本发明属于沉管隧道施工技术领域，尤其涉及一种可逆式沉管隧道最终接头及其对接施工方法。
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暗埋段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。
随着沉管隧道施工技术的发展，最终接头的形式越来越多样化，带有顶进管节的最终接头是一种新型最终接头。例如：专利cn107938709a提供了一种沉管隧道最终接头，该最终接头就是一种带有顶进管节的最终接头，虽然利用外设千斤顶的方式，能够将顶推管节缩回连接管节中，实现可逆施工。然而，外设千斤顶的连接较为费时费力，使可逆施工时操作复杂，而且，外设千斤顶是在有水的环境下工作，仍具有一定的施工风险。
因而，如何提供一种可逆施工操作简便且施工风险更小的可逆式沉管隧道最终接头，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可逆式沉管隧道最终接头存在可逆施工时操作复杂且存在一定施工风险的不足，提出一种可逆式沉管隧道最终接头及其对接施工方法，该可逆式沉管隧道最终接头的可逆施工操作方式灵活简便，且其主要施工均在干作业环境下完成，水下操作少，施工风险小。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
可逆式沉管隧道最终接头，用于暗埋段管段与最后一节已安装管段的对接，包括设置于所述暗埋段管段待对接端的连接套筒，所述连接套筒内套接有用于与所述已安装管段对接的顶进管节；所述顶进管节内壁设有第一反力牛腿，所述暗埋段管段内壁设有与所述第一反力牛腿相对的第二反力牛腿；所述第一反力牛腿和第二反力牛腿之间设置有伸缩顶推件，所述伸缩顶推件可沿轴向伸长或收缩以将所述顶进管节相对于所述连接套筒推出或拉回；所述第一反力牛腿和第二反力牛腿之间可拆卸连接有用于在所述顶进管节被推出至与所述已安装管段对接后防止所述顶进管节被推回的止推组件。
作为优选，所述止推组件包括多个第一止推钢支撑，所述第一止推钢支撑的一端固定连接于所述第一反力牛腿，所述第一止推钢支撑的另一端穿设于所述暗埋段管段待对接端的端封门，所述第一止推钢支撑可沿轴向相对于该端封门移动；部分所述第一止推钢支撑与所述第二反力牛腿之间可拆卸连接有沿轴向设置的多个第二止推钢支撑，所述第二止推钢支撑的一端可拆卸连接于所述第一止推钢支撑穿过所述端封门的一端，其另一端可拆卸连接于所述第二反力牛腿。
作为优选，所述第一止推钢支撑靠近所述第二止推钢支撑的一端，以及所述第二止推钢支撑靠近所述第一止推钢支撑的一端，均焊接有第一连接法兰，两个所述第一连接法兰通过螺栓可拆卸连接。
作为优选，所述第一止推钢支撑靠近所述第一反力牛腿的一端焊接有第二连接法兰，所述第一反力牛腿内沿轴向穿设有拉杆，且所述拉杆穿过所述第二连接法兰，所述拉杆的两端连接有用于将所述第一反力牛腿与第二连接法兰紧固连接的紧固螺母。
作为优选，所述拉杆外套设有拉杆套筒，所述拉杆套筒与拉杆之间留有间隙。
作为优选，所述第二止推钢支撑靠近所述第二反力牛腿的一端焊接有第一楔形块，所述第二反力牛腿固接有与所述第一楔形块相匹配的第二楔形块。
作为优选，所述伸缩顶推件设置于剩余部分所述第一止推钢支撑与所述第二反力牛腿之间，所述伸缩顶推件的一端连接于所述第一止推钢支撑穿过所述端封门的一端，其另一端连接于所述第二反力牛腿。
作为优选，所述顶进管节顶部的外壁设有第三反力牛腿。
作为优选，所述可逆式沉管隧道最终接头还包括止水组件，所述止水组件包括三道止水带，第一道止水带设置于所述顶进管节靠近所述已安装管段一端的端面，第二道止水带和第三道止水带均设置于所述顶进管节外周；所述第二道止水带可随所述顶进管节的伸缩而伸缩，所述第二道止水带的一端固接于所述顶进管节，另一端固接于所述连接套筒，所述第三道止水带套接于所述顶进管节与连接套筒之间，所述第三道止水带为可注浆止水带。
本发明还提供了一种上述任一项技术方案所述的可逆式沉管隧道最终接头的对接施工方法，包括如下步骤：
通过所述伸缩顶推件的伸长将所述顶进管节推出，直至与所述已安装管段准确对接；若所述顶进管节推出时的姿态无法实现与所述已安装管段的准确对接，则通过伸缩顶推件的收缩将所述顶进管节拉回，调整所述顶进管节的姿态后重新推出；
