一种浮力可变浮箱及其应用的制作方法

本发明涉及浮箱及管道沉放技术领域，尤其涉及一种浮力可变浮箱及其应用。

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：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种浮力可变浮箱及其应用，用以解决浮箱的浮力的实时控制，以及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、长距离的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。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种浮力可变浮箱，该浮力可变浮箱包括：外壳、排气阀、进水阀；

外壳的主体为钢管，外壳的两端为半球形封头，圆柱筒和半球形封头通过焊接密封连接；

外壳内部通过隔舱钢板沿外壳轴向分割为互相密封的五个仓室：中间的仓室为主仓，两端的两个仓室均为第一水压仓，剩余的两个仓室均为第二水压仓；

外壳内部设有至少3个加强环，并设置在外壳的等分点处；

主仓设有两个排气阀，每个第一水压仓和第二水压仓均设有一个排气阀和一个进水阀；

浮力可变浮箱每两个一组，通过三对H型钢连接；每对H型钢分别在浮力可变浮箱的上下两侧连接浮力可变浮箱，且均设有三角板支撑托，用来支撑和限制同一组的两个浮力可变浮箱的相对位置。

三角板支撑托为厚三角钢板制成，与浮力可变浮箱接触的一侧设有钢制覆板。

浮力可变浮箱的直径D＝2m，三角板支撑托的厚度为0.12m，隔舱钢板的厚度浮力可变浮箱的长度L满足：

G总＝G重+G配重

(F浮-G浮)×N-G总≥[允许值]×N

其中：

G重为浮力可变浮箱承载重物的总重量；

G配重为三角板支撑托、H型钢的总重量；

G浮为每个浮力可变浮箱的总重量；

G总为浮力可变浮箱要承载的总重量；

F浮为重力与每个浮力可变浮箱的浮力相等的物体的重量；

N为使用的浮力可变浮箱的个数；

允许值大于或等于1吨。

浮力可变浮箱通过第一水压仓和第二水压仓各自的进水阀和排气阀，调整第一水压仓和第二水压仓各自内部水的增多或减少，进而调整浮力可变浮箱的浮力的减小或增大。

使用该浮力可变浮箱的一种管道沉放方法，该管道沉放方法的步骤为：

S1、开挖水下沟槽，搭建水上的作业平台；

S2、在河岸将短距离的管道焊接成长距离的管道；

S3、使用浮力可变浮箱及拖船，将长距离的管道运至作业平台；

S4、在作业平台上将多段长距离的管道拼接成一条完整的管道；

S5、通过浮力可变浮箱将整条管道进行协调沉放；

S6、拆除作业平台，回填沟槽。

步骤S1的具体步骤如下：

S1.1、使用挖泥船、开底泥驳对河道中需要沉放管道的位置进行水下沟槽的挖掘；

S1.2、在水下沟槽处向河道打入钢管，并在该钢管上搭建作业平台，并在作业平台上安装辅助起重机及与辅助起重机一起使用的滑轮组；在作业平台下方设置焊接仓，并且与滑轮组连接，使辅助起重机可以通过滑轮组将焊接仓吊起或放下。

步骤S3的具体步骤如下：

S3.1、依据长距离的管道的重量确定需要的浮力可变浮箱的组数以及长度；

S3.2、使用H型钢将浮力可变浮箱连接，并且每两个为一组；

S3.3、使用起重船将长距离的管道放置于浮力可变浮箱上侧的H型钢上，并保持长距离的管道不会浸入水面；

S3.4、使用拖船拖拽长距离的管道至作业平台下方，使用起重船将长距离的管道置于焊接仓中，拆下所有浮力可变浮箱，再使用辅助起重机将焊接仓吊起至作业平台。

步骤S5的具体步骤为：

S5.1、使用辅助起重机将焊接仓放下至水面以上，连接所有浮力可变浮箱，并将焊接后的整条管道置于浮力可变浮箱的每对H型钢的中间，即每对H型钢从上侧和下侧，同时连接并固定整条管道和浮力可变浮箱；

