CN102720222B - 沉管尾端纠偏调节工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沉管尾端纠偏调节工艺，采用沉管尾端纠偏精调系统进行调整，包括：作业窗口测量、沉管沉放作业、实测波浪浮托力、沉管对接作业，沉管对接作业通过沉管尾端纠偏精调系统进行初次拉合精调和水力压接精调，对沉管尾端进行纠偏调节。本发明工艺操作方便、对基床平整度要求低；采用沉管尾端纠偏精调系统进行纠偏调节，具备沉管水力压接前调节功能、沉管水力压接过程中的方向导向功能、以及沉管水力压接完成后的纠偏功能，即具备提前纠偏、事中控制、事后纠偏的功能；该调节工艺在调节过程中不需要在沉管上预留预埋件；采用的沉管尾端纠偏精调系统自身重力稳定，不需要竖向顶力辅助稳定。
Description
技术领域
本发明涉沉管隧道施工技术，具体地说，涉及一种沉管隧道施工过程中沉管尾端纠偏调节工艺。
背景技术
沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面(河面)现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。目前，沉管隧道施工过程中，为了提高沟槽底面的平整性，绝大多数建成的水底隧道均采用垫平的方法。其中，早期大多采用的垫平方法为一种在管段沉放之前先铺砂石作为垫层的先铺法，它是在作业船上通过卷扬机和钢索操纵特制的刮铺机或钢犁，沿着沟槽底面两侧设置的、具有规定标高和坡度的导轨，将放下的垫料往复刮平，该法缺点较多；另一种垫平的方法为后填法，即先将管段沉放在沟槽底上的临时支座上，并使管底形成一定的空间(管段底板内预设液压千斤顶，在定位时可以顶向支座，调节管段高程)，随后用垫层材料充填密实。上述两种方法中，处理沉放管段基础的目的是使沟槽底面平整，而不是为了提高地基的承载力，在水下开挖的沟槽，其底面凹凸不平，如不加以整平，管段沉放后会因地基受力不均匀而导致局部破坏，或因不均匀沉陷而开裂。
适合于沉管法施工的主要条件是：水道河床稳定和水流并不过急。在水深大、沉管长宽比大时，需要明显增大千斤顶配置，通常采用沉放驳辅助提供向上吊力以减小沉管对基床摩擦力，通过沉放驳辅助安装对波高要求比较严格，一般作业波高要求≤0.4m。目前，采用沉放驳辅助安装的案例只有釜山-巨济沉管隧道和厄勒海峡沉管隧道，其中，釜山-巨济沉管隧道对作业波高要求≤0.4m；厄勒海峡沉管隧道施工中，从地图可以看出，施工现场四周形成了掩护，海况较好。而对于波高要求大于0.4m时，由于受波浪、水流、风等自然条件的影响，采用沉放驳辅助安装时，吊力变化幅度很大，对安装控制影响较大，千斤顶推力大，控制困难，且安装精度不准确，需要时间进行调整，费时费力。
发明内容
本发明针对现有沉管隧道施工过程中沉管安装时受波浪、水流、风等自然条件影响存在的推力大、控制困难、费时费力等上述问题，提供了一种沉管尾端纠偏调节工艺，该工艺通过沉管尾端纠偏调节系统进行纠偏，调节时，沉管尾端纠偏调节系统位于待安装沉管尾端，通过提前纠偏、事中控制、事后纠偏实现对沉管的尾端调节，适用于沉管隧道施工时的沉管纠偏。
本发明的技术方案是：一种沉管尾端纠偏调节工艺，采用沉管尾端纠偏精调系统进行调整，包括以下步骤：
(一)作业窗口测量
沉管浮运至施工现场，测量作业窗口。
(二)沉管沉放作业
沉管送缆完成后，沉放沉管直至落地。
(三)实测波浪浮托力
在沉管着床后，实测在波高Hs≤0.8m时的波浪浮托力，计算出不同水平调节千斤顶推力下沉放驳所需的吊力。
(四)沉管对接作业
(1)沉管着床前安装缆对接调节
在沉管沉放着床前，通过安装缆初步调节沉管位置，利用水下测控系统控制沉管尾端偏差，所述偏差控制在≤10cm。
