本发明涉及桥梁建筑施工技术领域，特别涉及一种航道钢围堰浮运装置的施工方法。
背景技术
在山区铁路桥梁建设中，受复杂的地形、地质条件的限制，工程中不可避免的出现桥梁主墩处于航道深水区，基础需要采用双壁钢围堰施工，以配合深水中的大直径钻孔群桩基础施工。为施工方便，通常将围堰分成若干节段进行拼装，底节通过浮运运输至施工现场，如图1所示，其浮运系统布置为：在钢围堰前后分别设置吊拖轮和顶托轮，在钢围堰两侧对称设置帮船。其浮运原理为：通过吊拖轮及顶托轮提供前进的动力，通过钢围堰两侧帮船保持钢围堰位置相对稳定。因此，在浮运期间，其占用航道的宽度为两艘帮船宽度+钢围堰直径。然而在区域狭小、过往船只繁忙的航道，钢围堰浮运占用航道的宽度过大，造成航道封航。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种航道钢围堰浮运装置的施工方法，以减少钢围堰浮运时占用航道的宽度。
为实现以上目的，本发明采用一种航道钢围堰浮运装置的施工方法，该浮运装置包括拖船、帮船和双壁钢围堰，帮船船身沿长度方向与双壁钢围堰外壁板相切，帮船的船身与拖船的船身临近且平行布置，拖船的船头与指向双壁钢围堰且与双壁钢围堰临近布置，其施工方法包括：
根据双壁钢围堰的受阻力面积和浮运水域的水文资料，计算浮运期间拖船的最小马力，并根据该最小马力进行拖船的选型；
根据所述浮运装置在浮运期间所受阻力的大小和分布情况，计算浮运期间双壁钢围堰所受拖拽力着力点高度，并在该高度设置爬耳；
对拖船和帮船进行配重压载，以使拖船和帮船的重心和爬耳的位置齐平；
在浮运期间，帮船和拖船均通过缆绳与爬耳连接，帮船和拖船之间通过缆绳连接；
通过拖船带动帮船和双壁钢围堰行驶至桥位基础位置，完成该双壁钢围堰的水上拼装。
优选地，所述根据双壁钢围堰的受阻力面积和浮运水域的水文资料，计算浮运期间拖船的最小马力，并根据该最小马力进行拖船的选型，包括：
根据受力平衡原理，计算所述双壁钢围堰的受阻力面积，该受阻力面积包括受水阻面积和受风阻面积；
根据双壁钢围堰的受阻力面积以及浮运水域的水文资料，计算浮运期间所述浮运装置所受风阻力和水阻力；
根据所述浮运装置所受风阻力和水阻力，计算拖船的最小马力；
根据拖船的最小马力进行拖船的选型。
优选地，所述根据双壁钢围堰在浮运期间所受阻力的大小和分布情况，计算浮运期间双壁钢围堰所受拖拽力着力点高度，并在该高度设置爬耳，包括：
基于弯矩平衡原理，根据如下公式计算拖拽力着力点高度：
式中：ht为所述双壁钢围堰拖拽力着力点高度，f水为水对所述浮运装置的阻力之和，h水为水阻力作用点高度；f风为风对所述浮运装置的阻力之和；h风为风阻力作用点高度；
在所述双壁钢围堰的拖拽力着力点高度设置若干个爬耳。
优选地，所述在双壁钢围堰的拖拽力着力点高度设置若干个爬耳，包括：
在所述双壁钢围堰外壁板沿前进方向的中部设有用于与包头缆连接的第一爬耳，在所述双壁钢围堰外壁板前部靠近帮船位置设有用于与拖缆连接的第二爬耳，在所述双壁钢围堰外壁板后部对称设有用于与八字缆连接的第三爬耳和第四爬耳，在所述双壁钢围堰外壁板中部设有用于与操纵缆连接的第五爬耳。
优选地，所述帮船船尾、船头以及与所述双壁钢围堰外壁板相切的一侧船身设置有卸扣，所述拖船船尾、船头以及船身两侧均设置卸扣；
所述帮船船尾设置的卸扣与所述拖船船尾设置的卸扣之间通过操纵缆连接，所述帮船船身设置的卸扣与所述拖船临近一侧船身设置的卸扣之间通过操纵缆连接；
所述帮船船头设置的卸扣分别通过包头缆与所述外壁板上的第一爬耳连接、通过拖缆与所述外壁板上的第二爬耳连接；
