本发明涉及海底隧道施工领域，特别涉及一种用于最终接头接合腔排水的装置和方法。
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，即隧道连接的两端均沉管施工，并在海中对接合拢，最后的合拢管段即为最终接头。该沉管隧道最终接头是沉管隧道建设的关键，特别是外海超长沉管隧道建设，施工现场作业条件困难，面临着复杂的波浪和海流等海洋环境条件和气象条件。
如图1所示，单节沉管2在与已安装到位的沉管2对接时为水力压接，两节沉管2开始对接，待安装的沉管2端面连接的环状gina止水带7紧密贴合于已安装到位的沉管2，两节沉管2的两个端封门5之间形成接合腔6，随着接合腔6中部分水被排出，作用于待安装的沉管2另一端的水压(如图1中横向箭头所示)顶推该沉管2，接合腔6空间减小，排水时接合腔6内压力逐步平稳降低至大气压(0.1mpa)，作用于gina止水带7的水压(如图1中竖向箭头所示)与接合腔6内部压力平稳，不会造成gina止水带7侧翻或撕裂导致沉管2对接失败。
如图2所示，最终接头1与其两侧的两节沉管2的对接，由于没有端部水压，无法采用上述水压对接的方式，最终接头1在设置到两节沉管2中间并调整好位置后，最终接头1两端分别设置的两个顶推小梁带动各自连接的gina止水带7接触并顶撑于对应的沉管2端面，最终接头1与其两侧的两节沉管2形成两个接合腔6，由于失去了端部水压的作用，这两个接合腔6排水时各自空间不变，排水时接合腔6内压力骤降，与外部作用于gina止水带7的水压(如图2中竖向箭头所示)存在瞬时压差从而对顶推小梁产生冲击，造成gina止水带7侧翻或撕裂导致沉管2对接失败。
因此，最终接头1两侧接合腔6在排水时无法使用现有两节沉管2对接排水的方式，需要采取新手段使接合腔6中压力逐步平稳降低至大气压，防止gina止水带7侧翻或撕裂导致沉管2对接失败。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的最终接头两侧接合腔在排水时无法使用现有两节沉管对接排水的方式，需要采取新手段使接合腔中压力逐步平稳降低至大气压，防止gina止水带侧翻或撕裂导致沉管对接失败的上述不足，提供一种用于最终接头接合腔排水的装置和方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种用于最终接头接合腔排水的装置，与最终接头相连接的沉管的端封门上设有第一通道和第二通道，所述第一通道位于所述端封门的下部，所述第二通道位于所述端封门的上部，所述第一通道和所述第二通道均用于连通所述端封门两侧的接合腔和所述沉管管内，所述沉管管内设有储气罐、水箱、第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道用于连通所述第一通道和所述水箱，所述第二管道用于连通所述第二通道和所述水箱，所述第一管道上设有第一截止阀、第二截止阀和第一压力表，所述第一压力表和所述第一截止阀均靠近所述端封门，所述第一截止阀和所述第二截止阀之间的所述第一管道连接所述第三管道的一端，所述第三管道的另一端连接所述储气罐，所述第三管道上设有第三截止阀，所述储气罐上设有第一进气阀、排气阀、排水阀和第二压力表，所述第二管道上设有第二进气阀。
采用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的装置，通过调节各个阀门和设置所述储气罐来平衡所述接合腔排水时的内部压力，使所述接合腔内部压力平稳逐步降低，防止排水速度快使得所述接合腔内压力骤降，瞬时压差对所述最终接头和所述沉管密接处产生冲击，造成gina止水带侧翻或撕裂，导致所述最终接头和所述沉管对接失败，该装置结构简单，使用方便，性能稳定，效果良好。
优选地，所述最终接头中设置有连通管道，所述连通管道用于连通所述最终接头两侧的两个所述接合腔，所述最终接头一侧的所述沉管设置所述储气罐。
优选地，所述沉管管内还设有空压机，所述第一进气阀连接所述空压机。
优选地，所述沉管管内还设有压载泵，所述压载泵连接于所述第一管道。
本发明还提供了一种用于最终接头接合腔排水的方法，应用如以上任一项所述的用于最终接头接合腔排水的装置，包括以下步骤：
a、初始状态，所有阀门为关闭状态；
