水囊式调压装置及调压方法与流程

本发明涉及沉管隧道技术领域，特别涉及一种水囊式调压装置及调压方法。

背景技术：

沉管法隧道施工，就是把在半潜驳或者干坞内预制好的隧道沉箱分别浮运到预定位置沉放对接，为使最后一节管段的沉放顺利必须留有长于该管段的距离空间，该余下距离空间所沉放对接的管段即视为最终接头。

沉管隧道最终接头的结构如图1所示，最终接头1与相邻管节2连接一侧的端部设有凹槽，凹槽内设置有千斤顶3和顶推小梁4，每个顶推小梁4的端部平行于最终接头的端面，顶推小梁4的端面设置有gina止水带5，gina止水带5垂直于顶推小梁4端面，该小梁前端gina止水带5的材质为天然橡胶，通过压件系统固定在小梁的端部斜面上，止水带和压件系统均垂直于小梁端部斜面。止水带沿小梁端部斜面布置一圈，千斤顶3的活塞杆上连接顶推小梁4，gina止水带5在顶推小梁4的作用下，与已安装相邻管节2表面接触，形成结合腔，gina止水带5被充分压缩后实现端部腔体与外界的止水。

上述施工过程中，顶推小梁4在移动时，海水会进入到顶推小梁4与最终接头之间的间隙内，从而无法使最终接头和相邻管节之间的结合腔与外部海水封闭，需要在顶推小梁4上外壁一侧设置第一止水系统，对最终接头和顶推小梁4之间的间隙进行封闭止水，该第一止水系统沿小梁端部和最终接头布置一圈，当gina止水带5被充分压缩与相邻管节2接触后，使最终接头和相邻管节之间形成的结合腔与海水完全隔离，便于结合腔内海水的排放，从而形成干燥的施工环境。

但是在结合腔排水过程中，设置在顶推小梁和盖板之间的第一止水系统会受到外侧海水巨大的压力，从而会对该第一止水系统造成损坏，影响最终接头的正常施工，因此，如何避免此处的第一止水系统受压，有效保护第一止水系统，成为最终接头施工过程中的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于：在对最终接头和相邻管节之间形成的结合腔进行排水时，针对设置在顶推小梁外壁与最终接头之间的第一止水系统受压大、容易损坏的问题，提供一种水囊式调压装置及调压方法，通过在顶推小梁和最终接头之间的间隙内设置有第二止水系统，使第一止水系统和第二止水系统分别与顶推小梁、最终接头之间形成封闭的水囊式结构，保持第一止水系统两侧的水压相同，从而对第一止水系统形成保护。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种水囊式调压装置，包括设置在最终接头凹槽内的顶推小梁，所述顶推小梁为封闭环状结构，所述顶推小梁与最终接头的端部安装有第一止水系统，且所述顶推小梁与最终接头的间隙内还设置有第二止水系统，使第一止水系统与第二止水系统之间能形成环状水囊，所述第二止水系统为单向止水装置。

在最终接头下沉过程中，最终接头的凹槽内充满海水，使得第一止水系统两侧的压力相同，第一止水系统不受力。调整最终接头的位置到位后进行顶推，使最终接头与相邻管节之间的结合腔与海水封闭，顶推过程中，由于第二止水系统为单向止水系统，海水只能从结合腔进入到环状水囊内，而不能从环状水囊流入结合腔内，使得顶推小梁顶推到位后，环状水囊内的水压和结合腔的水压相同，并且二者的水压和外界海水压力也大致相同，使第一止水系统不受力，从而保护了第一止水系统。顶推小梁顶推到位后对结合腔进行排水，结合腔内的压力变小，但是由于环状水囊内的海水不能流出到结合腔内，从而在结合腔排水过程中，环状水囊内的压力保持不变，第一止水系统两侧的压力继续保持大致相同，使第一止水系统始终处于受保护状态。最终接头在沉放过程中、顶推小梁顶推前后和最终接头后序使用过程中，第一止水系统两侧的压力保持恒定，从而有效保护第一止水带不受压。