排出所述顶进管节与已安装管段之间结合腔内的水，并对所述顶进管节与已安装管段对接处进行止水；
将所述止推组件连接在所述第一反力牛腿和第二反力牛腿之间，以对所述顶进管节止推；
对所述顶进管节与暗埋段管段之间的空隙处注入混凝土，使所述顶进管节与暗埋段管段连接为一体，并对所述顶进管节与已安装管段的对接处进行焊接施工，完成对接。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明提供的可逆式沉管隧道最终接头，通过设置的伸缩顶推件、止推组件、第一反力牛腿和第二反力牛腿的配合作用，可实现顶进管节对接时的可逆施工，这种可逆施工的操作方式灵活简便，而且无需进行水下操作，施工风险小；
2、采用本发明提供的可逆式沉管隧道最终接头进行对接施工时，其主要施工均在干作业环境下完成，水下操作少，施工质量有保证，施工周期短，受水深影响小，施工成本低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可逆式沉管隧道最终接头的结构示意图；
图2为沿图1中a-a线的剖视图；
图3为沿图1中b-b线的剖视图；
图4为沿图1中c-c线的剖视图；
图5为图1中d处的放大图；
图6为图1中e处的放大图；
图7为本发明实施例提供的止推组件与第一反力牛腿和第二反力牛腿的连接示意图；
图8为图7中f处的放大图；
图9为本发明实施例提供的可逆式沉管隧道最终接头对接施工方法的对接过程示意图；
以上各图中：1、暗埋段管段；2、已安装管段；3、连接套筒；4、顶进管节；5、第一反力牛腿；6、第二反力牛腿；7、止推组件；71、第一止推钢支撑；72、第二止推钢支撑；73、第一连接法兰；74、螺栓；75、第一楔形块；76、第二楔形块；77、第二连接法兰；8、端封门；9、封门；10、储水腔；11、结合腔；12、人孔；13、盖板；14、进水管；15、伸缩顶推件；16、第三反力牛腿；17、第一道止水带；18、第二道止水带；19、第三道止水带；20、密封胶圈；21、拉杆；22、紧固螺母；23、拉杆套筒。
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，轴向是指图1中的水平方向；术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”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”、“第三”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-图4所示，本发明涉及一种可逆式沉管隧道最终接头，用于暗埋段管段1与最后一节已安装管段2的对接，包括设置于暗埋段管段1待对接端的连接套筒3，连接套筒3内套接有用于与已安装管段2对接的顶进管节4；顶进管节4内壁设有第一反力牛腿5，暗埋段管段1内壁设有与第一反力牛腿5相对的第二反力牛腿6；第一反力牛腿5和第二反力牛腿6之间设置有伸缩顶推件15，伸缩顶推件15可沿轴向伸长或收缩以将顶进管节4相对于连接套筒3推出或拉回；第一反力牛腿5和第二反力牛腿6之间可拆卸连接有用于在顶进管节4被推出至与已安装管段2对接后防止顶进管节4被推回的止推组件7。
上述可逆式沉管隧道最终接头中，设置的伸缩顶推件15以设置的第一反力牛腿5和第二反力牛腿6为支撑，通过伸缩顶推件15沿轴向的伸长，可将顶进管节4推出以与已安装管段2对接，同时，由于伸缩顶推件15还可沿轴向收缩，因而，当顶进管节4被推出时的姿态不符合要求时，通过伸缩顶推件15沿轴向的收缩，可将顶进管节4拉回，从而实现了对接时的可逆施工，这种可逆施工的操作方式灵活简便，而且无需进行水下操作，施工风险小。进一步的，当顶进管节4被推出至与已安装管段2准确对接后，通过设置的止推组件7可防止顶进管节4被推回，同时止推组件7以设置的第一反力牛腿5和第二反力牛腿6为支撑，相比于设置在暗埋段管段1端部的钢结构内，其止推效果更好，而且能够大大降低成本。