b、开启所述第一进气阀，用空压机向所述储气罐输入气体，使所述第一压力表测得的压力值等于所述第二压力表测得的压力值，即所述接合腔中压力等于所述储气罐中压力，关闭所述空压机；
c、开启所述第一截止阀和所述第三截止阀，连通所述接合腔和所述储气罐；
d、开启所述排气阀，控制所述排气阀的开度进行排气，观察所述第一压力表和所述第二压力表监测值的变化，至压力降低至0.07-0.1mpa，此时所述接合腔中水进入所述储气罐中；
e、关闭所述第三截止阀，开启所述排水阀，将所述储气罐中水排出，然后关闭所述排气阀和所述排水阀；
f、开启所述第二进气阀，空气进入所述接合腔，同时所述接合腔内的水由所述第二管道流入所述水箱；
g、当水不从所述第二管道流入所述水箱时，开启所述第二截止阀，所述接合腔内剩余的水由所述第一管道流入所述水箱。
采用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的方法，应用所述储气罐和各个阀门的配合调节平衡所述接合腔排水时的内部压力，先用所述储气罐平稳逐步降低所述接合腔内部压力排水，再用所述第二管道进气排水使所述接合腔内部连通大气，最后用所述第一管道排水，完成整个所述接合腔中水的平稳排出，不造成瞬时压差冲击gina止水带导致所述最终接头和所述沉管对接失败，该方法原理清晰，步骤简单，效果良好，便于推广。
优选地，开始执行所述步骤a之前，潜水确认所述最终接头两端设置的两个环状gina止水带鼻尖与对应所述沉管端部之间没有夹杂异物。
优选地，开始执行所述步骤a之前，所述储气罐加压进行气密性检查，并检查所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所有阀门的气密性以及水密性。
优选地，开始执行所述步骤a之前，对所述第一压力表的初始压力和所述第二压力表的初始压力均进行标定。
优选地，执行所述步骤g时，用压载泵将所述接合腔内剩余的水抽至所述水箱。
优选地，完成所述步骤g后，确认所述接合腔的水密情况符合设计要求，采用扫仓泵将所述接合腔内余水排出。
优选地，所述接合腔中水排至所述水箱，用潜水泵将所述水箱中水由沉管隧道出口端排出。
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、运用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的装置，通过调节各个阀门和设置所述储气罐来平衡所述接合腔排水时的内部压力，使所述接合腔内部压力平稳逐步降低，防止排水速度快使得所述接合腔内压力骤降，瞬时压差对所述最终接头和所述沉管密接处产生冲击，造成gina止水带侧翻或撕裂，导致所述最终接头和所述沉管对接失败，该装置结构简单，使用方便，性能稳定，效果良好；
2、运用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的方法，应用所述储气罐和各个阀门的配合调节平衡所述接合腔排水时的内部压力，先用所述储气罐平稳逐步降低所述接合腔内部压力排水，再用所述第二管道进气排水使所述接合腔内部连通大气，最后用所述第一管道排水，完成整个所述接合腔中水的平稳排出，不造成瞬时压差冲击gina止水带导致所述最终接头和所述沉管对接失败，该方法原理清晰，步骤简单，效果良好，便于推广。
附图说明
图1为现有两节沉管水力压接的示意图；
图2为最终接头与两侧沉管对接的示意图；
图3为本发明所述用于最终接头接合腔排水的装置的结构示意图；
图4为本发明所述用于最终接头接合腔排水的方法的流程图。
图中标记：1-最终接头，2-沉管，3-储气罐，31-进气阀，32-排气阀，33-排水阀，34-第二压力表，4-水箱，41-第一管道，411-第一截止阀，412-第二截止阀，413-第三截止阀，42-第二管道，421-第二进气阀，43-第三管道，5-端封门，51-第一通道，52-第二通道，53-第一压力表，6-接合腔，7-gina止水带。
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3所示，本发明所述的用于最终接头接合腔排水的装置，与最终接头1相连接的沉管2的端封门5上设有第一通道51和第二通道52。