通过在顶推小梁和最终接头之间的结合腔体内设置有第二止水系统，使第一止水系统和第二止水系统分别与顶推小梁、最终接头之间形成封闭的环状水囊式调压装置的结构，保持第一止水系统两侧的水压相同，从而对第一止水系统形成保护。

优选的，所述单向止水装置环形设置在顶推小梁外壁上。

采取上述结构，顶推小梁在顶推时，所述单向止水装置随顶推小梁一起移动，同时实现密封止水。

优选的，所述单向止水装置为lip止水带。

所述lip止水带包括两个一体式连接的翼条，二个所述翼条形成钝角结构，且开口侧背朝水囊一侧，其一端的翼条与最终接头内壁接触，另一端的翼条密封连接在顶推小梁内壁上。

优选的，最终接头上连接有封闭环状的外盖板，所述外盖板位于顶推小梁外壁侧并有间隙，所述第一止水系统设置在外盖板和顶推小梁上。

通过在最终接头上设置外盖板的方式，便于施工，避免了直接在最终接头上挖设沟槽的麻烦。

优选的，所述顶推小梁上设有多个连通环状水囊和结合腔的透气装置，该透气装置分别布置在最终接头的顶部和底角部位，所述透气装置上设有用于控制其开闭状态的开关。

通过设置透气装置和控制其开闭的开关，在最终接头下沉过程中，将开关打开，使水囊与结合腔之间保持连通，海水能进入到水囊内，从而使水囊、结合腔及外界海水的压力均保持相同，在顶推小梁顶推过程中，开关也处于打开状态，保持结合腔和水囊内的压力相同，上述过程中，第一止水系统两端的压力始终保持相同或接近，避免第一止水系统发生损坏。

同时，设置透气装置和开关，使最终接头下沉的过程中，将水囊内的气体排出。

当顶推小梁顶推到位后，进行排水前，将透气装置通过开关关闭，使后序排水过程中，水囊内的压力与外界海水压力保持恒定不变，从而起到保护第一止水系统的目的。

优选的，所述透气装置包括排气管，所述排气管一端位于结合腔，另一端位于外盖板和顶推小梁之间的间隙内且靠近外盖板内壁一侧，所述开关为尺寸与排气管对应的旋塞，该旋塞安装在结合腔一侧。

采取上述方式，便于将水囊内的气体排尽，并通过旋塞控制水囊与结合腔的连通状态。

进一步地，分别在最终接头的顶部和底角两侧部位共布置三个排气管，排气管的两端管口分别处在结合腔和环状水囊内。

优选的，所述排气管与外盖板内壁之间的距离5-8mm，以6mm为最优。

优选的，所述外盖板和所述顶推小梁之间连接的第一止水系统为可延展的柔性止水带。

优选地，所述第一止水系统为m形止水带或ω形止水带。

对应地，本发明还提供了一种水囊式调压装置的调压方法，包括以下步骤：

a、预先安装好第一止水系统和第二止水系统；

b、整体沉放最终接头，并调整到位，水流通过第二止水系统流入到环状水囊内，使水囊充满水；

c、顶推小梁顶推，并带动gina止水带、第一止水系统和第二止水系统一起移动，直至gina止水带充分压缩到相邻管节的端面，最终接头和相邻管节形成结合腔；

d、结合腔排水，第二止水系统阻止水流向结合腔，使结合腔形成干环境便于后序施工，水囊内的压力与外界海水压力一致。

采取上述方式，通过单向止水装置的第二止水系统，使海水只能从外界流入到水囊内，而不能从水囊内流出，使得沉管在下沉过程中，环形水囊内水压和外界的水压相同，从而使第一止水系统两侧的压力保持相同，第一止水系统不受压，得到保护。当最终接头沉放并调整到位后，最终接头与相邻管节之间形成结合腔，此时，水囊内的压力、结合腔内的压力及外界海水的压力保持相同，第一止水系统不受压，处于安全状态。在对结合腔进行排水时，由于第二止水系统为单向止水装置，海水只能从外界流入到水囊内，而不能从水囊内流出，水囊内充满水，且水压与外界海水保持一致，保持第一止水系统安全。