S5.2、在所有浮力可变浮箱上安装传感器，监控浮力可变浮箱内的液位以及浮力可变浮箱的下沉深度；

S5.3、通过辅助起重机，以及减小浮力可变浮箱的浮力，保证整条管道不发生弯折的情况下，将整条管道沉入水中，直至挖好的水下沟槽处，拆除所有的浮力可变浮箱，并调整其浮力，使其浮出水面，完成管道的沉放。

本发明有益效果如下：

1、本发明通过将浮箱划分为多个仓室，并分别在各个仓室设置排气阀和进水阀，可以简单的控制浮箱的浮力。

2、本发明的方法不需要投入大量的大型起重船，只需河岸制管场地将管道吊装下河两艘大型起重船、在需要沉放管道的位置对管道拼装焊接两艘大型起重船；

3、由于在原位水面上进行管道的焊接和沉放，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，管道的沉放过程所做的仅仅是将管道由制作高程通过辅助起重机变为设计高程的动作，升降十分便利，而且精度较高，能轻松做到上下微调；

4、将浮力可变浮箱作为管道拼接的水上承载平台，通过辅助起重机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，并能防止管道在焊接前浸入水中，保证了管道拼接时的焊接质量；

5、在沉放管道时，通过改变浮力可变浮箱与管道的相对位置，使浮力可变浮箱起到平衡作用，长距离的管道在注水沉放时，由于在注水过程中水体在管道中会窜动，容易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。本发明采用浮力可变浮箱保持平衡后，不管注水过程中管道中的水体如何左右窜动，通过浮力可变浮箱的自动平衡功能，最后均能使管道达到自平衡，有效的控制了沉放工序的风险，降低了施工难度；通过在浮力可变浮箱各个仓室内注水，浮力可变浮箱浮力减小，使管道缓缓下沉，并起到减重作用，整根管道的重量绝大部分由浮力可变浮箱承担，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、本发明具有可逆性，万一在沉放过程中出现故障，可以通过浮力可变浮箱的加气排水动作实现浮力可变浮箱浮力的改变而轻松的将管道提升至水面。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种浮力可变浮箱的示意图。

图2为一种浮力可变浮箱成组使用时的示意图。

图3为一种浮力可变浮箱的应用的示意图。

图4为使用一种浮力可变浮箱的一种管道沉放方法中焊接前浮力可变浮箱与管道位置示意图。

图5为使用一种浮力可变浮箱的一种管道沉放方法中焊接后浮力可变浮箱与管道位置示意图。

图中：1.外壳，2.排气阀，3.进水阀，4.主仓，5.第二水压仓，6.第一水压仓，7.浮力可变浮箱，8.H型钢，9.三角板支撑托，10.滑轮组，11.辅助起重机，12.管道，13.作业平台。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

一种浮力可变浮箱，该浮力可变浮箱包括：外壳1、排气阀2、进水阀3；

外壳1的主体为钢管，外壳1的两端为半球形封头，圆柱筒和半球形封头通过焊接密封连接；

外壳1内部通过隔舱钢板沿外壳1轴向分割为互相密封的五个仓室：中间的仓室为主仓4，两端的两个仓室均为第二水压仓6，剩余的两个仓室均为第二水压仓5；

外壳1内部设有至少3个加强环，并设置在外壳1的等分点处；

主仓4设有两个排气阀2，每个第二水压仓6和第二水压仓5均设有一个排气阀2和一个进水阀3；

浮力可变浮箱7每两个一组，通过三对H型钢8连接；每对H型钢8分别在浮力可变浮箱7的上下两侧连接浮力可变浮箱7，且均设有三角板支撑托9，用来支撑和限制同一组的两个浮力可变浮箱7的相对位置。