(2)初次拉合
拉合千斤顶连接后，沉放驳提供吊力使沉管对基床最小压力降低到200t，启动拉合千斤顶，将待安沉管拉至已安沉管尾端，在待安沉管距离已安沉管5-10cm时，停止拉合，精确测量沉管两端偏差并使用沉管尾端纠偏精调系统调整沉管尾端偏差。
(3)初次拉合精调
A.沉管尾端纠偏精调系统就位：放松沉管尾端纠偏精调系统顶部吊索，使沉管尾端纠偏精调系统和沉管成为两个主体；打开阀门，压入压载水，达到要求后停止压水。
B.沉放驳起吊：沉放驳起吊保持沉管对基床压力≥200t。
C.沉管尾端纠偏精调系统水平顶推精调沉管：减小过压端拉合千斤顶过压量同步卸载拉力，保持欠压端拉合千斤顶拉力，辅助沉管尾端纠偏精调系统进行沉管纠偏；根据沉管尾端轴线偏差值设置沉管尾端纠偏精调系统的水平顶推距离，开始施加顶推力。
D.沉管横向调节：当水平顶推力克服水流力、摩擦力和止水材料压缩力差值共同作用时，沉管尾端开始横向移动纠偏，纠偏完成后，停止顶推。
E.实测海水密度：实测海水密度变化值，在沉管纠偏期间，控制沉管对基床压力不小于200t。
F.尾端限位、导向：沉管在外力作用下进行纵向移动时，通过导梁和沉管尾端纠偏精调系统限定沉管位置，克服横向水流力及其他外力使沉管沿隧道轴线移动，当沉管尾端纠偏完成后，利用沉管尾端纠偏精调系统进行导向完成初次拉合。
G.完成初次拉合：沉管尾端调整完毕后，再次启动拉合千斤顶，在沉管尾端纠偏精调系统尾端限位的控制下拉动待安沉管使止水材料与已安沉管尾端钢端壳接触，完成初次拉合。
(4)二次拉合
在沉管尾端纠偏精调系统限位和导向下，启动拉合千斤顶并控制拉合速度，压缩止水材料，达到初步止水要求；二次拉合完成后，释放沉放驳钢丝绳吊力，进行水力压接。
(5)沉管水力压接尾端限位、导向
通过沉管尾端纠偏精调系统限位、导向沉管水力压接时的轴线位置。
(6)水力压接精调
A.轴线复测：沉管水力压接完成后，打开钢封门测量孔进行贯通测量。
B.通过沉管尾端纠偏精调系统进行测量纠偏操作，重复初次拉合精调中步骤B-D的操作。
C.复测：沉管尾端纠偏精调系统停止顶推完成纠偏后，打开钢封门测量孔进行复测。
D.卸载条件：实测海水密度变化值，确保满足沉管稳定性要求。
E.卸荷沉管尾端纠偏精调系统推力：卸载条件满足后，缓缓卸荷沉管尾端纠偏精调系统推力F至0。
F.完成纠偏：上述工作完成后，沉管尾端纠偏精调系统上浮，移出沉放驳，完成沉管纠偏调节。
优选的是，步骤(二)和(四)中，沉管沉放和对接作业选择在速度V≤0.8m/s时进行；其中，速度V指作用在沉管上设计吃水11.1m范围内垂线平均流速。
优选的是，步骤(二)中，沉管沉放步骤为：
(1)沉管送缆完成后，移动至距离已安装沉管尾端10m位置定位，等待沉放窗口；
(2)沉放窗口出现前，完成沉管注水，控制总吊力在800t-1200t之间，即1％-1.5％的负浮力，通过沉放驳上的吊放卷扬机控制沉管沉放速度≤0.5m/min，至沉管距离碎石基床顶最小距离为4m时停止；
(3)通过沉放驳上的吊放卷扬机，调整沉管坡度与基床坡度相同，同时，利用安装缆调整沉管横向偏移；
(4)利用前抽芯缆和安装缆，向前移动沉管至已安沉管尾端1.0±0.2m，同时进一步调整沉管的横向偏移量；
(5)沉管继续沉放，至距离基床2.05m时，导梁滑入导向支座，潜水员水下摄像确认无误后沉管继续下沉，直至沉管落地。
优选的是，步骤(三)中，实测波浪浮托力的操作方法为沉放驳对沉管增加800吨吊力，此时，最接近沉管尾端纠偏调节系统实际操作时的吊力，利用吊缆上的测力计测定波浪对沉放驳作用的浮托力，以便控制沉管初次拉合精调对基床的最小压力为200吨、水力压接后精调对基床的最小压力为400吨。
