CN115653002B - 一种沉管的长距离水下运输方法 - Google Patents

Abstract

一种沉管的长距离水下运输方法，其步骤为：S1.沉管节段预制完成后进行下水前准备工作；S2.船坞内注水，沉管受浮力作用起浮，完成沉管出坞；S3.拖航驳船拖带沉管在浅水海域沿航道进行浮运；S4.拖航驳船拖带沉管进入深海区域后，将沉管拖航至安装位置；S5.沉管在进入安装位置前，沉管进行上浮，沉管上浮后进行干舷高度调整和拖航缆绳调整；S6.拖航驳船拖带沉管沿航道浮运至指定安装位置，基本定位后进行系泊。本发明通过沉管节段下潜至水下运输的方式避免了在运输过程中深海极端环境荷载对结构的破坏，实现了沉管跨越深海区域的远距离运输，本发明实现了能够重复利用已建的沉管隧道预制工厂，节约了新项目投资和预制场建设工期。

Description

一种沉管的长距离水下运输方法

技术领域

本发明涉及沉管运输技术领域，尤其涉及一种沉管的长距离水下运输方法。

背景技术

随着港珠澳大桥沉管隧道的成功建设，我国相继又开展了大连湾通道、深中通道和汉江通道的沉管隧道建设，沉管隧道已成为跨越深水区域的重要通道形式之一。沉管隧道节段采用工厂化预制生产，具有产品质量高、绿色经济等特点，但是沉管预制工厂选址困难，场地设施建设和设备购置安装等一次性投入巨大，为每条沉管隧道就近配置一座预制工厂是不现实、不经济的，场地选址、船坞建造和自动化生产设备配置等都决定了沉管隧道预制工厂无法迁移或迁移代价巨大，重复利用已建的沉管隧道预制工厂继续进行沉管节段生产有利于节约投资、节约工期，但是预制工厂距离新建沉管隧道位置距离往往很远，达到数百公里，运输路线将途径深海区域，深海区域海况条件更加复杂，存在极端波浪、风高流急等恶劣条件，急需要一种可以满足外海复杂海况条件下能够长距离运输沉管的方法。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种可以适用于深海条件下的沉管长距离水下运输方法。

本发明所采取的技术方案：

一种沉管的长距离水下运输方法，其步骤为：

S1.沉管节段预制完成后进行下水前准备工作，安装端封门进行水密性试验，保证沉管节段自身和两端封门不透水，沉管顶部安装系缆柱和吊装点，在沉管顶部分布安装姿态监控系统，在沉管的内部安装浮力调节系统，安装沉管隧道对接拉合装置，用于沉管下沉就位后与前一节段拉合对接，拖航驳船经检修完成后在船坞外编队就位，抛锚等候；

S2.船坞内注水，沉管受浮力作用起浮，通过浮力调节系统调整沉管干舷高度，使其满足出坞和浅水航道运输要求，船坞外在门口两侧各设置一根用于牵引缆绳转向的转向柱，牵引缆绳分为两组，一组牵引缆绳一端系于系缆柱上，另一端系于拖航驳船上，另一组牵引缆绳一端系于系缆柱上，另一端绕过转向柱系于岸上的卷扬机上，卷扬机和拖航驳船二者共同将沉管牵引移出船坞，拖航驳船按编队方案与沉管依次连接，完成沉管出坞；

S3.拖航驳船拖带沉管在浅水海域沿航道进行浮运，由海事部门外围警戒船在前后和两侧进行护航，浮运路线按照事先申请批准的经过的航道由海事部门进行管制，保证运输线路的安全；

S4.拖航驳船拖带沉管进入深海区域后，为便于控制沉管运输姿态和避免极端波浪环境荷载对沉管结构造成破坏，通过浮力调节系统使沉管下潜，沉管顶面没于海面水平线以下，沉管下潜到位后开始深海水下拖航，将沉管拖航至安装位置；

S5.沉管在进入安装位置前，水深逐渐变浅，海面风浪条件满足水上拖航条件，沉管进行上浮，通过浮力调节系统和拖航驳船控制沉管的上浮姿态，沉管上浮后进行干舷高度调整和拖航缆绳调整，干舷高度为.m-.m，拖航缆绳调整至适合水上拖航位置；

