一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法与流程

本发明属于水利工程技术领域，具体是指一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法。

背景技术：

随着科技的发展和人们生活水平的提高，各种利民工程的建设越来越多极大的促进了经济的发展方便了人们的生活。现有技术中，越河输水管道施工总体方案与工艺系统设计方案要确保施工过程中的打桩控制精度、水下钢结构件安装精度、管道整体沉放精度等多项要求，河内输水管的铺设特别是大直径长距离的输水管的建造要消耗大量的人力、物力、财力，在施工的各个过程都要确保万无一失。

现有技术中，大直径长距离的跨河沉管在沉放时要求整体一次性沉放，为了形成整根输水管，分段的钢管要在陆地上焊接好，然后运输到河面上，整体焊接完成之后长比较长(几百米甚至几千米)，及其不好运输，要采用多艘轮船进行运输，而且针对内河水系的条件限制，大型的起重船进场困难，而且在整体管道沉放时要求的船舶数量也较多，输水管长度长、重量大，在整体沉放的过程中精度不好控制，不好调节，整体施工困难、效率低、耗费时间较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法，旨在解决由于内河水系的条件限制，大型起重船进场困难、所需船舶较多、长距离管道水上整体拼焊难度大，整体沉放施工时平面位置及高程的精准度要求高等难题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统，其特征在于：包括设置在输水管上可改变浮力大小的可控浮箱装置，设置在管桩上的支撑平台，设置在支撑平台上用于辅助起吊沉放输水管的辅助起重装置，还包括指挥中心和对施工过程进行监测的测控机构，所述的测控机构将数据传输给指挥中心，所述的测控机构包括吊载测量装置、高程测量装置和液位测量装置，所述的吊载测量装置用于测量输水管重力的变化，所述的高程测量装置用于测量输水管高度下降的位移，所述的液位测量用于测量输水管相对于水面的高度。

优选的，所述的支撑平台装置的下方设有用于支撑输水管进行拼装焊接的可拆卸的临时搁置横梁。

优选的，所述的吊载测量装置为设置在支撑平台上的力传感器，所述的高程测量装置为设置在支撑平台上的位移传感器，所述的液位测量装置为设置管道内部的投入式液位计。

优选的，所述的输水管与可控浮箱装置之间为可拆卸连接，可根据需要选择可控浮箱装置与输水管之间的位置关系。

优选的，所述的可控浮箱装置包括多组浮箱，每组浮箱的个数为两个且对称设置在输水管两侧，所述的浮箱包括箱体，所述的箱体内设有主舱，所述主舱的两侧分别依次设有压水仓一和压水仓二，所述的压水仓一和压水仓二上分别设有气阀和水阀。

优选的，所述的可控浮箱装置与输水管之间通过H型钢连接。

一种大直径长距离输水管道的拼接、沉放方法，包括如下步骤：

(1)、利用打桩机在河内需要沉放输水管的相应位置打钢管桩，在钢管桩上构建支撑平台，在支撑平台上设置辅助起重装置和相应的测控机构，支撑平台的下方设置可拆卸的临时搁置横梁；

(2)、在河岸场地上将分段的管道拼接焊成长度为200m长的输水管，采用船舶起吊下水，与浮箱连接(输水管位于浮箱的上方)并且采用浮箱浮运，水上拖船将输水管拖至原位管道处，将输水管放置在临时搁置横梁上；

(3)、将多根输水管进行拼装焊接，拼接成预定的长度，拼接完成后拆除临时搁置横梁；

(4)、输水管拼接完成后，改变浮箱与输水管之间的位置关系，将浮箱和输水管设计在同一水平面上，通过对浮箱内注水或加压来实现浮箱浮力和姿态的调整，在支撑平台、辅助起重装置的共同作用下对已经接好的输水管进行沉放，在沉放的过程中可根据测控机构检测到的数据进行相应的调整；

