沉管隧道最终接头对接系统及对接方法与流程

本发明属于沉管隧道施工技术领域，尤其涉及一种沉管隧道最终接头对接系统及对接方法。

背景技术：

沉管隧道的管段安装中，为使最后一节管段顺利沉放，必须留有长于该管段的距离空间。当最后一节管段沉放后，最后一节管段的端面与前一节管段之间需要通过一连接结构进行连接，该连接结构即为最终接头。

目前，将最终接头与两侧待对接管段对接的一种常用方法为：首先，将最终接头沉放至两侧待对接管段之间，通过对接导向装置使最终接头的轴线与两侧待对接管段的轴线重合，完成最终接头在横向上的就位。随后，通过最终接头中设置的顶推式止水装置，对最终接头的两端面与两侧管段之间的空隙进行临时止水。最后，通过水下人工作业将最终接头的两端与两侧管段分别焊接，完成永久性止水。

然而，这种现有的最终接头对接方法仍存在一些不足，例如：现有的对接导向装置仅能实现最终接头在横向上的就位，而在纵向上无法精确就位，施工效率低；而且，为了避免最终接头碰撞两侧的管段，通常采用长度稍短的最终接头，这就使得最终接头在纵向上就位后，最终接头的两端面与两侧管段之间的空隙较大，止水难度大。

因此，如何提高最终接头对接的施工效率，同时降低止水难度，是当前急需解决的一项技术问题。

技术实现要素：

本发明针对上述的现有最终接头对接方法的施工效率低且止水难度大的技术问题，提出一种沉管隧道最终接头对接系统及对接方法，能够实现最终接头在横向和纵向上的准确就位，无需采用长度较短的最终接头，降低了止水难度大，提高了施工效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种沉管隧道最终接头对接系统，用于将最终接头连接于两节待对接管段之间，包括对接导向装置，所述对接导向装置包括横向导向组件和纵向导向组件；所述横向导向组件进一步包括连接于所述最终接头的横向导向杆，以及连接于所述待对接管段的横向导向架，所述横向导向架与所述横向导向杆相匹配；所述纵向导向组件进一步包括连接于所述最终接头的纵向导向杆，以及连接于所述待对接管段的纵向导向架，所述纵向导向架与所述纵向导向杆相匹配。

作为优选，所述横向导向杆沿所述最终接头的轴线方向设置，所述横向导向杆的一端悬挑于所述最终接头，其另一端可拆卸连接于所述最终接头的顶部。

作为优选，所述纵向导向杆沿垂直于所述横向导向杆的方向设置，所述纵向导向杆通过连接件连接于所述最终接头，所述连接件的一端悬挑于所述最终接头，其另一端可拆卸连接于所述最终接头的顶部。

作为优选，所述横向导向架设有可容纳所述横向导向杆的横向限位槽，所述纵向导向架设有可容纳所述纵向导向杆的纵向限位槽。

作为优选，所述沉管隧道最终接头对接系统还包括止水装置，所述止水装置包括设置于所述最终接头与待对接管段连接处两侧端面之间的第一止水组件，所述第一止水组件进一步包括可膨胀的第一止水囊，以及可容纳所述第一止水囊的第一止水槽；所述第一止水囊固定连接于所述最终接头与待对接管段连接处一侧的端面，所述第一止水槽相对设置于所述最终接头与待对接管段连接处另一侧的端面。

作为优选，所述止水装置还包括在所述第一止水组件、所述最终接头的端面钢板和所述待对接管段的端面钢板之间形成的浇筑止水区，以及与所述浇筑止水区相连通的浇筑管。

作为优选，所述止水装置进一步包括设置于所述最终接头与待对接管段连接处外侧的第二止水组件，所述第二止水组件进一步包括可膨胀的第二止水囊，以及可容纳所述第二止水囊的第二止水槽；所述第二止水囊固定连接于所述最终接头与待对接管段连接处一侧端面的边沿上，所述第二止水槽相对设置于所述最终接头与待对接管段连接处另一侧端面的边沿上。