S6.拖航驳船拖带沉管沿航道浮运至指定安装位置，基本定位后进行系泊，安装位置周围预先打设用于沉管和运输船舶临时系泊的海底锚柱，等待窗口期进行沉管的下放作业。

所述的S1步骤中系缆柱用于拖航驳船与沉管的连接点，吊装点用于沉管就位后安装船连接吊装点进行沉管下放。

所述的浮力调节系统包括压载水箱和抽排水装置，浮力调节系统通过抽排水装置对压载水箱进行注水和排水调节沉管节段的浮力。

所述的姿态监控系统由组及以上的液面压力器和计算分析系统组成，通过对沉管顶部多点进行压力测量，计算出各点水面高度和沉管的横倾角度和纵倾角度，监控沉管节段在水下横倾和纵倾姿态，防止沉管在水下发生侧翻。

所述的S3步骤中在浅水海域浮运时要保证沉管底距离海底地面线有足够的安全距离，防止发生触底、触礁事件。

所述的S4步骤中沉管下沉过程中浮力调节系统通过注入海水逐渐下沉，最终沉管总体重量大于其所排开海水重量，由拖航驳船连接的牵引缆绳提供向上的拉力，保证沉管在水中保持悬浮状态。

所述的S4步骤中沉管下沉过程中浮力调节系统保证各处压载水箱同步注入海水，沉管在水平面内受力均匀，保持水平状态，不发生横倾或侧倾，同时利用绞车释放拖航驳船的缆绳，始终保持缆绳处于张紧状态。

所述的S4步骤中沉管下潜的深度根据运输路线水深和风浪条件确定，沉管顶面潜入海面水平线以下深度大于极端波浪波高的1/2，以减小深海浮运过程中波浪对沉管姿态和结构的影响，沉管底面距离海床底部不小于一倍沉管高度，防止沉管触碰海底，保证运输安全。

所述的S5步骤中沉管上浮过程为沉管下潜的逆过程，通过浮力调节系统均匀排除压载水箱内海水，使沉管水平上浮，同时拖航驳船上绞车收紧牵引缆绳，保持牵引缆绳处于张紧状态，以控制沉管的上浮姿态。

本发明的有益效果：本发明通过沉管节段下潜至水下运输的方式避免了在运输过程中深海极端环境荷载对结构的破坏，实现了沉管跨越深海区域的远距离运输，本发明提供的运输方法相比半潜船出运沉管可直接利用船坞浮运沉管进行下水，无需修建专门的半潜船舾装深水区域，本发明实现了能够重复利用已建的沉管隧道预制工厂，节约了新项目投资和预制场建设工期，符合全国统一大市场发展理念，避免了预制工厂重复建设，实现了绿色经济发展。

附图说明

图1为本发明的沉管出坞下水示意图。

图2为本发明的沉管浅水浮运主视图。

图3为本发明的沉管浅水浮运俯视图。

图4为本发明的沉管水下拖航主视图。

图5为本发明的沉管水下拖航俯视图。

图6为本发明的沉管就位系泊主视图。

图7为本发明的沉管就位系泊俯视图。

其中：1-沉管；2-沉管隧道对接拉合装置；3-姿态监控系统；4-系缆柱；5-牵引缆绳；6-拖航驳船；7-转向柱；8-船坞；9-卷扬机；10-海底地面线；11-海面水平线；12-浮力调节系统；13-海底锚柱。

具体实施方式

一种沉管的长距离水下运输方法，其步骤为：

S1.沉管1节段预制完成后进行下水前准备工作，安装端封门进行水密性试验，保证沉管1节段自身和两端封门不透水，沉管1顶部安装系缆柱4和吊装点，系缆柱4用于拖航驳船6与沉管1的连接点，吊装点用于沉管1就位后安装船连接吊装点进行沉管1下放，在沉管1顶部分布安装姿态监控系统3，姿态监控系统3由4组及以上的液面压力器和计算分析系统组成，通过对沉管1顶部多点进行压力测量，计算出各点水面高度和沉管1的横倾角度和纵倾角度，监控沉管1节段在水下横倾和纵倾姿态，防止沉管1在水下发生侧翻，在沉管1的内部安装浮力调节系统12，浮力调节系统包括压载水箱和抽排水装置，浮力调节系统通过抽排水装置对压载水箱进行注水和排水调节沉管1节段的浮力，安装沉管隧道对接拉合装置2，用于沉管1下沉就位后与前一节段拉合对接，拖航驳船6经检修完成后在船坞8外编队就位，抛锚等候；

