用于沉管沉放的水袋压载水系统的制作方法

本发明属于沉管隧道施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于沉管沉放的水袋压载水系统。

背景技术：

沉管法是一种在水底建筑隧道的施工方法，其主要是先将若干个预制好的沉管管节分别浮运到海面(河面)现场，然后将其一个个地沉放安装在已疏浚好的基槽内。目前，沉管沉放的方法主要有两种，第一种是采用沉放船吊装法，即通过在沉放船上设置的吊缆进行沉管的沉放，同时在沉管的四角设置安装缆，安装缆的另一端通过抛锚的方式固定在沉管基槽外，在沉管沉放过程中，以抛锚固定点为着力点，通过安装缆拉动沉管进行定位。然而，这种方法由于无法控制沉管在沉放过程中的摆动，易导致沉管的沉放位置偏离预定位置。因此，这种沉放方式已很少采用；第二种方法是目前广泛采用的方法，在待沉放的管节内设置多个水箱，通过向水箱内注水以增大沉管整体的重量，从而实现沉管的沉放，沉放时只需要严格控制每个水箱的进水水量就可以保持沉管沉放的姿态，这种方法虽然可以实现沉管的高效、平稳沉放，但水箱的制作比较昂贵，而且需要在沉管内安装很多预埋件，不利于水箱的制作和拆卸。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于沉管沉放的水袋压载水系统，替代传统施工方法，采用投入成本更低、更便捷的系统，实现管节安全、快速和平稳沉放的目的。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于沉管沉放的水袋压载水系统，包括装水单元和管路单元；

装水单元包括多个水袋组，所述水袋组的个数为双数，每个水袋组由两个相同的水袋通过管路连接组成，多个水袋组在沉管的两边关于沉管长度方向的中线呈对称布置；

管路单元包括两条主水管路、通气管路和多条支水管路；

两条主水管路关于沉管长度方向的中线呈对称布置，所述主水管路上设置有液压阀；

支水管路包括水袋组进排水管路和压载管路；所述水袋组进排水管路的一端与主水管路连接，其另一端与水袋组连接，所述水袋组进排水管路上安装有液压阀，每一个水袋组处设置一条水袋组进排水管路；所述压载管路为双数条且关于沉管长度方向的中线呈对称布置，所述压载管路的两端均与主水管路连接，每条压载管路上均安装有排水泵，所述压载管路上的排水泵出口处以及主水管路与压载管路的连接段安装有液压阀；

通气管路安装于沉管对接端的一侧，其一端连接封端门，其另一端悬空，所述通气管路上设置有截止阀。

优选的是，所述主水管路上还设置有手动阀。

优选的是，所述支水管路还包括扫舱管路和封端门抽水管路；

所述端封门抽水管路布置于沉管对接端的一侧，其一端与封端门结合腔连通，其另一端悬空；

扫舱管路为两组，对称布置于沉管内靠近对接端的两个角落上，扫舱管路的一端与扫舱潜水泵连接，其另一端与水袋组进排水管路连接；

所述端封门抽水管路和所述扫舱管路上均安装有手动阀。

优选的是，所述主水管路、通气管路和多条支水管路均采用橡胶软管。

优选的是，所述水袋压载水系统还包括测量单元，所述测量单元包括双向流量计、压力传感器和浮球开关；

所述水袋组进排水管路上安装有双向流量计，每个水袋组的两个水袋之间的管路上安装有压力传感器，沉管对接端的两个角上分别安装一个浮球开关。

优选的是，还包括：

主控制台，用于发送控制指令和显示沉管沉放信息；

阀控柜，其位于沉管内，所述阀控柜与主控制台通讯连接，所述阀控柜与双向流量计、压力传感器、浮球开关以及液压阀电连接；

泵控柜，其位于沉管内，所述泵控柜与主控制台通讯连接，所述泵控柜与排水泵以及扫舱潜水泵电连接。

优选的是，主水管路上设置的液压阀为开度电液式蝶阀。

优选的是，还包括两组水袋组固定件，分别设置于沉管的两边，所述水袋组固定件包括：

底座，其与沉管的底板固定，所述底座内部中空，所述底座上表面开设有多个开口且在对应开口处设置有铰接板，所述铰接板的数量以及设定位置与水袋组对应，所述铰接板靠近沉管长度方向中线的第一侧与底座表面铰接，所述铰接板的第二侧搭设于底座的上表面；