作为优选，所述第一止水囊和/或第二止水囊为土工布或橡胶材质。

本发明还提出一种利用上述任一项技术方案所述的沉管隧道最终接头对接系统对接最终接头的对接方法，包括如下步骤：

利用起重船将最终接头沉放至两节待对接管段之间，在沉放过程中，利用对接系统中的横向导向组件和纵向导向组件控制所述最终接头的横向位置和纵向位置；

向对接系统中止水装置的第一止水囊充气或注浆，使所述第一止水囊膨胀至填满所述第一止水槽；

利用所述止水装置中的浇筑管向所述止水装置中的浇筑止水区浇筑混凝土，使所述最终接头与两侧待对接管段连接为一体。

作为优选，在向所述第一止水囊充气或注浆后，还包括向所述止水装置中的第二止水囊充气或注浆，使所述第二止水囊膨胀至填满所述第二止水槽。

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最终接头对接系统通过设置的横向导向组件和纵向导向组件，能够实现最终接头在横向和纵向上的快速准确就位，提高了施工效率；

2、本发明提供的沉管隧道最终接头对接系统，其无需采用长度较短的最终接头，减小了最终接头的两端面与两侧待对接管段之间的空隙，降低了止水难度；

3、采用本发明提供的对接方法进行最终接头对接，其施工效率高、成本低，并且易于控制、施工质量好，此外，无需人工进行水下作业，施工风险低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的沉管隧道最终接头对接系统的主视图；

图2为本发明实施例提供的沉管隧道最终接头对接系统的俯视图；

图3为本发明实施例提供的设有横向导向杆和纵向导向杆的最终接头的主视图；

图4为本发明实施例提供的设有横向导向架和纵向导向架的待对接管段的主视图；

图5为本发明实施例提供的设有横向导向架和纵向导向架的待对接管段的左视图；

图6为本发明实施例提供的止水装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的最终接头的端面结构示意图；

图8为本发明实施例提供的待对接管段的端面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的适用于方形箱体式的最终接头的最终接头对接系统的结构示意图；

以上各图中：1、最终接头；2、待对接管段；3、对接导向装置；31、横向导向组件；311、横向导向杆；312、横向导向架；3121、横向限位槽；32、纵向导向组件；321、纵向导向杆；322、纵向导向架；3221、纵向限位槽；323、连接件；4、止水装置；41、第一止水组件；411、第一止水囊；412、第一止水槽；42、第二止水组件；421、第二止水囊；422、第二止水槽；43、浇筑止水区；44、浇筑管；45、顶推止水组件。

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“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明涉及一种沉管隧道最终接头对接系统，用于将最终接头1连接于两节待对接管段2之间，包括对接导向装置3，对接导向装置3包括横向导向组件31和纵向导向组件32；横向导向组件31进一步包括连接于最终接头1的横向导向杆311，以及连接于待对接管段2的横向导向架312，横向导向架312与横向导向杆311相匹配；纵向导向组件32进一步包括连接于最终接头1的纵向导向杆321，以及连接于待对接管段2的纵向导向架322，纵向导向架322与纵向导向杆321相匹配。

如图1和图2所示，需要说明的是，该对接系统中的横向导向组件31用于控制最终接头1的横向位置，在沉放最终接头1时，仅需使横向导向杆311与横向导向架312匹配连接，即可使最终接头1的轴线与两侧待对接管段2的轴线重合，保证最终接头1在横向上的准确就位。同理，该对接系统中的纵向导向组件32用于控制最终接头1的纵向位置，在沉放最终接头1时，仅需使纵向导向杆321与纵向导向架322匹配连接，即可使最终接头1位于两侧待对接管段2的正中间，保证最终接头1在纵向上的准确就位。因而，本发明通过横向导向组件31和纵向导向组件32能够实现最终接头1在横向和纵向上的准确就位，本发明采用的最终接头1，其长度可以与两侧待对接管段2之间的距离相当，无需采用长度较短的最终接头，减小了最终接头1的两端面与两侧待对接管段2之间的空隙，降低了止水难度。可以理解的是，为了保证将最终接头1连接于两个待对接管段2之间，最终接头1与两侧的待对接管段2之间均设有横向导向组件31和纵向导向组件32。

具体的，如图2和图3所示，横向导向杆311沿最终接头1的轴线方向设置，横向导向杆311的一端悬挑于最终接头1，其另一端可拆卸连接于最终接头1的顶部。纵向导向杆321沿垂直于横向导向杆311的方向设置，纵向导向杆321通过连接件323连接于最终接头1，连接件323的一端悬挑于最终接头1，其另一端可拆卸连接于最终接头1的顶部。需要说明的是，在本实施例中，横向导向杆311的一端悬挑于最终接头1，其目的是为了保证横向导向杆311能够与设置于待对接管段2上的横向导向架312匹配连接。进一步的，通过设置的连接件323将纵向导向杆321悬挑连接于最终接头1的两侧，有利于保证纵向导向杆321与设置于待对接管段2上的纵向导向架322匹配连接。此外，还需要说明的是，如图2所示，连接件323可以为分别连接于纵向导向杆321两端的连接杆。可以理解的是，本领域技术人员还可以采用其他结构的连接件323，例如，采用连接于纵向导向杆321中部的连接杆作为连接件323，只要能够保证将纵向导向杆321悬挑连接于最终接头1的两侧即可。