优选的，在水囊式调压装置上设置带开关的透气装置，该透气装置连通结合腔和水囊，并采用以下步骤调压：

a、预先安装好第一止水系统、第二止水系统和透气装置，所述透气装置的开关处于打开状态；

b、整体沉放最终接头，并调整到位，水流通过透气装置和第二止水系统流入到环状水囊内，使水囊充满水；

c、顶推小梁顶推，并带动gina止水带、第一止水系统和第二止水系统一起移动，直至gina止水带充分压缩到相邻管节的端面，最终接头和相邻管节形成结合腔；

d、关闭透气装置的开关，使结合腔和水囊之间相互独立；

e、结合腔排水，第二止水系统阻止水流向结合腔，使结合腔形成干环境便于后序施工，水囊内的压力与外界海水压力一致。

在最终接头下沉过程中，将透气装置的开关打开，使水囊与结合腔之间保持连通，海水能进入到水囊内，从而使水囊、结合腔及外界海水的压力均保持相同，在顶推小梁顶推过程中，开关也处于打开状态，保持结合腔和水囊内的压力相同，当顶推小梁顶推到位后，进行排水前，关闭透气装置的开关，使结合腔在排水过程中，水囊中的水不能流出，从而保持水囊内的压力与外界海水压力保持恒定不变，形成对第一止水的保护。

采取上述方式，通过透气装置的开闭状态对水囊内部压力进行调节，从而起到保护第一止水系统的目的。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过在顶推小梁和最终接头之间的结合腔体内设置有第二止水系统，使第一止水系统和第二止水系统分别与顶推小梁、最终接头之间形成封闭的环状水囊式调压装置的结构，保持第一止水系统两侧的水压相同，从而对第一止水系统形成保护；

2、第二止水系统采用单向止水系统，使最终接头在下沉时，海水能顺利进入到环状水囊内，而在后序对最终接头和相邻管节之间的结合腔进行排水时，海水不能从环状水囊内流出，从而保压，使第一止水系统内外的压力相同，对其实现保护。采取单向止水装置，避免了在后序排水前再设置第二止水系统，简化了施工流程；

3、通过设置透气装置和控制其开闭的开关，在最终接头下沉过程中，将开关打开，使水囊与结合腔之间保持连通，海水能进入到水囊内，从而使水囊、结合腔及外界海水的压力均保持相同，在顶推小梁顶推过程中，开关也处于打开状态，保持结合腔和水囊内的压力相同，上述过程中，第一止水系统两端的压力始终保持相同或接近，避免第一止水系统发生损坏。

附图说明

图1为沉管隧道最终接头的结构示意图。

图2为本发明的水囊式调压装置在顶推小梁顶推前的结构示意图。

图3为图2中顶推小梁顶推后的结构示意图。

图4为图2和图3中a处局部放大图。

图5为本发明的水囊式调压装置安装透气装置后的结构示意图。

图6为图5中b处局部放大图。

图7为沿图6中c-c的剖视图。

图8为图5中d处的局部放大图。

图9为图5中e处的局部放大图。

图中标记：1-最终接头，2-相邻管节，3-千斤顶，4-顶推小梁，41-顶推小梁内壁，42-顶推小梁外壁，5-gina止水带，6-第一止水系统，7-第二止水系统，71-翼条，9-外盖板，10-排气管，11-旋塞，12-结合腔，13-水囊。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图2和图3所示，水囊式调压装置，包括设置在最终接头1凹槽内的顶推小梁4，所述顶推小梁4为封闭环状结构，所述顶推小梁4与最终接头1的端部安装有第一止水系统6，且所述顶推小梁4与最终接头1的间隙内还设置有第二止水系统7，使第一止水系统6与第二止水系统7之间能形成环状水囊13，所述第二止水系统7为单向止水装置。