需要说明的是，上述可逆式沉管隧道最终接头中，顶进管节4用于与已安装管段2的待对接端进行匹配对接，因而，如图1所示，顶进管节4远离暗埋段管段1的一端端面与已安装管段2的待对接端端面相匹配，以保证能够匹配对接。进一步的，如图1所示，顶进管节4、连接套筒3和暗埋段管段1共轴线设置，以保证沉管隧道的暗埋段管段1与已安装管段2能够共轴线对接。此外，还需要说明的是，顶进管节4的外壁与连接套筒3的内壁滑动配合，以便于顶进管节4的推出，需注意的是，顶进管节4只能部分推出于连接套筒3，以避免顶进管节4与连接套筒3相脱离。
上述可逆式沉管隧道最终接头中，止推组件7用于防止顶进管节4被推回。如图1、图2和图7所示，止推组件7包括沿轴向设置的多个第一止推钢支撑71，第一止推钢支撑71的一端固定连接于第一反力牛腿5，第一止推钢支撑71的另一端穿设于暗埋段管段1待对接端的端封门8，第一止推钢支撑71可沿轴向相对于该端封门8移动；部分第一止推钢支撑71与第二反力牛腿6之间可拆卸连接有沿轴向设置的多个第二止推钢支撑72，第二止推钢支撑72的一端可拆卸连接于第一止推钢支撑71穿过端封门8的一端，其另一端可拆卸连接于第二反力牛腿6。需要说明的是，如图3所示，第一止推钢支撑71沿周向均布于端封门8的边缘处，本实施例中设置的第一止推钢支撑71为24个。如图4所示，本实施例中设置的第二止推钢支撑72为18个，除靠近暗埋段管段1顶部的2个第一止推钢支撑71，以及靠近暗埋段管段1底部的4个第一止推钢支撑71外，其余第一止推钢支撑71均可拆卸连接第二止推钢支撑72。进一步需要说明的是，在推出顶进管节4前，第二止推钢支撑72需拆除，第二止推钢支撑72仅在顶进管节4被推出至与已安装管段2准确对接后进行连接。此外，需要说明的是，第一止推钢支撑71和第二止推钢支撑72具体可采用钢柱。相比于采用千斤顶保压的方式进行止推，本实施例提供的这种结构的止推组件7中，每根第一止推钢支撑71或第二止推钢支撑72均可承受500t轴向力，其止推效果更好，无需采用其他方式进行辅助止推。同时，本实施例提供的这种止推组件7分为两节，其中第一止推钢支撑71固定连接于顶进管节4并可随之移动，而第二止推钢支撑72完全位于暗埋段管段1的干作业环境内，其拆卸连接完全可通过工人进入暗埋段管段1内进行操作，施工方便且风险小。
针对第一止推钢支撑71与第二止推钢支撑72之间的具体连接，如图7所示，第一止推钢支撑71靠近第二止推钢支撑72的一端，以及第二止推钢支撑72靠近第一止推钢支撑71的一端，均焊接有第一连接法兰73，两个第一连接法兰73通过螺栓74可拆卸连接。
针对第一止推钢支撑71与第一反力牛腿5之间的具体连接，如图8所示，第一止推钢支撑71靠近第一反力牛腿5的一端焊接有第二连接法兰77，第一反力牛腿5内沿轴向穿设有拉杆21，且拉杆21穿过第二连接法兰77，拉杆21的两端螺纹连接有用于将第一反力牛腿5与第二连接法兰77紧固连接的紧固螺母22。进一步，如图8所示，拉杆21外套设有拉杆套筒23，拉杆套筒23与拉杆21之间留有间隙，以保证拉杆21具有一定的移动空间，避免拉杆21在顶进管节4移动时产生拉扯。
针对第二止推钢支撑72与第二反力牛腿6之间的具体连接，如图7所示，第二止推钢支撑72靠近第二反力牛腿6的一端焊接有第一楔形块75，第二反力牛腿6固接有与第一楔形块75相匹配的第二楔形块76。在连接第二止推钢支撑72时，操作人员仅需根据顶进管节4的推出长度准确计算所需第二止推钢支撑72的长度，然后通过第一楔形块75和第二楔形块76的滑动配合，将合适长度的第二止推钢支撑72顶紧在第一止推钢支撑71和第二反力牛腿6之间，再连接第一止推钢支撑71和第二止推钢支撑72即可。
此外，如图6所示，第一止推钢支撑71外周与暗埋段管段1待对接端的端封门8之间设有密封胶圈20，以防止水流通过第一止推钢支撑71外周与端封门8之间的缝隙流入暗埋段管段1内，影响暗埋段管段1内的干作业环境。
上述可逆式沉管隧道最终接头中，伸缩顶推件15用于推出或拉回顶进管节4。如图2或图4所示，伸缩顶推件15沿轴向设置于剩余部分第一止推钢支撑71与第二反力牛腿6之间，伸缩顶推件15的一端连接于第一止推钢支撑71穿过端封门8的一端，其另一端连接于第二反力牛腿6。需要说明的是，剩余部分第一止推钢支撑71是指未连接第二止推钢支撑72的第一止推钢支撑71。需要说明的是，为了保证顶进管节4被推出时的平衡，如图4所示，伸缩顶推件15需对称设置，在本实施例中具体为：靠近暗埋段管段1顶部的左右两侧分别设置1个伸缩顶推件15，靠近暗埋段管段1底部的左右两侧分别设置2个伸缩顶推件15。此外，作为一种优选，伸缩顶推件15具体为千斤顶。