隔网，其设置于底座内部；

气囊，其设置于隔网上且与铰接板相对，所述气囊的数量与水袋组的数量相同，气囊充气后的第一截面呈梯形，所述第一截面与沉管宽度方向所在的竖直平面平行，所述第一截面的上边由铰接板的第二侧向第一侧的方向为向下倾斜且与水平面的夹角为15～25°；所述气囊的底部设置有气嘴；

骨架，其围设于气囊外周且底部与隔网固定，所述骨架的高度不高于底座内腔的顶面；

充气泵，具有进气口和排气口，充气泵的进气口与沉管内部空间互通，所述充气泵的排气口通过气管与气囊的气嘴连接；所述气管由总气管和分气管构成，所述总气管沿底座长度方向靠近沉管侧壁设置，分气管一端与总气管连接，另一端与气囊的气嘴连接；

其中，所述水袋组中的每个水袋均为类长方体结构，所述水袋的外侧围设有长方体形的格栅，所述水袋外侧通过固定件与格栅固定，水袋组中连接两个水袋的管路位于水袋下部且靠近铰接板的第一侧，所述水袋组进排水管路与水袋的连接端位于水袋下部且靠近铰接板的第一侧。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、采用水袋进行储水，水袋的水量由双向流量计和压力传感器进行精确测量，不仅大量减少了预埋件的设置，而且降低了人工劳动量和储水装置的成本。

第二、采用了两条主水管路，避免了管路穿越沉管的中间隔墙，降低了系统的施工难度。

第三、采用橡胶软管作为进排水管路，相比目前的钢管管路，可以降低管路安装的难度，提高施工效率。

第四、实现了沉管的安全、快速和平稳沉放，当沉管需要下沉时，打开主水管路上的开度电液式蝶阀和水袋组进排水管路上的开关电液式蝶阀，依靠水头差就可以使水流入水袋，从而加大沉管自身重量，使沉管下沉；当需要上浮管节时，打开排水泵两边的开关电液式蝶阀和主水管路上的开度电液式蝶阀，开启排水泵，就可以使水袋中的水排出，从而减小管节自重，使沉管上浮；水袋组的水量由双向流量计和压力传感器进行精确测量；不仅可以保证进出水流量的可调，而且可以在紧急情况下关闭管路，充分保证沉管沉放的平稳和安全。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是实施例1中的用于沉管沉放的水袋压载水系统结构示意图；

图2是实施例1中a处放大图；

图3是实施例1中b/d处放大图；

图4是实施例1中c处放大图；

图5是实施例1中e处放大图；

图6是实施例2中水袋组固定件主视图；

图7是实施例2中水袋组固定件左视图。

1-水袋组进排水管路，2-水袋组，21-第一小水袋，22-第二小水袋，3-主水管路，4-扫舱管路，5-端封门抽水管路，6-通气管路，7-压载管路，8-手动阀，9-开度电液式蝶阀，10-排水泵，11-开关电液式蝶阀，12-双向流量计，13-压力传感器，14-扫舱潜水泵，15-浮球开关，16-截止阀，17底座，18铰接板，19隔网，20气囊，21气嘴，22骨架，23电动充气泵，24总气管，25分气管，26格栅，27固定件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。

实施例1

如图1～5所示，本发明提供一种用于沉管沉放的水袋压载水系统，包括装水单元和管路单元；

装水单元包括多个水袋组2，所述水袋组2的个数为双数，每个水袋组2有两个相同的水袋，如图4所示分别为第一小水袋21和第二小水袋22，第一小水袋21和第二小水袋22通过管路连接组成，多个水袋组2在沉管的两边关于沉管长度方向的中线呈对称布置；本实施例中所述的装水单元包括六个水袋组2，每个水袋的大小尺寸为15x8x2m，在沉管的两边各布置关于沉管长度中线呈对称的三个水袋组2，每边的三个水袋组2在沿沉管长度中线方向等距布置。

本实施例中管路单元包括两条主水管路3、一条通气管路6和支水管路；

两条主水管路3关于沉管长度方向的中线呈对称布置，所述主水管路3上设置有开度电液式蝶阀9，可以控制主水管路3上的进水量，主水管路的一端穿出沉管的非对接端，设置两条主水管路3避免了管路穿越沉管的中间隔墙，降低了系统的施工难度。