在最终接头1下沉过程中，最终接头1的凹槽内充满海水，使得第一止水系统6两侧的压力相同，第一止水系统6不受力。调整最终接头1的位置到位后进行顶推小梁4的顶推，使最终接头1与相邻管节2之间的结合腔12与海水封闭，顶推过程中，由于第二止水系统7为单向止水系统，海水能从结合腔12进入到环状水囊13内，而不能从环状水囊13流入结合腔12内，使得顶推小梁4顶推到位后，环状水囊13内的水压和结合腔12的水压相同，并且二者的水压和外界海水压力也大致相同，使第一止水系统6不受力，从而保护了第一止水系统6。顶推小梁4顶推到位后对结合腔12进行排水，结合腔12内的压力变小，但是由于环状水囊13内的海水不能流出到结合腔12内，从而在结合腔12排水过程中，环状水囊13内的压力保持不变，第一止水系统6两侧的压力继续保持大致相同，使第一止水系统6始终处于受保护状态。最终接头在沉放过程中、顶推小梁顶推前后和最终接头后序使用过程中，第一止水系统两侧的压力保持恒定，从而有效保护第一止水带不受压。

通过在顶推小梁4和最终接头1之间的结合腔内设置有第二止水系统7，使第一止水系统6和第二止水系统7分别与顶推小梁4、最终接头1之间形成封闭的环状水囊式调压装置的结构，保持第一止水系统6两侧的水压相同，从而对第一止水系统6形成保护。

作为其中一种优选的实施方式，所述单向止水装置环形安装在顶推小梁4的外壁上。

将单向止水装置安装在顶推小梁4上，使顶推小梁4在顶推过程中，单向止水装置随顶推小梁4一起移动。

如图4所示，所述单向止水装置为lip止水带，所述lip止水带包括两个一体式连接结构的翼条71，二个所述翼条71形成钝角结构，且开口侧背朝水囊一侧，其一端的翼条71与最终接头1内壁接触，另一端的翼条71密封连接在顶推小梁4的内壁上。

作为其中一种优选的实施方式，最终接头1上连接有封闭环状的外盖板9，所述外盖板9位于顶推小梁外壁42一侧，并与顶推小梁42之间有间隙，所述第一止水系统6设置在外盖板9和顶推小梁4上。

进一步地，第一止水系统6设置在外盖板9和顶推小梁4的端部部位。

通过在最终接头上设置外盖板的方式，便于施工，避免了直接在最终接头上挖设沟槽的麻烦。

作为其中一种优选的实施方式，如图5-图9所示，所述顶推小梁4上设有多个连通环状水囊13和结合腔12的透气装置，所述透气装置上设有用于控制其开闭状态的开关。

通过设置透气装置和控制其开闭的开关，在最终接头下沉过程中，将开关打开，使水囊与结合腔之间保持连通，海水能进入到水囊内，从而使水囊、结合腔及外界海水的压力均保持相同，在顶推小梁顶推过程中，开关也处于打开状态，保持结合腔和水囊内的压力相同，上述过程中，第一止水系统两端的压力始终保持相同或接近，避免第一止水系统发生损坏。

同时，设置透气装置和开关，使最终接头下沉的过程中，将水囊内的气体排出。

当顶推小梁顶推到位后，进行排水前，将透气装置通过开关关闭，使后序排水过程中，水囊内的压力与外界海水压力保持恒定不变，从而起到保护第一止水系统的目的。

所述透气装置包括排气管10，所述排气管10一端位于结合腔12，另一端位于外盖板9和顶推小梁4之间的间隙内（水囊13内），且靠近外盖板9内壁一侧，即排气管10连通结合腔12和环状水囊13，所述开关为尺寸与排气管10对应的旋塞11，旋塞11布置在结合腔12一侧。

采取上述方式，便于将水囊内的气体排尽，并通过旋塞控制水囊与结合腔的连通状态。

作为其中一种优选的实施方式，设置在顶推小梁4上的排气管10有三个，其中一个设置在最终接头1的顶部，另外两个设置在最终接头1的底角两侧，排气管10的一端管口位于环状水囊13内，另一端管口位于结合腔12内，排气管10上的旋塞用于控制环状水囊13与结合腔12之间的连通状态，当最终接头1下沉时，将旋塞11打开，使水从结合腔12进入到环状水囊13内，在对结合腔12排水前，将旋塞11安装上，使水囊13与结合腔12相互独立，使得在对结合腔12排水时，保持水囊13内的水压，进而保护第一止水系统6的安全。

