自航式半潜船出运大型沉管施工工艺的制作方法

本发明属于交通运输中水运工程施工技术领域，尤其涉及一种自航式半潜船出运大型沉管的施工工艺。

背景技术：

水底隧道是由多根体积和重量巨大的沉管相互连接而成，沉管类型主要有钢壳混凝土沉管和钢筋混凝土沉管，目前，沉管的加工和运输方法主要是采用两步法，即首先在沉管预制厂进行沉管预制和浇筑混凝土，并完成舾装件安装工艺，然后通过拖运装备将沉管长距离浮运至沉管施工基槽区域进行沉管安装。因沉管预制和浇筑完成后重量巨大，将其浮运至施工基槽区域的过程中，对拖运装备的动力要求较高，并且因拖运装备的吃水大，对浮运航道的深度要去较高，通常需要开挖航道，增加了时间和经济成本，而且，通常沉管预制厂距离沉管施工基槽区域路线很长，并且浮运过程中受浪流等自然条件的影响较大，导致沉管浮运时间很长，不利于提高施工效率。

中国专利CN106088155A公开了一种钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺，包括以下步骤，在陆地上完成隧道管节的钢壳的制造；将制造好的钢壳浮运至隧道地址处的混凝土浇筑与舾装码头；在混凝土浇筑与舾装码头对所述钢壳进行混凝土浇筑和舾装件的安装，完成隧道管节的制作；将制作好的隧道管节运至沉放位置沉放安装。该发明公布的钢壳沉管隧道管节预制浮运舾装工艺只能适用于钢壳混凝土沉管的浮运和舾装，并不能适用于钢筋混凝土沉管，并且钢壳混凝土沉管的预制钢壳在浮运过程中，受到浪流的影响，会对沉管的预制钢壳的形状及结构产生不利影响。

因此，设计出一种具有较高运输效率的沉管出运工艺，能够缩短沉管浮运距离，降低对浮运航道深度和宽度要求，并且具有广泛的通用性，对于本领域技术人员来说是必须要解决的首要问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中沉管出运效率低且对航道和拖运装备要求高的技术问题，提出一种具有较高运输效率的沉管出运工艺，能够缩短沉管浮运距离，降低对浮运航道深度和宽度要求，并且具有广泛的通用性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自航式半潜船出运大型沉管施工工艺，用于将沉管从沉管预制厂运输至沉管安装施工的基槽区，包括以下步骤：

S1：在基槽区旁设系泊舾装区以及与系泊舾装区相邻的回旋水域，该系泊舾装区设置有可开闭的坞门，回旋水域与系泊舾装区设置有坞门的一边相邻；

S2：在沉管预制厂完成沉管预制工序；

S3：启动半潜船，行驶半潜船至预制厂的深坞中并下潜，将沉管绞移至半潜船上，完成装载工序；

S4：上浮半潜船，并向系泊舾装区方向行驶半潜船，开启坞门，行驶半潜船进入系泊舾装区；

S5：关闭坞门，在系泊舾装区内下潜半潜船，将沉管绞移至系泊舾装区，完成卸载工序；

S6：开启坞门，上浮半潜船，并行驶半潜船使其退出系泊舾装区；

S7：启动沉管安装船并行驶进入系泊舾装区，将沉管安装船骑跨固定至沉管上，关闭坞门；

S8：在系泊舾装区完成沉管的舾装工序；

S9：开启坞门，将沉管及沉管安装船绞移至回旋水域后，关闭坞门；

S10：启动拖轮并将其驻位，行驶拖轮及沉管安装船以将沉管浮运至基槽区；

S11：向沉管内加载压载水并将沉管安装船吊浮，沉管沉放安装就位，完成沉管安装工序。

作为优选，步骤S1中，系泊舾装区是由多个钢圆筒直立排列围堰而成的封闭区域。

作为优选，步骤S1中，系泊舾装区的长度大于1.5倍的沉管长度。

作为优选，步骤S1中，系泊舾装区的长度大于2倍的沉管长度。

作为优选，步骤S1中，系泊舾装区的宽度大于3倍的沉管宽度。

作为优选，步骤S1中，系泊舾装区的宽度大于沉管宽度与沉管安装船的宽度之和。

作为优选，步骤S3中，向半潜船的压载舱内加载压载水使其下潜至半潜船甲板低于沉管底部1m。

作为优选，步骤S4中，释放半潜船压载舱内的压载水使其上浮至半潜船甲板高于水面1m。

作为优选，步骤S5中，向半潜船的压载舱内加载压载水使其下潜至半潜船甲板低于沉管底部0.5m-1m。

作为优选，步骤S6中，释放半潜船压载舱内的压载水使其上浮至半潜船空载的吃水高度。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的自航式半潜船出运大型沉管施工工艺，通过在基槽区旁设系泊舾装区，半潜船在沉管预制厂的深坞中将沉管装载并运输至系泊舾装区，在系泊舾装区完成对沉管的舾装工序后由沉管安装船及拖轮将沉管浮运至沉管安装施工的基槽区，与现有技术相比，首先，大大减少了沉管浮运的距离，将运输沉管的工作效率提高至3-4倍；其次，因半潜船运输沉管比现有技术中沉管浮运时吃水更小，从而大大降低了对航道深度的要求，无需开挖航道，进一步节省了时间和经济成本；再次，半潜船运输沉管对浪流等自然条件的要求较低，降低了运输沉管的限制条件，进一步提高了运输沉管的工作效率。