进一步的，如图5所示，顶进管节4顶部的外壁设有第三反力牛腿16。当设置的伸缩顶推件15失效时，通过在已安装管段2顶部与第三反力牛腿16之间设置垫块和千斤顶的方式，也可实现顶进管节4的拉回。
如图5所示，可逆式沉管隧道最终接头还包括止水组件，止水组件包括三道止水带，第一道止水带17设置于顶进管节4靠近已安装管段2一端的端面，第二道止水带18和第三道止水带19均设置于顶进管节4外周；第二道止水带18可随顶进管节4的伸缩而伸缩，第二道止水带18的一端固接于顶进管节4，另一端固接于连接套筒3，第三道止水带19套接于顶进管节4与连接套筒3之间，第三道止水带19为可注浆止水带。通过设置的三道止水带，能够有效达到止水要求。
此外，还需要说明的是，本实施例提供的可逆式沉管隧道最终接头，还具有与专利cn107938709a相类似的储水腔10，以利用水压差实现水力压接止水。具体的，如图1所示，顶进管节4内设有封门9，顶进管节4、封门9、连接套筒3和设置于暗埋段管段1内的端封门8之间形成可储水的储水腔10，连接套筒3的顶部设有与储水腔10相连通的进水管14，进水管14设有进水阀【图中未示出】。在对接施工时，打开进水阀以使储水腔10与外部连通，水经进水管14流入储水腔10并充满整个储水腔10，当顶进管节4与已安装管段2匹配对接后，将顶进管节4与已安装管段2之间的结合腔11内的水排出，此时储水腔10与结合腔11之间形成水压差，在此水压差的作用下，使顶进管节4顶紧于已安装管段2，加强顶进管节4与已安装管段2之间的临时止水。需要说明的是，顶进管节4与已安装管段2之间的结合腔11由顶进管节4内的封门9、设置于已安装管段2的端封门8以及顶进管节4和已安装管段2的管壁围成。此外，为了便于潜水员进入储水腔10内测量顶进管节4的对接情况，连接套筒3的顶部还设有人孔12和用于封闭人孔12的盖板13。在本实施例中，为了便于施工，进水管14设置在盖板13上方。
本发明进一步还提供了一种上述任一项实施例所述的可逆式沉管隧道最终接头的对接施工方法，如图9所示，包括以下步骤：
s1：当靠近暗埋段管段1的最后一节已安装管段2沉放安装到位后，通过上述任一项实施例的可逆式沉管隧道最终接头中伸缩顶推件15的伸长将顶进管节4推出，直至与已安装管段2准确对接；若顶进管节4推出时的姿态无法实现与已安装管段2的准确对接，则通过伸缩顶推件15的收缩将顶进管节4拉回，调整顶进管节4的姿态后重新推出。
s2：待顶进管节4与已安装管段2准确对接后，排出顶进管节4与已安装管段2之间结合腔11内的水，并对顶进管节4与已安装管段2对接处进行止水。需要说明的是，顶进管节4与已安装管段2对接处的止水可通过设置的第一道止水带17与水力压接止水配合进行。
s3：待止水达到要求后，将止推组件7连接在第一反力牛腿5和第二反力牛腿6之间，以对顶进管节4止推。需要说明的是，当采用包括第一止推钢支撑71和第二止推钢支撑72的止推组件7时，由于第一止推钢支撑71随顶进管节4的推出同步移动，因而，本步骤中，仅需将第二止推钢支撑72连接在第一止推钢支撑71与第二反力牛腿6之间即可。需要说明的是，若在止推后发现顶进管节4与已安装管段2的对接存在误差，则拆掉第二止推钢支撑72，通过伸缩顶推件15的收缩将顶进管节4拉回，调整顶进管节4的姿态后重新推出，重新进行步骤s2和本步骤的操作。
s4：当止推达到要求后，对顶进管节4与暗埋段管段1之间的空隙处注入混凝土，使顶进管节4与暗埋段管段1连接为一体，并对顶进管节4与已安装管段2的对接处进行焊接施工，完成对接。
本发明提供的可逆式沉管隧道最终接头，通过设置的伸缩顶推件15、止推组件7、第一反力牛腿5和第二反力牛腿6的配合作用，可实现顶进管节4对接时的可逆施工，这种可逆施工的操作方式灵活简便，而且无需进行水下操作，施工风险小。而且，采用本发明提供的可逆式沉管隧道最终接头进行对接施工时，其主要施工均在干作业环境下完成，水下操作少，施工质量有保证，施工周期短，受水深影响小，施工成本低。