泊作业；

排出一体船压载水，释放凸出部件与沉管间的压力；

吊放缆开始下放沉管，通过控制第一绞车至第六绞车，实现沉管横向纵向位置的纠偏和坡度的调整，进一步完成沉管的安装。

19.根据权利要求18所述的水下隧道沉管的运输及安装施工工艺，其特征在于，具体地，包括以下步骤：

舾装，包括：

通过绞移的方式将所述一体船移至沉管的上方，或利用所述一体船上的所述绞车将沉管绞移至所述一体船的下方；

沉放定位系统的舾装：

所述一体船上设置有用于沉管沉放定位的第一绞车、第二绞车、第三绞车、第四绞车、第五绞车和第六绞车；所述第一船体的艏部设置有第一导缆装置，所述第一绞车的吊放缆绕经所述第一导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艏部设置有第二导缆装置，所述第二绞车的吊放缆绕经所述第二导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一船体的艉部设置有第三导缆装置，所述第三绞车的吊放缆绕经所述第三导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第二船体的位置；所述第二船体的艉部设置有第四导缆装置，所述第四绞车的吊放缆绕经所述第四导缆装置沿沉管的横向连接至沉管顶面靠近所述第一船体的位置；所述第一绞车至第四绞车用以调节所述沉管的横向位置；

所述沉管前端上方对应的所述连接结构为第一连接结构，所述沉管后端上方对应的所述连接结构为第二连接结构；所述第一连接结构设置有第五导缆装置，所述第五绞车的吊放缆绕经所述第五导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面后端位置；所述第二连接结构设置有第六导缆装置，所述第六绞车的吊放缆绕经所述第六导缆装置沿沉管的轴线连接至沉管顶面前端位置；所述第五绞车和所述第六绞车用以调节所述沉管的纵向位置；

一体船与沉管进行连接，包括：

通过向所述一体船加水压载，使所述一体船向下运动，一体船上的凸出部件进入所述沉管顶面对应设置的凹槽内；

继续加水压载，使所述一体船下放至所述凸出部件接触所述凹槽底部并产生压力，并使该压力不小于200吨；

采用限位装置实现所述凹槽与所述凸出部件的紧固连接；

通过设置于所述一体船上的用于提升、下放和调整所述沉管的吊放绞车，收紧所述一体船与所述沉管之间的吊放缆；

所述连接结构底部靠近所述凸出部件设置多个拉索，所述拉索向下连接至所述沉管顶面；

沉管浮运：利用所述主推器和所述侧推器带动所述一体船自航，所述一体船通过凸出部件与凹槽底部间的相互作用力，带动沉管随所述一体船一同运动、转向，通过所述一体船上的所述主推器和所述侧推器产生的动力，用于抵抗所述一体船和所述沉管在浮运过程中受到的外部荷载；利用所述动力定位系统，保证所述一体船和所述沉管沿规划航线航行和定位，浮运至沉管待安装位置；

沉管安装，包括：

利用所述动力定位系统对一体船进行定位和系泊作业；

解除拉索和限位装置，排出一体船压载水，释放凸出部件与沉管间压力；

吊放缆开始下放沉管，通过控制第一绞车至第六绞车，实现沉管横向纵向位置的纠偏和坡度的调整，进一步完成沉管的安装。

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