(5)、将输水管沉放到位后拆除浮箱，与支撑平台和辅助起重平台分离。

优选的，所述的辅助起重装置为设置在支撑平台上与输水管连接进行辅助起吊的卷扬机。

优选的，所述的浮箱包括若干组，每组浮箱的个数为两个，浮箱和输水管之间通过H型钢连接，在浮运和拼装阶段输水管设置在H型钢上方，浮箱设置在两H型钢之间，在沉放阶段，浮箱和输水管均设于上下两个H型钢之间。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)、不需要投入大量的大型起重船，最多考虑制管场地将输水管吊装下河两艘、在原位对输水管拼装焊接两艘即可；

(2)、由于在原位水面上进行输水管的焊接和沉放，定位比较准确，管道的平面位置已经被支撑平台上的辅助起重装置所固定，输水管的沉放过程所做的仅仅是将输水管由制作高程通过辅助起重装置变为设计高程的动作，而上下高程的升降完全由辅助起重装置控制，升降十分便利，而且精度较高，能轻松做到上下微调；

(3)、在输水管拼接阶段，可控浮箱装置可以作为管道拼接的水上承载平台，通过辅助起重装置固定管道的平面位置，达到在水面上原位将管道拼接成设计图纸要求的长度；

(4)、在管道注水阶段，通过改变可控浮箱与管道的相对位置，使浮箱变身为平衡浮箱，长距离管道在注水沉放时，由于在注水过程中水体在管道中会窜动，导致整个吊装或沉放系统受力会失去平衡而极难控制，是整个沉放过程中最为复杂和风险最大的工序。本发明采用平衡浮箱后，不管注水过程中管道中的水体如何左右窜动，通过平衡浮箱的自动平衡功能，其最后均能够达到自平衡，有效的控制了该沉放工序的风险，降低了施工难度；

(5)、在管道下沉阶段，通过在可控浮箱的舱内注水，可控浮箱变身为减重浮箱，整根管道的重量绝大部分由减重浮箱承担，支撑平台和辅助起重装置只是承担很小的一部分重量，增加了整个沉放系统的稳定性、安全性和可操作性。

(6)、原位制管沉放系统主要由支撑平台和安装在支撑平台上的辅助起重装置构成，该沉放系统提供的起重力是可控的，在每道沉放系统上安装有测控机构，测控机构将监测到的数据实时传输到指挥中心，因此可以确保每道沉放系统的起重力和实时高程完全实时可控，为管道沉放的安全性和各个沉放系统之间的同步性提供了很好的保障；

(7)、本发明的整个系统的行程自由可变，操作也非常简单；

(8)、本发明具有可逆性，万一在沉放过程中出现故障，可以通过可控浮箱的加气排水动作实现可控浮箱浮力的改变而轻松的将钢管提升至水面。

附图说明

图1是本发明一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统的结构示意图。

图2是本发明一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法的主视图。

图3是本发明一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法的俯视图。

图4是本发明一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统及其方法的侧视图。

图5是本发明的可控浮箱装置的结构示意图。

图6是本发明可控浮箱与输水管状态一的结构示意图。

图7是本发明可控浮箱与输水管状态二的结构示意图。

图8是本发明可控浮箱与输水管状态三的结构示意图。

图9是本发明可控浮箱内部的结构示意图。

如图所示：1、箱体，2、主舱，3、压水仓一，4、压水仓二，5、气阀，6、水阀，7、管桩，8、支撑平台，9、卷扬机，10、滑轮，11、输水管，12、可控浮箱，13、H型钢，14、水平面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图，一种大直径长距离输水管道拼接、沉放系统，包括输水管，其特征在于：包括设置在输水管上可改变浮力大小的可控浮箱装置，设置在管桩上的支撑平台，设置在支撑平台上用于辅助起吊沉放输水管的辅助起重装置，还包括指挥中心和对施工过程进行监测的测控机构，所述的测控机构将数据传输给指挥中心，所述的测控机构包括吊载测量装置、高程测量装置和液位测量装置，所述的吊载测量装置用于测量输水管重力的变化，所述的高程测量装置用于测量输水管高度下降的位移，所述的液位测量用于测量输水管相对于水面的高度。