本发明的有益效果是：1、操作方便、对基床平整度要求低；2、采用沉管尾端纠偏精调系统进行纠偏调节，具备沉管水力压接前调节功能、沉管水力压接过程中的方向导向功能、以及沉管水力压接完成后的纠偏功能，即具备提前纠偏、事中控制、事后纠偏的功能；3、该调节工艺在调节过程中不需要在沉管上预留预埋件；4、采用的沉管尾端纠偏精调系统自身重力稳定，不需要竖向顶力辅助稳定。
附图说明
附图1为本发明具体实施例沉管对接作业的流程图。
附图2为本发明具体实施例千斤顶拉合后沉管位置偏差示意图。
附图3为本发明具体实施例初次拉合精调操作流程图。
附图4为本发明具体实施例水力压接精调操作流程图。
附图5为本发明具体实施例沉管尾端纠偏精调系统的机械系统结构图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式：如图5所示，一种沉管尾端纠偏精调系统，该系统包括控制系统和机械系统，机械系统包括液压泵站、压载体1和多个均匀设置在压载体1上的压载水箱，压载水箱将压载体1均匀分成多个压载单元2，压载体1的两端各设置有一个顶推千斤顶3。
一种沉管尾端纠偏调节工艺，采用上述沉管尾端纠偏精调系统进行调整，包括以下步骤：
(一)作业窗口测量
沉管浮运至施工现场，测量作业窗口，沉管沉放和对接作业选择在速度V≤0.8m/s时进行；其中，速度V指作用在沉管上设计吃水11.1m范围内垂线平均流速。
(二)沉管沉放作业
(1)沉管送缆完成后，移动至距离已安装沉管尾端10m位置定位，等待沉放窗口；
(2)沉放窗口出现前，完成沉管注水，控制总吊力在800t-1200t之间，即1％-1.5％的负浮力，通过沉放驳上的吊放卷扬机控制沉管沉放速度≤0.5m/min，至沉管距离碎石基床顶最小距离为4m时停止；
(3)通过沉放驳上的吊放卷扬机，调整沉管坡度与基床坡度相同；同时，利用安装缆调整沉管横向偏移；
(4)利用前抽芯缆和安装缆，向前移动沉管至已安沉管尾端1.0±0.2m，同时进一步调整沉管的横向偏移量；
(5)沉管继续沉放，至距离基床2.05m时，导梁滑入导向支座，潜水员水下摄像确认无误后沉管继续下沉，直至沉管落地。
(三)实测波浪浮托力
在沉管着床后，实测在波高Hs≤0.8m时的波浪浮托力，计算出不同水平调节千斤顶推力下沉放驳所需的吊力；其操作方法为沉放驳对沉管增加800吨吊力，此时，最接近尾端调节系统实际操作时的吊力，利用吊缆上的测力计测定波浪对沉放驳作用的浮托力，以便控制沉管初次拉合精调对基床的最小压力为200吨、水力压接后精调对基床的最小压力为400吨。
(四)沉管对接作业
(1)沉管着床前安装缆对接调节
在沉管沉放着床前，此时，待安沉管止水材料距离已安沉管1m，通过安装缆初步调节沉管位置，利用水下测控系统控制沉管尾端偏差控制在≤10cm。
(2)初次拉合
拉合千斤顶连接后，沉放驳提供吊力使沉管对基床最小压力降低到200t，启动拉合千斤顶，将待安沉管拉至已安沉管尾端，控制拉合速度，拉合过程中采用距离传感器/磁致位移传感器测量沉管左右两端与已安沉管的距离，在待安沉管的止水材料距离已安沉管5～10cm时，停止拉合，精确测量沉管两端偏差并使用沉管尾端纠偏精调系统调整沉管尾端偏差；如图2所示，通过L1、L2磁致位移传感器测点处距离，由此可计算出沉管尾端偏差L3，由于导梁位于沉管中部，在千斤顶拉合过程中，待安装沉管尾端偏差计算式为，L3＝(L1-L2)*180/X，X为磁致位移传感器距离。
(3)初次拉合精调
A.沉管尾端纠偏精调系统就位：放松沉管尾端纠偏精调系统顶部吊索，使沉管尾端纠偏精调系统和沉管成为两个主体；然后打开阀门，压入压载水，达到要求后停止压水。
B.沉放驳起吊：沉放驳起吊保持沉管对基床压力≥200t。