如图4和图5所示，横向导向架312设有可容纳横向导向杆311的横向限位槽3121，纵向导向架322设有可容纳纵向导向杆321的纵向限位槽3221。通过设置的横向限位槽3121和纵向限位槽3221，能够使横向导向杆311与横向导向架312快速准确匹配，使纵向导向杆321与纵向导向架322快速准确匹配，有利于提高导向的准确度和施工效率。需要说明的是，纵向导向架322可以为多个，如图5所示，纵向导向架322示例性为两个，两个纵向导向架322沿垂直于待对接管段2轴向的方向设置。同理，横向导向架312也可以为多个，多个横向导向架312沿待对接管段2的轴线方向设置。通过设置多个纵向导向架322和横向导向架312，能够多点固定横向导向杆311和纵向导向杆321，避免横向导向杆311和纵向导向杆321发生偏移。可以理解的是，本领域技术人员也可以采用其他结构的横向导向架312和纵向导向架322，只要保证横向导向架312和纵向导向架322能够与横向导向杆311和纵向导向杆321快速匹配即可。

作为优选，如图4和图5所示，横向限位槽3121的顶部沿开设方向逐渐缩小，其横截面呈y型，更有利于横向导向杆311的滑入。同理，作为优选，纵向限位槽3221的顶部沿开设方向逐渐缩小，其横截面呈y型。

进一步的，为了便于对最终接头1与待对接管段2的连接处进行止水，如图1和图6所示，沉管隧道最终接头1对接系统还包括止水装置4，止水装置4包括设置于最终接头1与待对接管段2连接处两侧端面之间的第一止水组件41，第一止水组件41进一步包括可膨胀的第一止水囊411，以及可容纳第一止水囊411的第一止水槽412；第一止水囊411固定连接于最终接头1与待对接管段2连接处一侧的端面，第一止水槽412相对设置于最终接头1与待对接管段2连接处另一侧的端面。采用这种结构的止水装置4进行止水时，当最终接头1准确就位于两侧待对接管段2之间后，仅需要通过充气或注浆等方式使第一止水囊411膨胀，膨胀后的第一止水囊411容纳在第一止水槽412内，通过第一止水槽412挤压第一止水囊411即可实现止水，止水效果好，且止水操作可在水上完成，无需人工进行水下作业，施工风险小。

具体的，如图6-图8所示，第一止水槽412沿周向设置于最终接头1的端面，第一止水囊411设置于待对接管段2的端面，且第一止水囊411与第一止水槽412相对设置。可以理解的是，第一止水槽412也可以设置于待对接管段2的端面，相应的，第一止水囊411设置于最终接头1的端面。

进一步的，为了实现最终接头1与待对接管段2连接处的永久性止水，如图6所示，止水装置4还包括在第一止水组件41、最终接头1的端面钢板和待对接管段2的端面钢板之间形成的浇筑止水区43，以及与浇筑止水区43相连通的浇筑管44。需要说明的是，浇筑管44可以暗埋于待对接管段2或最终接头1内。通过浇筑管44向浇筑止水区43内浇筑混凝土，能够使最终接头1与待对接管段2连接为一个整体，实现了连接处的永久性止水，而且这种永久性止水操作可在水上完成，无需人工进行水下作业，施工风险小。

进一步的，为了增强止水效果以保证无渗漏，如图6-图8所示，止水装置4进一步包括设置于最终接头1与待对接管段2连接处外侧的第二止水组件42，第二止水组件42进一步包括可膨胀的第二止水囊421，以及可容纳第二止水囊421的第二止水槽422；第二止水囊421固定连接于最终接头1与待对接管段2连接处一侧端面的边沿上，第二止水槽422相对设置于最终接头1与待对接管段2连接处另一侧端面的边沿上。需要说明的是，第二止水组件42与第一止水组件41的止水操作和止水原理相同，此处不再赘述。通过在最终接头1与待对接管段2的连接处外侧设置的第二止水组件42，能够密封连接处的边沿，有效防止水从连接处的边沿渗入。

作为优选，如图6和8所示，第一止水囊411与第二止水槽422位于最终接头1与待对接管段2连接处的同侧。这样设置使得第一止水囊411与第二止水囊421交错设置，更有利于增强止水效果。

