半潜式沉管运输安装一体船及施工工艺的制作方法

本发明属于水下隧道施工技术领域，具体涉及半潜式沉管运输安装一体船及施工工艺。

背景技术：

沉管隧道是目前国内外跨河、跨海隧道经常采用结构形式，超级工程港珠澳大桥的成功建成，推动了我国沉管隧道工程飞跃式发展，继港珠澳大桥工程之后，深中通道、大连湾海底隧道等超级工程建设相继展开。

沉管隧道的沉管管段运输安装需要专用装备，但是，采用常规的沉管运输设备将沉管输运至潜水区时，运输环境无法达到运输设备承载沉管后的吃水要求，导致常规的运输设备无法实现浅水区的沉管运输，为了提高施工效率，降低施工成本，需要研发一种可以实现浅水航道的沉管运输的运输设备。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明提供了半潜式沉管运输安装一体船及施工工艺。该一体船能够减小船体承载沉管后的吃水，可以实现浅水航道的沉管运输，降低航道的挖泥量，可以有效的降低施工成本，提高施工效率和经济效益。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明一方面公开了一种半潜式沉管运输安装一体船，包括：

一甲板结构，

二浮体结构，可加压载水，以一体船长度方向中心线所在竖直平面作为参考面，二所述浮体结构相对于所述参考面对称设置，且二所述浮体结构平行设置，二所述浮体结构的上部或顶面通过所述甲板结构连接；及

二承托机构，分设于二所述浮体结构的相对侧，且二所述承托机构相对于所述参考面对称设置，所述承托机构设于所述浮体结构下部或底部；每个所述承托机构进一步包括：

至少二支撑组件；

驱动组件，用于驱动所述支撑组件贴靠或伸出其所在浮体结构，所述支撑组件伸出浮体结构时，所述支撑组件可承托于沉管底面，且所述支撑组件上方、所述甲板结构下方和二所述浮体结构之间的空间构成用于容纳沉管的运载空间。

在其中一些实施例中，所述支撑组件进一步包括：

一支撑腿，顶面用于承托沉管；及

一转轴，竖直设置，用于转动连接所述支撑腿和所述浮体结构；

所述驱动组件与所述支撑腿一一对应设置，以驱动所述支撑腿绕所述转轴的中轴线转动。

在其中一些实施例中，所述转轴端部通过轴承连接所述浮体结构，所述驱动组件进一步包括：

一液压马达，本体固定安装于所述浮体结构，驱动轴竖直设置；

一第一齿轮，与所述驱动轴同轴设置，且套设固定在所述驱动轴上；及

一第二齿轮，与转轴同轴设置，且套设固定在所述转轴上，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合。

在其中一些实施例中，所述浮体结构侧壁设有收纳槽，所述收纳槽设与所述支撑腿一一对应设置，所述转轴位于所述收纳槽内，且所述支撑腿可随所述转轴转人所述收纳槽内。

在其中一些实施例中，所述浮体结构内设有用于安装所述驱动组件的密封电子仓，所述密封电子仓与所述驱动组件一一对应设置。

在其中一些实施例中，所述支撑腿进一步包括：

一安装座，固定安装于所述转轴侧壁；及

一千斤顶，缸底固定安装于所述安装座的顶面，且活塞杆竖直向上设置。

在其中一些实施例中，所述活塞杆的顶面固定安装有垫板。

在其中一些实施例中，所述垫板为橡胶板。

在其中一些实施例中，所述甲板结构通过可拆卸的桁架连接结构与所述浮体结构固定连接。

在其中一些实施例中，所述桁架连接结构包括上连接板结构、桁架结构和下连接板结构，所述上连接板结构与所述甲板结构相连，所述下连接板结构与所述浮体结构相连。

在其中一些实施例中，所述浮体结构内设有空腔结构，所述浮体结构安装的压载水系统，所述压载水系统通过控制所述空腔结构内压载水量控制所述浮体结构的下潜和上浮。

在其中一些实施例中，还包括设于所述甲板结构上的缆索系统，所述缆索系统用于加固沉管和所述一体船连接。

本发明另一方面公开了一种沉管运输安装施工工艺，采用上述的半潜式沉管运输安装一体船，所述施工工艺包括以下步骤：

s1：沉管预制完成后，沉管就位，绞移至下潜坑位置；

s2：沉管就位后，将所述一体船移至指定位置，使其跨在沉管上方；

s3：向所述一体船的浮体结构注入压载水，使两个浮体结构同步下潜，以保证一体船结构平稳下潜，下潜过程中所述支撑组件处于贴靠所述浮体结构状态；直至所述支撑组件的顶面低于沉管底面后，停止下潜；

