一种沉井用系泊定位装置及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及系泊定位技术领域，主要应用于巨型、超深大截面沉井定位施工，属于桥梁建设工程技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国高铁技术的快速发展，桥梁建设需采用较大跨度的结构来跨越长江大河等，桥梁跨度的增大必然需要庞大的基础承载。随着桥梁建设在宽阔水域、外海方向的发展，地质条件的复杂化和水深的加大，超大型沉井基础结构形式相继出现。这些工程中会遇到许多新的技术难题，目前国内深水超大型沉井的深水定位施工技术匮乏，经常采用前后定位船+锚链+霍尔锚的柔性体系定位系统，锚链长度较长，受涨落潮、双向流影响，抛锚不准确，定位精度较差，不能较好控制沉井摆动，或采用群粧锚墩结构+锚链+锚碇+小吨位卷扬机+普通钢丝绳的结构形式，其系缆装置配套数量多、定位收缆时间长、工程数量巨大、费用高、群粧顶部受力抗弯能力差，在超深水、大流速的条件下，超大沉井的受力达到千吨级以上，采用常规方式已难以适应。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种沉井用系泊定位装置及其施工方法，它具有通过定位结构、边锚碇、导缆器、缆绳、收缆装置组成刚性定位体系，缆绳拉紧后沉井不会产生摆动，以实现对沉井精确定位；定位结构在河床面处受力，不受深水影响；各个定位结构、边锚碇分别与各组缆绳、收缆装置一一对应，使得系缆装置配套数量合理、受力明确、可控性好的特点。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种沉井用系泊定位装置，包括:定位结构、边锚碇、导缆器、缆绳、收缆装置；
[0005]所述定位结构包括:前定位结构、后定位结构；所述前定位结构设置在沉井预定位置的上游，所述后定位结构设置在沉井预定位置的下游；
[0006]所述边销碇包括:左边销碇、右边销碇；所述左边销碇、右边销碇垂直于水流方向设置于沉井预定位置的左、右两侧；
[0007]所述导缆器与所述收缆装置一一对应设置于待定位的沉井上；
[0008]所述缆绳为多组，收缆装置的数量与缆绳的组数均等于定位结构个数与边锚碇个数之和，一组缆绳通过一个导缆器将一个边锚碇与一个收缆装置连接，一组缆绳通过一个导缆器将一个定位结构与一个收缆装置连接，缆绳作用点位于各个定位结构的河床位置处。
[0009]对上述方案进行优选的技术方案为，还包括:转向器；所述转向器设置于待定位沉井的侧面中部位置处；
[0010]所述前定位结构、后定位结构均由多个大直径锚粧组成，作为前、后定位结构的各个锚粧分别沿沉井预定位置中轴线对称布置于沉井的隔舱位置对应处；
[0011]所述连接前、后定位结构与沉井之间的缆绳包括:上拉缆绳、下拉缆绳；
[0012]各个锚粧通过所述上拉缆绳与所述收缆装置连接，至少位于中间位置的各个锚粧还通过所述下拉缆绳经过转向器与收缆装置连接。
[0013]对上述方案进行进一步优选的技术方案为，所述左边锚碇包括左上边锚碇、左下边销碇，所述右边销碇包括右上边销碇、右下边销碇；所述左上边销碇、左下边销碇、右上边锚碇、右下边锚碇对称设置于沉井预定位置两侧靠上、下游位置处。
[0014]更加优选的技术方案为，所述边锚碇由多个大吨位混凝土重力锚组成，所述左上边销碇、左下边销碇、右上边销碇、右下边销碇均由两个所述重力销组成。
[0015]再进一步优选的技术方案为，通过所述上拉缆绳与下拉缆绳共同固定的所述锚粧上，其上拉缆绳与下拉缆绳包括:第一段缆绳、第二段缆绳；所述第一段缆绳固定于锚粧的河床位置处，第一段缆绳的自由端为与第二缆绳连接的端头；所述第二段缆绳设置于所述收缆装置上，第二段缆绳的自由端为与第一缆绳连接的端头。
[0016]再又进一步优选的技术方案为，所述收缆装置包括:自动控制系统、连续千斤顶、钢绞线、钢丝绳与钢绞线接头；所述缆绳为粗钢丝绳，所述粗钢丝绳通过所述导缆器后，与所述钢绞线的一端通过钢丝绳与钢绞线接头连接，钢绞线的另一端与所述连续千斤顶连接，所述自动控制系统与所述连续千斤顶连接。
[0017]本发明还提供了一种沉井用系泊定位装置的施工方法，包括以下步骤:
[0018](I)插打定位结构、抛设边锚碇至设计位置:吊装、插打各个定位结构至沉井预定位置的上、下游位置处，利用浮吊4起吊抛放边锚碇至在垂直水流方向的沉井预定位置的左右两侧；
[0019](2)沉井浮运:沉井采用船坞内整体制造，收缆装置、导缆器与沉井在工厂安装完成后，由拖轮帮靠稳定住沉井，顶推或拖运至沉井预定位置；
[0020](3)挂缆:沉井浮运至沉井预定位置后，利用浮吊、抛锚艇等工作船将沉井通过缆绳与定位结构、边销碇--连接。
[0021](4)收缆定位:沉井完成过缆后，通过收缆装置对各个方向缆绳进行预拉，使各个位置缆绳受力均匀，完成对沉井的初定位。
[0022]优选的施工方法为，所述步骤(I)中，吊装、插打各个定位结构至沉井预定位置的上、下游位置处时，各个定位结构沿沉井预定位置中轴线对称布置于沉井的隔舱位置的对应处。
[0023]进一步优选的施工方法为，当连接定位结构与沉井之间的缆绳采用第一段缆绳与第二段缆绳构成的分段连接结构时，
[0024]所述步骤(I)中，插打定位结构至设计位置后，下放所述第一段缆绳至定位结构河床位置处；
[0025]所述步骤(2)中，所述第二段缆绳与收缆装置、导缆器一起与沉井在工厂安装完成；
[0026]所述步骤(3)中，沉井与定位结构之间的挂缆操作为:利用浮吊、抛锚艇将沉井上的第二段缆绳与定位结构上的第一段缆绳连接。
[0027]本发明的有益效果在于:
[0028]1.本发明将常规的群粧顶部受力抗弯能力差，改进为定位结构在河床面处受力，从而使得本装置不受深水影响。在超深水、大流速的条件下，超大沉井的受力达到千吨级以上情况下采用连续千斤顶和锚粧的一对一受力，即一根锚粧+ —根钢丝绳+—台连续千斤顶进行收放拉缆作业，作业点少，采用自动化控制中心可集中和单独控制千斤顶进行作业，沉井出现偏位可及时进行单个千斤顶的操作，且本装置属刚性定位系统，将拉缆拉紧后沉井不会产生摆动，故能对沉井进行精确定位。
[0029]2.本装置中的各个定位结构、边锚碇，均通过缆绳与沉井顶部定位设备一一对应，形成刚性体系，可控性好，不会再因涨落潮因素而导致缆绳拉力反复变化，本装置能够通过与连续千斤顶连接的自动控制系统直接反应出拉揽的拉力大小，沉井的平面位置偏移多少和转角偏转多少都与拉揽的拉力有关，而拉力又可以直接读取，因此，本装置可以量化调节的力量与沉井的平面位置与转角之间的关系，通过各个收缆装置对沉井位置进行量化微调，从而保证沉井精确着床。
[0030]3.本发明用于连接前后定位结构的缆绳包括第一段和第二段，其中第二段缆绳可以与导缆器、收缆装置一同在工厂安装完成，从而使得本装置的安装效率得以提高。
[0031]4.采用可缠绕转弯的粗钢丝绳绕过转向器，转到钢沉井顶部通过转换接头与钢绞线连接，可使用大吨位连续千斤顶作为定位设备进行收放缆绳。
[0032]5.本装置设备数量少。现有技术采用的群粧锚墩结构+锚链+锚碇+小吨位卷扬机+普通钢丝绳的结构形式由于设备数量较多，在沉井顶部放置空间有限，故通常都设置在群粧的平台上，所以拉缆的作用点都在群粧的顶部，对于深水区域(比如水深40m以上，群粧的悬臂长，抗弯能力差，所以为了抵抗千吨级以上的水平力，需要配置数量非常多的群粧。而本发明是将收缆装置设置在沉井的顶部，将拉缆作用点作用在锚粧的河床面，其弯矩将大大减少，故设备数量减少较多。
[0033]6.本装置系缆装置配套数量合适，收揽效率高。现有技术中常规的采用1t卷扬机，配走10的动定滑轮组(钢丝绳数量来回缠绕10次)，再考虑滑轮组的使用效率，一套卷扬机系统只能提供80t左右的拉力，对于千吨以上的水平力需要18套甚至更多，设备多，操作效率低下，且钢丝绳缠绕较多，占据位置较多，操作空间小，操作定位的收揽时间需I天以上，且不能完全做到多组同时调节。而本发明能够通过采用350t的连续千斤顶+IlOmm的钢丝绳提供350t的拉力，只需要4套，即4台350t连续千斤顶，4根IlOmm的钢丝绳，4根锚粧，从而使得系缆装置配套数量较现有技术少。本发明采用一对一的拉缆操作，配合连续千斤顶，收揽时间约20m/小时，定位时间仅需2小时，且可同步操作。
[0034]7.现有技术中所采用的群粧数量多，施工周期长，工程数量巨大，设备费用高