进一步的，为了便于注浆或充气，第一止水囊411和/或第二止水囊421为土工布或橡胶材质。需要说明的是，当采用土工布制作第一止水囊411和/或第二止水囊421时，由于土工布可透水不可透浆，因此可采用注浆的方式使第一止水囊411和/或第二止水囊421膨胀；当采用橡胶材质制作第一止水囊411和/或第二止水囊421时，由于橡胶材质不漏气，因此可采用充气的方式使第一止水囊411和/或第二止水囊421膨胀。此外，可以理解的是，第一止水囊411和第二止水囊421均设有用于充气或注浆的注入孔，以及用于排气或排浆的排出孔。

当最终接头1的两端面与两侧待对接管段2之间的空隙较大时，为了保证止水效果，如图6所示，本领域技术人员可以在最后一节待对接管段2上安装顶推止水组件45，通过顶推止水组件45顶推以减小最终接头1的两端面与两侧待对接管段2之间的空隙，便于进一步止水。需要说明的是，顶推止水组件45为现在技术中常用的一种止水装置，本领域技术人员熟知其结构，在此不进行赘述。

此外，还需要说明的是，本发明提供的沉管隧道最终接头对接系统不仅适用于如图1所示的倒梯形箱体式的最终接头1，还适用于如图9所示的常规的方形箱体式的最终接头1或者其他形式的最终接头。

本发明还提出了一种利用上述任一项实施例的沉管隧道最终接头对接系统对接最终接头1的对接方法，包括如下步骤：

s1：利用起重船将最终接头1沉放至两节待对接管段2之间，在沉放过程中，利用沉管隧道最终接头对接系统中的横向导向组件31和纵向导向组件32控制最终接头1的横向位置和纵向位置。

在本步骤中，需要说明的是，通过横向导向组件31和纵向导向组件32控制最终接头1的横向位置和纵向位置的具体步骤为：在沉放过程中，横向导向组件31中的横向导向杆311滑入横向导向架312的横向限位槽3121中，纵向导向组件32中的纵向导向杆321滑入纵向导向架322的纵向限位槽3221中。这种控制方法可以使最终接头1的轴线与两侧待对接管段2的轴线重合，最终接头1位于两侧待对接管段2的正中间，保证最终接头1在横向和纵向上的准确就位。此外，还需要说明的是，在沉放过程中，通过向最终接头1内的压载水箱注水使最终接头1下沉，起重船对最终接头1提供的吊力保持在200t至500t之间。

s2：向沉管隧道最终接头对接系统中止水装置4的第一止水囊411充气或注浆，使第一止水囊411膨胀至填满第一止水槽412。

在本步骤中，通过充气或注浆等方式使第一止水囊411膨胀，膨胀后的第一止水囊411容纳在第一止水槽412内，通过第一止水槽412挤压第一止水囊411即可实现止水。需要说明的是，注浆是指注入水泥浆。

s3：利用止水装置4中的浇筑管44向止水装置4中的浇筑止水区43浇筑混凝土，使最终接头1与两侧待对接管段2连接为一体。

在本步骤中，通过浇筑管44向浇筑止水区43内浇筑混凝土，能够使最终接头1与待对接管段2连接为一个整体，实现了连接处的永久性止水。

在本发明的一优选实施例中，为了提高止水效果，在向第一止水囊411充气或注浆后，还包括向止水装置4中的第二止水囊421充气或注浆，使第二止水囊421膨胀至填满第二止水槽422。

本发明提供的沉管隧道最终接头对接系统通过设置的横向导向组件31和纵向导向组件32，能够实现最终接头1在横向和纵向上的快速准确就位，提高了施工效率。同时，无需采用长度较短的最终接头，减小了最终接头1的两端面与两侧待对接管段2之间的空隙，降低了止水难度。根据本发明的某些实施例，其采用可膨胀的止水囊与容纳止水囊的止水槽相配合，通过止水槽挤压止水囊即可实现止水，止水效果好，且止水操作可在水上完成，无需人工进行水下作业，施工风险小。进一步的，根据本发明的某些实施例，通过设置的浇筑管44向浇筑止水区43内浇筑混凝土，使最终接头1与待对接管段2连接为一个整体，实现了连接处的永久性止水，而且这种永久性止水操作可在水上完成，无需人工进行水下作业，施工风险小。采用本发明提供的对接方法进行最终接头1对接，其施工效率高、成本低，并且易于控制、施工质量好，此外，无需人工进行水下作业，施工风险低。