C.沉管尾端纠偏精调系统水平顶推精调沉管：减小过压端拉合千斤顶过压量同步卸载拉力，保持欠压端拉合千斤顶拉力，辅助沉管尾端精调系统进行沉管纠偏，过压端拉合千斤顶过压量可根据沉管尾端偏差计算；根据沉管尾端轴线偏差值L3设置精调系统的水平顶推距离，开始施加顶推力。
D.沉管横向调节：当水平顶推力克服水流力、摩擦力和止水材料压缩力差值共同作用时，沉管尾端开始横向移动纠偏；纠偏完成后，停止顶推。
E.实测海水密度：实测海水密度变化值，在沉管纠偏期间，控制沉管对基床压力不小于200t。
F.尾端限位导向：尾端限位指在沉管在外力作用下进行纵向移动时，通过导梁和沉管尾端纠偏精调系统限定沉管位置，克服横向水流力及其他外力使沉管沿隧道轴线移动；沉管尾端精调系统顶推点施加顶推力＝Fw/2，顶推点采用滑道形式，可以在顶推力作用下沿沉管纵向自由滑动，顶推点材料采用MGE滑板做滑道，取摩擦系数为0.05，起到限定沉管横向移动的作用；当沉管尾端纠偏完成后，利用沉管尾端纠偏精调系统进行导向完成初次拉合。
G.完成初次拉合：沉管尾端调整完毕后，再次启动拉合千斤顶，在沉管尾端纠偏精调系统尾端限位的控制下拉动待安沉管使止水材料与已安沉管尾端钢端壳接触，完成初次拉合。
(4)二次拉合
在沉管尾端纠偏精调系统限位和导向下，启动拉合千斤顶并控制拉合速度，压缩止水材料，达到初步止水要求；由于接合腔内的水无法压缩，拉合时可能会出现拉合千斤顶无法使止水材料压缩的情况，此时，已安沉管中的操作人员适当开启接合腔排水管，少量、受控的排除结合腔内的水，帮助拉合千斤顶压缩止水材料；二次拉合完成后，释放沉放驳钢丝绳吊力，进行水力压接。
(5)沉管水力压接尾端限位、导向
通过精调系统限位导向沉管水力压接时的轴线位置，可以减少因横向外力对沉管造成轴线偏移。
(6)水力压接精调
A.轴线复测：沉管水力压接完成后，打开钢封门测量孔进行贯通测量，管节水平与隧道轴线偏差≤35mm时不做调整，管节水平与隧道轴线偏差>35mm时通过沉管尾端纠偏精调系统进行尾端横向调节，直到沉管轴线偏差满足要求。
B.通过沉管尾端纠偏精调系统进行测量纠偏操作，重复初次拉合精调中步骤B-D的操作。
C.复测：沉管尾端纠偏精调系统停止顶推，完成纠偏后，打开钢封门测量孔进行复测。
D.卸载条件：实测海水密度变化值，确保满足沉管稳定性要求，如不满足要求，采用加压载水5％负浮力，在此期间，锁定千斤顶压力。
E.卸荷沉管尾端纠偏精调系统推力：卸载条件满足后，缓缓卸荷精调系统推力F至0。
F.完成纠偏：上述工作完成后，沉管尾端纠偏精调系统上浮，移出沉放驳，完成沉管纠偏调节。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种沉管尾端纠偏调节工艺，其特征在于：采用沉管尾端纠偏精调系统进行调整，包括以下步骤：
(一)作业窗口测量
沉管浮运至施工现场，测量作业窗口；
(二)沉管沉放作业
沉管送缆完成后，沉放沉管直至落地；
(三)实测波浪浮托力
在沉管着床后，实测在波高Hs≤0.8m时的波浪浮托力，计算出不同水平调节千斤顶推力下沉放驳所需的吊力；
(四)沉管对接作业
(1)沉管着床前安装缆对接调节
在沉管沉放着床前，通过安装缆初步调节沉管位置，利用水下测控系统控制沉管尾端偏差，所述偏差控制在≤10cm；
(2)初次拉合
拉合千斤顶连接后，沉放驳提供吊力使沉管对基床最小压力降低到200t，启动拉合千斤顶，将待安沉管拉至已安沉管尾端，在待安沉管距离已安沉管5-10cm时，停止拉合，精确测量沉管两端偏差并使用沉管尾端纠偏精调系统调整沉管尾端偏差；
(3)初次拉合精调
A.沉管尾端纠偏精调系统就位：放松沉管尾端纠偏精调系统顶部吊索，使沉管尾端纠偏精调系统和沉管成为两个主体；打开阀门，压入压载水，达到要求后停止压水；