S2.船坞8内注水，沉管1受浮力作用起浮，通过浮力调节系统12调整沉管1干舷高度，使其满足出坞和浅水航道运输要求，船坞8外在门口两侧各设置一根用于牵引缆绳5转向的转向柱7，牵引缆绳5分为两组，一组牵引缆绳5一端系于系缆柱4上，另一端系于拖航驳船6上，另一组牵引缆绳5一端系于系缆柱4上，另一端绕过转向柱7系于岸上的卷扬机9上，牵引缆绳5一端系于系缆柱4上，另一端系于拖航驳船6上和绕过转向柱7系于岸上的卷扬机9上，卷扬机9和拖航驳船6二者共同将沉管牵引移出船坞8，拖航驳船6按编队方案与沉管1依次连接，完成沉管1出坞；

S3.拖航驳船6拖带沉管1在浅水海域沿航道进行浮运，由海事部门外围警戒船在前后和两侧进行护航，浮运路线按照事先申请批准的经过的航道由海事部门进行管制，保证运输线路的安全，浅水海域浮运时要保证沉管1底距离海底地面线10有足够的安全距离，防止发生触底、触礁事件；

S4.拖航驳船6拖带沉管1进入深海区域后，为便于控制沉管1运输姿态和避免极端波浪环境荷载对沉管1结构造成破坏，通过浮力调节系统12使沉管1下潜，沉管1顶面没于海面水平线11以下，沉管1下沉过程中浮力调节系统12通过注入海水逐渐下沉，最终沉管1总体重量大于其所排开海水重量，由拖航驳船6连接的牵引缆绳5提供向上的拉力，保证沉管1在水中保持悬浮状态，沉管1下沉过程中浮力调节系统12保证各处压载水箱同步注入海水，沉管1在水平面内受力均匀，保持水平状态，不发生横倾或侧倾，同时利用绞车释放拖航驳船6的牵引缆绳5，始终保持牵引缆绳5处于张紧状态，沉管1下潜的深度根据运输路线水深和风浪条件确定，沉管1顶面潜入海面水平线12以下深度大于极端波浪波高的1/2，以减小深海浮运过程中波浪对沉管1姿态和结构的影响，沉管1底面距离海床底部不小于一倍沉管1高度，防止沉管1触碰海底，保证运输安全，沉管1下潜到位后开始深海水下拖航，将沉管1拖航至安装位置；

S5.沉管1在进入安装位置前，水深逐渐变浅，海面风浪条件满足水上拖航条件，沉管进行上浮，沉管1上浮过程为沉管1下潜的逆过程，通过浮力调节系统12均匀排除压载水箱内海水，使沉管1水平上浮，同时拖航驳船6上绞车收紧牵引缆绳5，保持牵引缆绳5处于张紧状态，以控制沉管1的上浮姿态，通过浮力调节系统12和拖航驳船6控制沉管1的上浮姿态，沉管1上浮后进行干舷高度调整和拖航缆绳调整，干舷高度为0.15m-0.25m，拖航缆绳调整至适合水上拖航位置；

S6.拖航驳船6拖带沉管1沿航道浮运至指定安装位置，基本定位后进行系泊，安装位置周围预先打设用于沉管1和运输船舶临时系泊的海底锚柱13，等待窗口期进行沉管1的下放作业。

本发明提供的施工方法相比半潜船运输沉管不受大型施工设备能力的限制，现有拖轮即能满足拖航需求，沉管隧道标准节段约8万吨重，现有的世界最大半潜船也仅有7.5万吨，不能满足沉管节段的运输，并且其运输费用及其高昂。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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

Claims (9)

1.一种沉管的长距离水下运输方法，其特征在，其步骤为：

S1.沉管（1）节段预制完成后进行下水前准备工作，安装端封门进行水密性试验，保证沉管（1）节段自身和两端封门不透水，沉管（1）顶部安装系缆柱（4）和吊装点，在沉管（1）顶部分布安装姿态监控系统（3），在沉管（1）的内部安装浮力调节系统（12），安装沉管隧道对接拉合装置（2），用于沉管（1）下沉就位后与前一节段拉合对接，拖航驳船（6）经检修完成后在船坞（8）外编队就位，抛锚等候；