2、本发明的自航式半潜船出运大型沉管施工工艺，系泊舾装区由由钢圆筒直立围堰而成并设置有可开闭的坞门，在进行沉管卸载及沉管舾装工序时，坞门处于关闭状态，系泊舾装区成为封闭区域，能够有效避免波浪、水流对沉管卸载及沉管舾装工作的影响；同时，能够减少系泊舾装区对水域河流的流向的影响。

附图说明

图1为本发明的半潜船进入系泊舾装区示意图；

图2为本发明的沉管卸载示意图；

图3为本发明半潜船退出系泊舾装区示意图；

图4为图2中A-A方向示意图；

图5为图3中B-B方向示意图。

以上各图中：1、系泊舾装区；11、直圆筒；12、坞门；2、回旋水域；3、沉管；4、半潜船；5、水面。

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，术语“内”、“外”、“上”、“下”、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”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种自航式半潜船出运大型沉管施工工艺，用于将沉管3从沉管预制厂运输至沉管安装施工的基槽区，包括以下步骤：

S1：在基槽区旁设系泊舾装区1以及与系泊舾装区1相邻的回旋水域2，该系泊舾装区1设置有可开闭的坞门12，回旋水域2与系泊舾装区1设置有坞门12的一边相邻；

S2：在沉管预制厂完成沉管3预制工序；

S3：启动半潜船1，行驶半潜船4至预制厂的深坞中并下潜，将沉管3绞移至半潜船4上，完成装载工序；

S4：上浮半潜船4，并向系泊舾装区1方向行驶半潜船4，开启坞门12，行驶半潜船4进入系泊舾装区1；

S5：关闭坞门12，在系泊舾装区1内下潜半潜船4，将沉管3绞移至系泊舾装区1，完成卸载工序；

S6：开启坞门12，上浮半潜船4，并行驶半潜船4使其退出系泊舾装区1；

S7：启动沉管安装船并行驶进入系泊舾装区1，将沉管安装船骑跨固定至沉管3上，关闭坞门12；

S8：在系泊舾装区1完成沉管3的舾装工序；

S9：开启坞门12，将沉管3及沉管安装船绞移至回旋水域2后，关闭坞门12；

S10：启动拖轮并将其驻位，行驶拖轮及沉管安装船以将沉管3浮运至基槽区；

S11：向沉管3内加载压载水并将沉管安装船吊浮，沉管3沉放安装就位，完成沉管3安装工序。

本发明的自航式半潜船出运大型沉管施工工艺，通过在基槽区旁设系泊舾装区1，半潜船4在沉管预制厂的深坞中将沉管3装载至半潜船4上，并运输至系泊舾装区1，在系泊舾装区1完成对沉管3的舾装工序后由沉管安装船及拖轮将沉管浮运至沉管安装施工的基槽区。本发明的自航式半潜船出运大型沉管施工工艺与现有技术相比，首先，大大减少了沉管3浮运的距离，将运输沉管3的工作效率提高至3-4倍；其次，因半潜船4运输沉管3比现有技术中沉管3浮运时吃水更小，从而大大降低了对航道深度的要求，无需开挖航道，进一步节省了时间和经济成本；再次，半潜船4运输沉管3对浪流等自然条件的要求较低，降低了运输沉管3的限制条件，从另一方面提高了运输沉管3的工作效率。

沉管3在沉管预制厂完成预制工作后进入沉管预制厂的深坞中，沉管吃水一定高度并满足其浮力等于重力而漂浮在水面5上，半潜船4依靠自身动力行驶进入深坞中，向半潜船4的压载舱内加载压载水使半潜船4下潜，直至半潜船甲板低于沉管3底部达到第一高度值时，停止下潜，通过绞移的方式将沉管3绞移至半潜船4上，并释放压载水使半潜船4上浮，完成沉管3装载工序。绞移沉管3通过卷扬机来完成，缆绳一端固定在沉管3上，一端与卷扬机相连，通过卷扬机工作将沉管3绞移至半潜船4上。为了使下潜过程中半潜船4所有桩腿的载荷分布均匀，应同时同速向半潜船4的每个压载舱内加载压载水，以保证下潜过程的安全和稳定。作为优选，第一高度值为1m，为施工作业留出安全空间，以方便将缆绳与沉管3固定。

参见图1，图1为本发明的半潜船进入系泊舾装区示意图。如图1所示，沉管3装载至半潜船4上后，释放半潜船4压载舱内的压载水使半潜船4上浮，直至半潜船甲板高于水面5达到第二高度值，为了使上浮过程中半潜船4所有桩腿的载荷分布均匀，应同时同速释放半潜船4的每个压载舱内内的压载水，以保证上浮过程的安全和稳定。第二高度值优选为1m，以保证半潜船4安全运输沉管3至系泊舾装区1。半潜船4行驶至系泊舾装区1的坞门12附近后，打开坞门12，半潜船4行驶进入系泊舾装区1。半潜船4行驶进入系泊舾装区1后，关闭坞门12，系泊舾装区1成为封闭的区域，避免了波浪、水流等自然条件对沉管3卸载工作的影响。