本实施例中支水管路包括六条水袋组进排水管路1和两条压载管路7；所述水袋组进排水管路1的一端与主水管路3连接，其另一端与水袋组2连接，所述水袋组进排水管路1上安装有开关电液式蝶阀，用于控制水流入水袋，每一个水袋组2处设置一条水袋组进排水管路1；所述压载管路7为双数条且关于沉管长度方向的中线呈对称布置在沉管对接端一侧，所述压载管路7的两端均与主水管路3连接，每条压载管路7上均安装有排水泵10，在本实施例中两个排水泵10流量为150m³/h、扬程为40m。所述压载管路7上的排水泵10出口处以及主水管路3与压载管路7的连接段安装有开关电液式蝶阀。

通气管路6安装于沉管对接端的一侧，其一端连接封端门，其另一端悬空，所述通气管路6上设置有截止阀16，所述通气管路6用于使沉管对接端结合腔通大气，防止结合腔内有负压，造成抽不出结合腔的水的问题。沉管对接端结合腔是指两节沉管衔接后两节沉管之间会形成一个结合腔，结合腔和沉管的腔室之间是独立的，为了保证结合腔通大气特设置通气管路，而现有技术中的沉管均是有人孔的，人孔直接通向水面以上，因此可以保证沉管内与大气是连通的。

进一步地，所述主水管路3上还设置有手动阀8，手动阀8和开度电液式蝶阀9为冗余设计，手动液压阀为常开状态，用于在紧急情况下关闭管路。

进一步地，所述支水管路还包括两条扫舱管路4和一条封端门抽水管路5；

所述端封门抽水管路5布置于沉管对接端的一侧，其一端与封端门结合腔连通，其另一端悬空，以便之后与主水管路连接，沉管中可以设置一个备用泵，沉管完成对接后，沉管的对接端会形成结合腔，结合腔里装满了水，通过抽水管路抽水有两种方案，一种是将抽水管路连接备用泵并和主水管路连接，此时打开端封门抽水管路上的手动阀，再打开需要进水的水袋的进排水管路上的开关电液式蝶阀，打开通气管路上的截止阀，由于水头差，结合腔的水会自动流入一部分到水袋中，接着启动备用泵，将结合腔中剩余的水抽入到水袋中。另一种方案是抽水管路直接和主水管路连接，通过排水泵直接将结合腔中的水排到河里去。

扫舱管路4为两组，对称布置于沉管内靠近对接端的两个角落上，扫舱管路4的一端与扫舱潜水泵14连接，其另一端与水袋组进排水管路1连接；在沉管沉放的过程中，当沉管出现漏水时，将启动相应的扫舱潜水泵14，将沉管内的水抽到水袋组2里。

所述端封门抽水管路5和所述扫舱管路4上均安装有手动阀8。

在本实施例中，所述主水管路3、通气管路6和支水管路均采用橡胶软管。

进一步地，所述水袋压载水系统还包括测量单元，所述测量单元包括双向流量计12、压力传感器13和浮球开关15；

所述水袋组进排水管路1上安装有双向流量计12，双向流量计12用于检测流进水袋的进水量，每个水袋组2的两个水袋之间的管路上安装有压力传感器13，压力传感器13用于检测水袋内的水压，从而保证水袋能够安全储水，沉管对接端的两个角上分别安装一个浮球开关15，浮球开关15用于检测沉管是否漏水。

进一步地，还包括：

主控制台，用于发送控制指令和显示阀控柜以及泵送柜反馈的沉管沉放信息；

阀控柜，其位于沉管内，所述阀控柜与主控制台通讯连接，所述阀控柜与双向流量计12、压力传感器13、浮球开关15以及液压阀电连接。

泵控柜，其位于沉管内，所述泵控柜与主控制台通讯连接，所述泵控柜与排水泵10以及扫舱潜水泵14电连接。

本实施例的实施过程中：当沉管需要下沉时，首先打开两条主水管路3上的开度电液式蝶阀9和主水管路3上的开关电液式蝶阀，由于水头差，河水会自动流入主水管路3，然后打开需要进水水袋组2旁的水袋组进排水管路1上的开关电液式蝶阀，就可以控制河水流入相应的水袋，这样可以在加大沉管自身重量的同时，控制进入每个水袋的水流量调节沉管的姿态，使沉管平稳下沉。流入水的速度由开度电液式蝶阀9进行控制，流入每一个水袋组2的水量由每一个水袋组2的水袋组进排水管路1上的双向流量计12进行测量，同时，压力传感器13检测水袋组2内的水压，进一步防止水袋因储水过多而爆破。当水袋组2进水达到要求后，关闭相应水袋组2旁的水袋组进排水管路1上的开关电液式蝶阀。当所有水袋组2进水结束后，关闭两条主水管路3上的开度电液式蝶阀9和与排水管连接段的主水管路3上的开关电液式蝶阀。