S2.船坞（8）内注水，沉管（1）受浮力作用起浮，通过浮力调节系统（12）调整沉管（1）干舷高度，使其满足出坞和浅水航道运输要求，船坞（8）外在门口两侧各设置一根用于牵引缆绳（5）转向的转向柱（7），牵引缆绳（5）分为两组，一组牵引缆绳（5）一端系于系缆柱（4）上，另一端系于拖航驳船（6）上，另一组牵引缆绳（5）一端系于系缆柱（4）上，另一端绕过转向柱（7）系于岸上的卷扬机（9）上，卷扬机（9）和拖航驳船（6）二者共同将沉管牵引移出船坞（8），拖航驳船（6）按编队方案与沉管（1）依次连接，完成沉管（1）出坞；

S3.拖航驳船（6）拖带沉管（1）在浅水海域沿航道进行浮运，由海事部门外围警戒船在前后和两侧进行护航，浮运路线按照事先申请批准的经过的航道由海事部门进行管制，保证运输线路的安全；

S4.拖航驳船（6）拖带沉管（1）进入深海区域后，为便于控制沉管（1）运输姿态和避免极端波浪环境荷载对沉管（1）结构造成破坏，通过浮力调节系统（12）使沉管（1）下潜，沉管（1）顶面没于海面水平线（11）以下，沉管（1）下潜到位后开始深海水下拖航，将沉管（1）拖航至安装位置；

S5.沉管（1）在进入安装位置前，水深逐渐变浅，海面风浪条件满足水上拖航条件，沉管进行上浮，通过浮力调节系统（12）和拖航驳船（6）控制沉管（1）的上浮姿态，沉管（1）上浮后进行干舷高度调整和拖航缆绳调整，干舷高度为0.15m-0.25m，拖航缆绳调整至适合水上拖航位置；

S6.拖航驳船（6）拖带沉管（1）沿航道浮运至指定安装位置，基本定位后进行系泊，安装位置周围预先打设用于沉管（1）和运输船舶临时系泊的海底锚柱（13），等待窗口期进行沉管（1）的下放作业。

2.根据权利要求1所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S1步骤中系缆柱（4）用于拖航驳船（6）与沉管（1）的连接点，吊装点用于沉管（1）就位后安装船连接吊装点进行沉管（1）下放。

3.根据权利要求1所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的浮力调节系统包括压载水箱和抽排水装置，浮力调节系统通过抽排水装置对压载水箱进行注水和排水调节沉管（1）节段的浮力。

4.根据权利要求1所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的姿态监控系统（3）由4组及以上的液面压力器和计算分析系统组成，通过对沉管（1）顶部多点进行压力测量，计算出各点水面高度和沉管（1）的横倾角度和纵倾角度，监控沉管（1）节段在水下横倾和纵倾姿态，防止沉管（1）在水下发生侧翻。

5.根据权利要求1所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S3步骤中在浅水海域浮运时要保证沉管（1）底距离海底地面线（10）有足够的安全距离，防止发生触底、触礁事件。

6.根据权利要求1所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S4步骤中沉管（1）下沉过程中浮力调节系统（12）通过注入海水逐渐下沉，最终沉管（1）总体重量大于其所排开海水重量，由拖航驳船（6）连接的牵引缆绳（5）提供向上的拉力，保证沉管（1）在水中保持悬浮状态。

7.根据权利要求6所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S4步骤中沉管（1）下沉过程中浮力调节系统（12）保证各处压载水箱同步注入海水，沉管（1）在水平面内受力均匀，保持水平状态，不发生横倾或侧倾，同时利用绞车释放拖航驳船（6）的牵引缆绳（5），始终保持牵引缆绳（5）处于张紧状态。

8.根据权利要求7所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S4步骤中沉管（1）下潜的深度根据运输路线水深和风浪条件确定，沉管（1）顶面潜入海面水平线（11）以下深度大于极端波浪波高的1/2，以减小深海浮运过程中波浪对沉管（1）姿态和结构的影响，沉管（1）底面距离海床底部不小于一倍沉管（1）高度，防止沉管（1）触碰海底，保证运输安全。

9.根据权利要求7所述的沉管的长距离水下运输方法，其特征在于，所述的S5步骤中沉管（1）上浮过程为沉管（1）下潜的逆过程，通过浮力调节系统（12）均匀排除压载水箱内海水，使沉管（1）水平上浮，同时拖航驳船（6）上绞车收紧牵引缆绳（5），保持牵引缆绳（5）处于张紧状态，以控制沉管（1）的上浮姿态。