三角板支撑托9为厚三角钢板制成，与浮力可变浮箱7接触的一侧设有钢制覆板。

浮力可变浮箱7的直径D＝2m，三角板支撑托9的厚度为0.12m，隔舱钢板的厚度浮力可变浮箱7的长度L满足：

G总＝G重+G配重

(F浮-G浮)×N-G总≥[允许值]×N

其中：

G重为浮力可变浮箱7承载重物的总重量；

G配重为三角板支撑托8、H型钢8的总重量；

G浮为每个浮力可变浮箱7的总重量；

G总为浮力可变浮箱7要承载的总重量；

F浮为重力与每个浮力可变浮箱7的浮力相等的物体的重量；

N为使用的浮力可变浮箱7的个数；

允许值大于或等于1吨。

本实施例中，允许值设为1吨，要承载的长距离的管道12的重量为236.2吨，三角板支撑托9等配件的重量为19.2吨，经计算可得浮力可变浮箱7的长度为13.12m。

浮力可变浮箱通过第二水压仓6和第二水压仓5各自的进水阀3和排气阀2，调整第二水压仓6和第二水压仓5各自内部水的增多或减少，进而调整浮力可变浮箱的浮力的减小或增大。

使用该浮力可变浮箱的一种管道沉放方法，该管道沉放方法的步骤为：

S1、开挖水下沟槽，搭建水上的作业平台13；

S2、在河岸将短距离的管道12焊接成长距离的管道12；

S3、使用浮力可变浮箱7及拖船，将长距离的管道12运至作业平台13；

S4、在作业平台13上将多段长距离的管道12拼接成一条完整的管道12；

S5、通过浮力可变浮箱7将整条的管道12进行协调沉放；

S6、拆除作业平台13，回填沟槽。

步骤S1的具体步骤如下：

S1.1、使用挖泥船、开底泥驳对河道中需要沉放管道12的位置进行水下沟槽的挖掘；

S1.2、在水下沟槽处向河道打入钢管，并在该钢管上搭建作业平台13，并在作业平台13上安装辅助起重机11及与辅助起重机11一起使用的滑轮组10；在作业平台13下方设置焊接仓，并且与滑轮组10连接，使辅助起重机11可以通过滑轮组10将焊接仓吊起或放下。

步骤S3的具体步骤如下：

S3.1、依据长距离的管道12的重量确定需要的浮力可变浮箱7的组数以及长度；

S3.2、使用H型钢8将浮力可变浮箱7连接，并且每两个为一组；

S3.3、使用起重船将长距离的管道12放置于浮力可变浮箱7上侧的H型钢8上，并保持长距离的管道12不会浸入水面；

S3.4、使用拖船拖拽长距离的管道12至作业平台13下方，使用起重船将长距离的管道12置于焊接仓中，拆下所有浮力可变浮箱7，再使用辅助起重机11将焊接仓吊起至作业平台13。

步骤S5的具体步骤为：

S5.1、使用辅助起重机11将焊接仓放下至水面以上，连接所有浮力可变浮箱7，并将焊接后的整条管道12置于浮力可变浮箱7的每对H型钢8的中间，即每对H型钢8从上侧和下侧，同时连接并固定整条管道12和浮力可变浮箱7；

S5.2、在所有浮力可变浮箱上安装传感器，监控浮力可变浮箱内的液位以及浮力可变浮箱的下沉深度；

S5.3、通过辅助起重机11，以及减小浮力可变浮箱的浮力，保证整条管道12不发生弯折的情况下，将整条管道12沉入水中，直至挖好的水下沟槽处，拆除所有的浮力可变浮箱，并调整其浮力，使其浮出水面，完成管道12的沉放。

综上所述，本发明实施例提供了一种浮力可变浮箱及其应用，本发明的方法不需要投入大量的大型起重船；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，管道的沉放过程所做的仅仅是将管道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；在管道拼接阶段，浮力可变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；在管道注水阶段，通过改变浮力可变浮箱与管道的相对位置，使浮力可变浮箱起到平衡作用，有效的控制了沉放工序的风险，降低了施工难度；在管道下沉阶段，通过在浮力可变浮箱的舱内注水，浮力可变浮箱起到减重作用，增加了整个沉放系统的稳定性、安全性和可操作性；本发明的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，该系统提供的起重力是可控的，在本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，因此可以确保每道系统单元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道系统单元之间的同步性提供了很好的保障；本发明的系统的行程自由可变，操作也非常简单；本发明具有可逆性，万一在沉放过程中出现故障，可以通过浮力可变浮箱的加气排水动作实现浮力可变浮箱浮力的改变而轻松的将管道提升至水面。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。