所述拖船船头设置的卸扣分别通过八字缆与所述外壁板上的第三爬耳、第四爬耳连接连接；
所述拖船船身远离所述帮船一侧船身设置的卸扣通过操纵缆与所述外壁板上的第五爬耳连接。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过选取合适船型的拖船、帮船，并在双壁钢围堰外壁板上设置一定数量的爬耳，该爬耳用于浮运期间，通过缆绳多方位连接固定帮船和拖船之间，以使双壁钢围堰、拖船和帮船三者相对稳定，形成一个整体结构。该浮运装置中由拖船带动帮船、帮船带动双壁钢围堰进行浮运，整个装置中仅由拖船提供动力，帮船用于稳定双壁钢围堰，在钢围堰浮运期间占用航道的宽度为帮船宽度+钢围堰直径。与传统占用航道宽度为拖船宽度+帮船宽度+钢围堰直径相比，减小了钢围堰浮运时占用的航道宽度，降低了双壁钢围堰浮运时受涡流现象的影响。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是双壁钢围堰浮运装置的结构示意图；
图2是本发明中航道钢围堰浮运装置的施工方法流程示意图；
图3是本发明中航道钢围堰浮运装置结构示意图；
图4是图3中双壁钢围堰外壁板上爬耳的位置结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图2至图3所示，本实施例公开了一种航道钢围堰浮运装置的施工方法，该浮运装置包括拖船1、帮船2和双壁钢围堰3，帮船2船身沿长度方向与双壁钢围堰3外壁板相切，帮船2的船身与拖船1的船身临近且平行布置，拖船1的船头与指向双壁钢围堰3且与双壁钢围堰3临近布置。其中，拖船1为整个浮运装置提供动力，帮船2无需提供动力，其作用是保持双壁钢围堰3的横向稳定。
该浮运装置的施工步骤包括s101至s105：
s101、根据双壁钢围堰3的受阻力面积和浮运水域的水文资料，计算浮运期间拖船1的最小马力，并根据该最小马力进行拖船1的选型；
其中，双壁钢围堰33的水阻面积和风阻面积根据受力平衡原理计算得到，其具体计算过程为：
a0＝l·h，
a1＝l·(h-h)，
式中：m为钢围堰质量；g为重力加速度；s为钢围堰底面积；h为钢围堰吃水深度；ρ为水密度；a0为受到水阻面积，a1为受风阻面积；l为钢围堰宽度；h为浮运钢围堰总高度，“·”表示乘积。
拖船1最小马力的计算过程为：
f马力＝f水+f风，
其中：
式中：a为船只及钢围堰阻力面积；γω为水的比重；v为托运速度；g为重力加速度；k为阻力系数。
f风＝a1·βz·μs·μz·wo，
式中：wk为风荷载标准值；βz为高度z处的风振系数；μs为风荷载体型系数；μz为风压高度变化系数；wo为基本风压。
然后根据拖船1的最小马力选取相应的船舶作为拖船1。
s102、根据所述浮运装置在浮运期间所受阻力的大小和分布情况，计算浮运期间双壁钢围堰3所受拖拽力着力点高度，并在该高度设置爬耳；
其中，拖拽力着力点位置通过弯矩平衡原理确定，其具体计算过程为：
式中：ht为拖拽力着力点高度；f水为水对船及钢围堰的阻力之和；h水为水阻力作用点高度；f风为风对船及钢围堰阻力之和；h风为风阻力作用点高度。
本实施例中焊接爬耳的作用是用于在浮运期间将钢围堰与拖船1、帮船2进行连接固定，使双壁钢围堰3、拖船1和帮船2三者相对稳定。
s103、对拖船和帮船进行配重压载，以使拖船和帮船的重心和爬耳的位置齐平；
s104、在浮运期间，帮船和拖船均通过缆绳与爬耳连接，帮船和拖船之间通过缆绳连接；