B.沉放驳起吊：沉放驳起吊保持沉管对基床压力≥200t；
C.沉管尾端纠偏精调系统水平顶推精调沉管：减小过压端拉合千斤顶过压量同步卸载拉力，保持欠压端拉合千斤顶拉力，辅助沉管尾端纠偏精调系统进行沉管纠偏；根据沉管尾端轴线偏差值设置沉管尾端纠偏精调系统的水平顶推距离，开始施加顶推力；
D.沉管横向调节：当水平顶推力克服水流力、摩擦力和止水材料压缩力差值共同作用时，沉管尾端开始横向移动纠偏，纠偏完成后，停止顶推；
E.实测海水密度：实测海水密度变化值，在沉管纠偏期间，控制沉管对基床压力不小于200t；
F.尾端限位、导向：沉管在外力作用下进行纵向移动时，通过导梁和沉管尾端纠偏精调系统限定沉管位置，克服横向水流力及其他外力使沉管沿隧道轴线移动，当沉管尾端纠偏完成后，利用沉管尾端纠偏精调系统进行导向完成初次拉合；
G.完成初次拉合：沉管尾端调整完毕后，再次启动拉合千斤顶，在沉管尾端纠偏精调系统尾端限位的控制下拉动待安沉管使止水材料与已安沉管尾端钢端壳接触，完成初次拉合；
(4)二次拉合
在沉管尾端纠偏精调系统限位和导向下，启动拉合千斤顶并控制拉合速度，压缩止水材料，达到初步止水要求；二次拉合完成后，释放沉放驳钢丝绳吊力，进行水力压接；
(5)沉管水力压接尾端限位、导向
通过沉管尾端纠偏精调系统限位、导向沉管水力压接时的轴线位置；
(6)水力压接精调
A.轴线复测：沉管水力压接完成后，打开钢封门测量孔进行贯通测量；
B.通过沉管尾端纠偏精调系统进行测量纠偏操作，重复初次拉合精调中步骤B-D的操作；
C.复测：沉管尾端纠偏精调系统停止顶推完成纠偏后，打开钢封门测量孔进行复测；
D.卸载条件：实测海水密度变化值，确保满足沉管稳定性要求；
E.卸荷沉管尾端纠偏精调系统推力：卸载条件满足后，缓缓卸荷沉管尾端纠偏精调系统推力F至0；
F.完成纠偏：上述工作完成后，沉管尾端纠偏精调系统上浮，移出沉放驳，完成沉管纠偏调节。
2.如权利要求1所述的沉管尾端纠偏调节工艺，其特征在于：步骤(二)和步骤(四)中，沉管沉放和对接作业选择在速度V≤0.8m/s时进行；其中，速度V指作用在沉管上设计吃水11.1m范围内垂线平均流速。
3.如权利要求1所述的沉管尾端纠偏调节工艺，其特征在于：步骤(二)中，沉管沉放步骤为：
(1)沉管送缆完成后，移动至距离已安装沉管尾端10m位置定位，等待沉放窗口；
(2)沉放窗口出现前，完成沉管注水，控制总吊力在800t-1200t之间，即1％-1.5％的负浮力，通过沉放驳上的吊放卷扬机控制沉管沉放速度≤0.5m/min，至沉管距离碎石基床顶最小距离为4m时停止；
(3)通过沉放驳上的吊放卷扬机，调整沉管坡度与基床坡度相同，同时，利用安装缆调整沉管横向偏移；
(4)利用前抽芯缆和安装缆，向前移动沉管至已安沉管尾端1.0±0.2m，同时进一步调整沉管的横向偏移量；
(5)沉管继续沉放，至距离基床2.05m时，导梁滑入导向支座，潜水员水下摄像确认无误后沉管继续下沉，直至沉管落地。
4.如权利要求1所述的沉管尾端纠偏调节工艺，其特征在于：步骤(三)中，实测波浪浮托力的操作方法为沉放驳对沉管增加800吨吊力，此时，最接近沉管尾端纠偏调节系统实际操作时的吊力，利用吊缆上的测力计测定波浪对沉放驳作用的浮托力，以便控制沉管初次拉合精调对基床的最小压力为200吨、水力压接后精调对基床的最小压力为400吨。
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| 广州洲头咀隧道管段浮运沉放关键技术研究;申琪玉;《施工技术》;20100531;第39卷(第5期);第15-17页 * |
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