当需要上浮管节或沉放到位要排水时，首先打开两条主水管路3上的开度电液式蝶阀9，压载管路7上的开关电液式蝶阀，再启动两个排水泵10，接着打开要进行排水水袋组2旁的水袋组进排水管路1上的开关电液式蝶阀，就可以控制每一个水袋组2进行排水，排出水的速度由开度电液式蝶阀9进行控制，排出每一个水袋组2的水量由每一个水袋组2的水袋组进排水管路1上的双向流量计12进行测量，从而间接得到水袋组2内的净水量。当水袋组2排水达到要求后，关闭相应水袋组2旁的进排水管路上的开关电液式蝶阀。当所有水袋组2排水结束后停止排水泵10，最后关闭压载管路7上的开关电液式蝶阀，两条主水管路3上的开度电液式蝶阀9。

在沉管沉放的过程中，当浮球开关15检测到沉管出现漏水时，将启动相应的扫舱潜水泵14，将沉管内的水抽到水袋组2里。

实施例2

如图6～7所示，在实施例1的基础上，还包括两组水袋组固定件，分别设置于沉管的两边，所述水袋组固定件包括：

底座17，其与沉管的底板固定，所述底座17内部中空，所述底座17上表面开设有多个开口且在对应开口处设置有铰接板18，所述铰接板18的数量以及设定位置与水袋组2对应，所述铰接板18靠近沉管长度方向中线的第一侧与底座17表面铰接，所述铰接板18的第二侧搭设于底座17的上表面；

隔网19，其设置于底座17内部；

气囊20，其材料为橡胶，所述气囊20设置于隔网19上且与铰接板18相对，所述气囊20的数量与水袋组2的数量相同，气囊20充气后的第一截面呈梯形，所述第一截面与沉管宽度方向所在的竖直平面平行，所述第一截面的上边由铰接板18的第二侧向第一侧的方向为向下倾斜且与水平面的夹角为15～25°；所述气囊20的底部设置有气嘴21；

骨架22，其围设于气囊20外周且底部与隔网19固定，所述骨架22的高度不高于底座17内腔的顶面；

电动充气泵23，电动充气泵23与泵控柜电连接，电动充气泵23具有进气口和排气口，电动充气泵23的进气口与沉管内部空间互通，所述电动充气泵23的排气口通过气管为橡胶软管与气囊20的气嘴21连接；所述气管由总气管24和分气管25构成，所述总气管24沿底座17长度方向靠近沉管侧壁设置，分气管25一端与总气管24连接，另一端与气囊20的气嘴21连接，每个分气管25上均设置有开关电液式蝶阀，分气管25上的开关电液式蝶阀均与阀控柜电连接，并通过主控制台发送的指令进行控制。

其中，所述水袋组2中的每个水袋均为类长方体结构，所述水袋的外侧围设有长方体形的格栅26，所述水袋外侧通过固定件27与格栅26固定(可以是黏胶、暗扣等)以使水袋在未充水时能够定型，水袋组2中连接两个水袋的管路位于水袋下部且靠近铰接板18的第一侧，所述水袋组进排水管路1与水袋的连接端位于水袋下部且靠近铰接板18的第一侧。

水袋组固定件的工作过程：当水袋组2内的净水量低于主控制台设定值时，主控制台发送指令给泵控柜和阀控柜，分别开启对应净水量低于设定值的水袋组2对应的开关电液式蝶阀，以及电动充气泵23对对应水袋组2下方的气囊20进行充气，充气后的气囊20将铰接板18向上顶推，使水袋随着与铰接板18一起倾斜，从而使水袋中的水向铰接板18的第一侧汇聚，方便后期完全抽出水袋中的水，减少水残留于水袋中。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。