所述的支撑平台装置的下方设有用于支撑输水管进行拼装焊接的可拆卸的临时搁置横梁。

所述的吊载测量装置为设置在支撑平台上的力传感器，所述的高程测量装置为设置在支撑平台上的位移传感器，所述的液位测量装置为设置管道内部的投入式液位计。

所述的输水管与可控浮箱装置之间为可拆卸连接，可根据需要选择可控浮箱装置与输水管之间的位置关系。

所述的可控浮箱装置包括多组浮箱，每组浮箱的个数为两个且对称设置在输水管两侧，所述的浮箱包括箱体1，所述的箱体1内设有主舱2，所述主舱2的两侧分别依次设有压水仓一3和压水仓二4，所述的压水仓一3和压水仓二4上分别设有气阀5和水阀6。在具体使用时是通过改变压水仓一3和压水仓二4内水量的变化来改变浮力大小，所述的气阀用于排气和进气，所述的水阀用于排水和进水。

所述的可控浮箱装置与输水管之间通过H型钢连接。

一种大直径长距离输水管道的拼接、沉放方法，包括如下步骤：

(1)、利用打桩机在河内需要沉放输水管的相应位置打钢管桩，在钢管桩上构建支撑平台，在支撑平台上设置辅助起重装置和相应的测控机构，支撑平台的下方设置可拆卸的临时搁置横梁；

(2)、在河岸场地上将分段的管道拼接焊成长度为200m长的输水管，采用船舶起吊下水，与浮箱连接(输水管位于浮箱的上方)并且采用浮箱浮运，水上拖船将输水管拖至原位管道处，将输水管放置在临时搁置横梁上；

(3)、将多根输水管进行拼装焊接，拼接成预定的长度，拼接完成后拆除临时搁置横梁；

(4)、输水管拼接完成后，改变浮箱与输水管之间的位置关系，将浮箱和输水管设计在同一水平面上，通过对浮箱内注水或加压来实现浮箱浮力和姿态的调整，在辅助起重装置的共同作用下对已经接好的输水管进行沉放，在沉放的过程中可根据测控机构检测到的数据进行相应的调整；

(5)、将输水管沉放到位后拆除浮箱，与辅助起重装置分离。

所述的辅助起重装置为设置在支撑平台上与输水管连接进行辅助起吊的卷扬机。

所述的浮箱包括若干组，每组浮箱的个数为两个，浮箱和输水管之间通过H型钢连接，在浮运和拼装阶段输水管设置在H型钢上方，浮箱设置在两H型钢之间，在沉放阶段，浮箱和输水管均设于上下两个H型钢之间。

在具体实施例中，常用的钢管的长度为12米左右，在岸边先将12米的钢管焊接成长为200米的管道，然后利用船舶起吊将管道与可控浮箱连接，浮箱的外侧壁上焊接有圆弧形座体，圆弧形座体通过螺栓与H型钢连接，安装完成后所述的浮箱位于两H型钢之间，固定效果好，如图6所示，在进行浮运和水上焊接时要保持管道的干燥，管道位于两浮箱之上，在管道拼接完成后，人工将管道拆卸掉然后安装在两浮箱之间如图7所示状态，在具体实施中，每根200米长的管道上都设有浮箱，每个支撑平台上都设有辅助起重装置和测控装置，所述的辅助起重装置为卷扬机或者其他起重设备，在支撑平台上设有滑轮组，卷扬机通过滑轮组与管道连接，从而带动管道的升降，由于管道上设有浮箱，支撑平台上的辅助起重装置主要起到固定作用，受力较小，方便操作。

在本发明中，所述的管道是指输水管，输水管和管道是同一个部件。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。