其中，上述步骤中已通过配重压载使得拖船1、帮船2的重心位置与爬耳的位置基本齐平，可保证拖船1、帮船2和爬耳的连接线以及拖船1和帮船2之间的连接线均位于同一平面，保证了帮船2、拖船1、双壁钢围堰3三者之间的相对稳定。
s105、通过拖船带动帮船和双壁钢围堰行驶至桥位基础位置，完成该双壁钢围堰的水上拼装。
需要说明的是，本实施例中浮运施工方法的思想是通过拖船1带动帮船2，通过帮船2带动双壁钢围堰3移动。拖船1、帮船2、双壁钢围堰3之间通过缆绳多方位固定，形成一个整体结构且三者相对稳定。结合图3所示，钢围堰进行浮运时占用航道的宽度为双壁钢围堰3的直径加上帮船2的宽度，减少了双壁钢围堰3浮运期间占用的航道宽度，降低双壁钢围堰浮运时受涡流现象的影响。而且在区域狭小、过往船只繁忙的航道，可避免因钢围堰浮运造成航道封航。
进一步地，如图4所示，爬耳的具体设置情况包括：在所述双壁钢围堰外壁板沿前进方向的中部设有用于与包头缆连接的第一爬耳51，在所述双壁钢围堰外壁板前部靠近帮船位置设有用于与拖缆连接的第二爬耳52，在所述双壁钢围堰外壁板后部对称设有用于与八字缆连接的第三爬耳53和第四爬耳54，在所述双壁钢围堰外壁板中部设有用于与操纵缆连接的第五爬耳55。
进一步地，如图3所示，帮船2船尾、船头临近钢围堰一侧以及与双壁钢围堰3外壁板相切的一侧船身均设置有卸扣。拖船1船尾、船头两侧以及船身两侧均设置卸扣。在浮运期间，帮船2和拖船1均通过缆绳和爬耳连接，帮船2和拖船1通过缆绳连接，具体为：
帮船2船尾设置的卸扣与拖船1船尾设置的卸扣之间通过操纵缆2-1连接，帮船2船身设置的卸扣与拖船1临近一侧船身设置的卸扣之间通过操纵缆1-1连接；帮船2船头设置的卸扣分别通过包头缆3-1与外壁板上的第一爬耳51连接、通过拖缆1-2与外壁板上的第二爬耳52连接；
拖船1船头两侧设置的卸扣分别通过八字缆4-1与外壁板上的第三爬耳53连接、通过八字缆4-2与外壁板上的第四爬耳54连接；
拖船1船身远离帮船2一侧船身设置的卸扣通过操纵缆2-2与外壁板上的第五爬耳55连接。
具体地，拖缆1-1、拖缆1-2均采用1组直径27mm的钢缆。操纵缆2-1采用2组直径27cm的钢缆，操纵缆2-21采用一组直径27cm的钢缆。包头缆3-1采用1组直径27mm钢缆和1组直径50mm尼龙绳。八字缆4-1采用2组直径27mm钢缆，八字缆4-2采用1组50mm尼龙绳。
帮船2通过拖缆1-1与操纵缆2-1与拖船1相连，完成两船之间受力传递并增加船队的回转性能；双壁钢围堰通过包头缆3-1、拖缆1-2与帮船2连接，分别实现防止浮运过程中双壁钢围堰相对帮船向后或向外舷移动以及受力传递的作用；钢围堰通过八字缆4-1、八字缆4-2以及操纵缆2-2与拖船1相连，增强船队及双壁钢围堰的横向强度并提供倒车牵引力。
在浮运期间，拖船1向后行驶，带动帮船2和双壁钢围堰向后行驶，驶离浅水区域，在双壁钢围堰驶离浅水区域后，调整拖船1及帮船2的船舵，使拖船1、帮船2与钢围堰3的前进方向平行。
如此，三者之间受力相对稳定，通过拖船1为整个浮运系统提供动力，通过拖船1改变双壁钢围堰浮云时整个系统的运动方向。通过帮船2为双壁钢围堰提供锚固点，带动双壁钢围堰协同进退，并限制双壁钢围堰进行旋转，使整个浮运系统的重心处于拖船1的中心线上。增加了双壁钢围堰浮运时的灵活性。且结构简单、操作方便可靠、浮运安全，可广泛应用于桥梁等工程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。