参见图2，图2为本发明的沉管卸载示意图。如图2所示，向半潜船4压载舱内加载压载水使半潜船4在系泊舾装区1内下潜，直至半潜船甲板低于沉管3的底部达到第三高度值，然后将沉管3绞移至系泊舾装区1，完成沉管3的卸载工序。为了使下潜过程中半潜船4所有桩腿的载荷分布均匀，应同时同速向半潜船4的每个压载舱内加载压载水，以保证下潜过程的安全和稳定。绞移沉管3通过卷扬机来完成，缆绳一端固定在沉管3上，一端与卷扬机相连，通过卷扬机工作从而将沉管3从半潜船4绞移至系泊舾装区1内。作为优选，第三高度值为0.5m-1m，从而为施工作业留出安全空间，以方便将缆绳与沉管3固定。

参见图3，图3为本发明半潜船退出系泊舾装区示意图。如图3所示，完成沉管3卸载工序后，释放半潜船4压载舱内的压载水使半潜船4上浮至半潜船4空载的吃水高度。半潜船4上浮后打开坞门12，半潜船4向后行驶退出系泊舾装区1，沉管安装船进入系泊舾装区1并骑跨固定至沉管3上，然后关闭坞门12，使系泊舾装区1再次成为封闭区域，并对位于系泊舾装区1内的沉管3进行测量塔、系缆柱和导梁等舾装件的安装标定工作，完成沉管3的舾装工序。系泊舾装区1为封闭区域，避免了波浪、水流等自然条件对沉管3进行舾装作业的影响。需要说明的是，为了使上浮过程中半潜船4所有桩腿的载荷分布均匀，应同时同速释放半潜船4的每个压载舱内的压载水，以保证上浮过程的安全和稳定。

需要说明的是，系泊舾装区1是由多个钢圆筒11直立排列围堰而成的封闭区域，为了能够为沉管3的卸载和舾装工序提供充裕的工作空间，系泊舾装区1的宽度应当大于3倍的沉管3的宽度；当系泊舾装区1一次只系泊一个沉管时，系泊舾装区1的长度应当大于1.5倍的沉管3的长度，当当系泊舾装区1可同时系泊两个沉管时，系泊舾装区1的长度应当大于2倍的沉管3的长度。

进一步地，沉管安装船的跨度等于沉管3的宽度，以确保沉管安装船与沉管3精确配合，并通过吊索将沉管安装船与沉管3固定连接在一起。

完成舾装工序后，打开坞门12，通过绞移的方式将沉管安装船及沉管3绞移至与系泊舾装区1的坞门12一边相邻的回旋水域2，并关闭坞门12，使系泊舾装区1成为封闭区域，避免其对河流水流的流向产生影响。在回旋水域2内，启动拖轮并行驶拖轮使其驻位，行驶拖轮及沉管安装船以将沉管3浮运至沉管3安装施工的基槽区。为了精确控制沉管3浮运的方向，拖轮优选为8个，其中，在沉管3行驶方向的两侧各设置两个拖轮，以抵抗水流或波浪对沉管3浮运方向的影响；在沉管3行驶方向的前方设置两个拖轮，以为沉管3的浮运提供动力；在沉管3行驶方向的后方设置两个拖轮，以及时纠正沉管3因水流或波浪的影响而偏离浮运方向。

需要说明的是，为了能为沉管3及沉管安装船绞移至回旋水域2的工作提供充裕的工作空间，系泊舾装区1的宽度还应当大于沉管3与沉管安装船的宽度之和。

沉管3到达基槽区后，向沉管3内加载压载水并将沉管安装船吊浮，沉管3沉放安装就位，完成沉管3安装工序。为保证沉管3沉放过程中的稳定性以及沉放位置的精确性，向沉管3内加载压载水时要缓慢均匀。

参见图4，图4为图2中A-A方向示意图。如图4所示，系泊舾装区1的多个钢圆筒11的顶面形成的工作区域上设置有用于卸载沉管3的卷扬机，缆绳一端固定在沉管3上，一端与卷扬机相连，通过卷扬机工作从而将沉管3从半潜船4绞移至系泊舾装区1内的水域，因沉管3所受浮力等于其自身重力而漂浮在水面5上，并且直圆筒11的顶部高于水面5的高度应当满足第四高度值。为了避免波浪、水流等对钢圆筒11的顶面形成的工作区域造成影响，进而保证沉管3卸载工序的正常进行，第四高度值优选为3.5m。

参见图5，图5为图3中B-B方向示意图。如图5所示，系泊舾装区1的多个直圆筒11相互紧密排列，在其顶面形成的工作区域上还设置有用于对沉管3完成舾装工序的塔吊，圆筒11的顶部高于水面5的高度满足第四高度值时，相应地可以保证沉管3舾装工序的正常进行。