作为其中一种优选的实施方式，排气管10与外盖板9内壁之间的距离5-8mm，以6mm为最优。

外盖板9和所述顶推小梁4之间连接的第一止水系统6为可延展的柔性止水带。

第一止水系统6为m形止水带或ω形止水带。

本实施例通过在顶推小梁和最终接头之间的结合腔体内设置有第二止水系统，使第一止水系统和第二止水系统分别与顶推小梁、最终接头之间形成封闭的环状水囊式调压装置的结构，保持第一止水系统两侧的水压相同，从而对第一止水系统形成保护。

实施例2

本实施例提供了安装单向止水装置作为第二止水系统，使得第一止水系统和第二止水系统形成的水囊式调压装置的调压方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：

a、预先安装好第一止水系统6和第二止水系统7；

b、整体沉放最终接头1，并调整到位，水流通过第二止水系统7流入到环状水囊13内，使水囊13充满水；

c、顶推小梁4顶推，并带动gina止水带5、第一止水系统6和第二止水系统7一起移动，直至gina止水带5充分压缩到相邻管节2的端面，最终接头1和相邻管节2形成结合腔12；

d、结合腔12排水，第二止水系统7阻止水流向结合腔12，使结合腔12形成干环境便于后序施工，水囊13内的压力与外界海水压力一致。

采取上述方式，通过单向止水装置的第二止水系统，使海水只能从外界流入到水囊内，而不能从水囊内流出，使得沉管在下沉过程中，环形水囊内水压和外界的水压相同，从而使第一止水系统两侧的压力保持相同，第一止水系统不受压，得到保护。当最终接头沉放并调整到位后，最终接头与相邻管节之间形成结合腔，此时，水囊内的压力、结合腔内的压力及外界海水的压力保持相同，第一止水系统不受压，处于安全状态。在对结合腔进行排水时，由于第二止水系统为单向止水装置，海水只能从外界流入到水囊内，而不能从水囊内流出，水囊内充满水，且水压与外界海水保持一致，保持第一止水系统安全。

实施例3

本实施例提供了带透气装置的水囊式调压装置的调压方法，具体在顶推小梁4上安装带旋塞11的排气管10，该排气管10的两端管口分别位于结合腔12内和水囊13内，通过旋塞11控制结合腔12和水囊13的连通状态，如图2和图3所示，包括以下步骤：

a、预先安装好第一止水系统6、第二止水系统7和排气管10，所述排气管10的旋塞11处于打开状态，使结合腔12和水囊13处于连通状态；

b、整体沉放最终接头1，并调整到位，水囊13中的空气通过排气管10排出，同时水通过排气管10和第二止水系统7流入到环状水囊13内，使水囊13充满水；

c、顶推小梁4顶推，并带动gina止水带5、第一止水系统6和第二止水系统7一起移动，直至gina止水带5充分压缩到相邻管节2的端面，最终接头1和相邻管节2形成结合腔12，此时，结合腔12与外界处于隔离状态；

d、关闭排气管10的旋塞11，使结合腔12和水囊13之间隔离开来，处于相互独立的状态；

e、结合腔12排水，第二止水系统7阻止水流向结合腔12，使结合腔12形成干环境便于后序施工，水囊13内的压力与外界海水压力一致。

在最终接头下沉过程中，将透气装置的开关打开，使水囊与结合腔之间保持连通，海水从外界进入到水囊内，从而使水囊内的压力与外界保持相同，对第一止水系统形成保护。当最终接头沉放且调整到位后，最终接头和相邻管节之间形成结合腔，此时水囊、结合腔及外界海水的压力相同，第一止水系统不受压。在对结合腔排水前，关闭透气装置的开关，使水囊与结合腔之间隔离开来，处于相互独立状态，使结合腔在排水过程中，水囊内的海水无法流出，且水压与外界海水压力保持一致，进行保护第一止水系统的安全。

采取上述方式，通过透气装置的开闭状态对水囊内部压力进行调节，从而起到保护第一止水系统的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。