所述第一通道51位于所述端封门5的下部，所述第二通道52位于所述端封门5的上部，所述第一通道51和所述第二通道52均用于连通所述端封门5两侧的接合腔6和所述沉管2管内，所述沉管2管内设有储气罐3、水箱4、第一管道41、第二管道42和第三管道43，所述第一管道41用于连通所述第一通道51和所述水箱4，所述第二管道42用于连通所述第二通道52和所述水箱4，所述第一管道41上设有第一截止阀411、第二截止阀412和第一压力表53，所述第一压力表53和所述第一截止阀411均靠近所述端封门5，所述第一截止阀411和所述第二截止阀412之间的所述第一管道41连接所述第三管道43的一端，所述第三管道43的另一端连接所述储气罐3，所述第三管道43上设有第三截止阀413，所述储气罐3上设有第一进气阀31、排气阀32、排水阀33和第二压力表34，所述第二管道42上设有第二进气阀421。
作为本实施例的一个优选方案，所述最终接头1中设置有连通管道，所述连通管道用于连通所述最终接头1两侧的两个所述接合腔6，所述最终接头1一侧的所述沉管2设置所述储气罐3。
作为本实施例的一个优选方案，所述沉管2管内还设有空压机，所述第一进气阀31连接所述空压机。所述沉管2管内还设有压载泵，所述压载泵连接于所述第一管道41。
运用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的装置，通过调节各个阀门和设置所述储气罐3来平衡所述接合腔6排水时的内部压力，使所述接合腔6内部压力平稳逐步降低，防止排水速度快使得所述接合腔6内压力骤降，瞬时压差对所述最终接头1和所述沉管2密接处产生冲击，造成gina止水带7侧翻或撕裂，导致所述最终接头1和所述沉管2对接失败，该装置结构简单，使用方便，性能稳定，效果良好。
实施例2
如图3-4所示，本发明所述的用于最终接头接合腔排水的方法，应用如实施例1所述的用于最终接头接合腔排水的装置，包括以下步骤：
a、初始状态，所有阀门为关闭状态；
b、开启所述第一进气阀31，用空压机向所述储气罐3输入气体，使所述第一压力表53测得的压力值等于所述第二压力表34测得的压力值，即所述接合腔6中压力等于所述储气罐3中压力，关闭所述空压机；
c、开启所述第一截止阀411和所述第三截止阀413，连通所述接合腔6和所述储气罐3；
d、开启所述排气阀32，控制所述排气阀32的开度进行排气，观察所述第一压力表53和所述第二压力表34监测值的变化，至压力降低至0.07mpa，此时所述接合腔6中水进入所述储气罐3中；
e、关闭所述第三截止阀413，开启所述排水阀33，将所述储气罐3中水排出，然后关闭所述排气阀32和所述排水阀33；
f、开启所述第二进气阀421，空气进入所述接合腔6，同时所述接合腔6内的水由所述第二管道42流入所述水箱4；
g、当水不从所述第二管道42流入所述水箱4时，开启所述第二截止阀412，所述接合腔6内剩余的水由所述第一管道41流入所述水箱4。
作为本实施例的一个优选方案，开始执行所述步骤a之前，潜水确认所述最终接头1两端设置的两个环状gina止水带7鼻尖与对应所述沉管2端部之间没有夹杂异物。所述储气罐3加压至0.4mpa进行气密性检查，并检查所述第一管道41、所述第二管道42、所述第三管道43和所有阀门的气密性以及水密性。对所述第一压力表53的初始压力和所述第二压力表34的初始压力均进行标定。
作为本实施例的一个优选方案，执行所述步骤g时，用压载泵将所述接合腔6内剩余的水抽至所述水箱4。完成所述步骤g后，确认所述接合腔6的水密情况符合设计要求，采用扫仓泵将所述接合腔6内余水排出。所述接合腔6中水排至所述水箱4，用潜水泵将所述水箱4中水由沉管隧道出口端排出。
运用本发明所述的用于最终接头接合腔排水的方法，应用所述储气罐3和各个阀门的配合调节平衡所述接合腔6排水时的内部压力，先用所述储气罐3平稳逐步降低所述接合腔6内部压力排水，再用所述第二管道42进气排水使所述接合腔6内部连通大气，最后用所述第一管道41排水，完成整个所述接合腔6中水的平稳排出，不造成瞬时压差冲击gina止水带7导致所述最终接头1和所述沉管2对接失败，该方法原理清晰，步骤简单，效果良好，便于推广。
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。