s4：所述驱动组件驱动所述支撑组件伸出所述浮体结构，使所述支撑组件处于沉管底面下方；

s5：两个所述浮体结构同步排水上浮，使所述一体船平稳上浮，所述支撑组件的顶面逐渐与沉管底面接触、受力，以承托沉管，所述一体船持续上浮至所述一体船与沉管结构整体满足航道吃水要求后，所述浮体结构停止排水；

s6：通过拖轮拖拽所述一体船，所述一体船通过所述支撑组件与沉管的摩擦力带动沉管同步运动，以将沉管运输至沉放安装位置；

s7：载有沉管的所述一体船在就位锚固后，向所述一体船的浮体结构注入压载水，使一体船携带沉管同步平稳下潜，当下潜至所述支撑组件与沉管间作用力为零时，一体船继续短距离下潜以保证所述支撑组件与沉管底面完全分离后，停止注水下潜，解除所述一体船与沉管的连接，所述驱动组件驱动所述支撑组件收缩回贴靠所述浮体结构位置；

s8：两个所述浮体结构同步排水上浮，使所述一体船平稳上浮至正常位置后，调整锚缆，绞移所述一体船，通过缆索系统带动沉管移至待安装位置，调整沉管压载水量和缆索系统，平稳下放沉管，完成沉管安装施工。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提供了半潜式沉管运输安装一体船及施工工艺。该一体船能够减小船体承载沉管后的吃水，可以实现浅水航道的沉管运输，降低航道的挖泥量，可以有效的降低施工成本，提高施工效率和经济效益。具体而言：

1、一体船具有半潜功能，在运输沉管过程中，利用一体船可以提供较大的浮力，且承托机构可托举沉管，能够减小运输过程中一体船和沉管整体的吃水深度，满足浅水航道的运输要求，大大降低航道的挖泥量，节约施工成本。

2、承托机构的支撑腿设置千斤顶结构以承托沉管，可通过调节多个支撑腿的千斤顶的活塞杆伸缩实现调平，以确保沉管底面与所有支腿受力均匀，避免局部受力不均匀造成沉管或设备损坏。

3、采用桁架连接结构连接浮体结构和甲板结构，使得两个浮体结构与甲板结构间易于拆装，便于进行船体改造，变换船体宽度，适应不同尺寸沉管的运输与安装，提高一体船应用价值。

附图说明

图1为本发明的一体船的仰视结构示意图；

图2为本发明的一体船运输沉管状态的结构示意图；

图3为本发明的一体船单侧结构示意图；

图4为图3的a部分放大图；

图5为本发明的一体船的剖视结构示意图；

图6为图5的b部分放大图。

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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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。

实施例：

如图1至6所示，一种半潜式沉管运输安装一体船，包括甲板结构2，用于连接一体船和沉管10的管船连接结构，两个平行设置的浮体结构1，以及两个承托机构；两个承托机构分设于浮体结构1的相对侧；浮体结构1可加压载水以控制其下潜和上浮，以一体船长度方向中心线所在竖直平面作为参考面，两个浮体结构1相对于参考面对称设置，两个浮体结构1的顶面(或上部)通过甲板结构2连接，甲板结构2上可安装沉管安装设备，如图1所示，两个承托机构相对于参考面对称设置，承托机构设于浮体结构1的下部(或底部)；每个承托机构的结构包括：至少两个支撑组件，以及用于驱动支撑组件贴靠(如图1左侧所示)或伸出(即远离，如图1右侧所示)其所在浮体结构1的驱动组件，支撑组件贴靠浮体结构1时，两个浮体结构1上的支撑组件间间距大于沉管10宽度，不影响沉管10上方的一体船下潜，支撑组件伸出浮体结构1时，两个浮体结构1的支撑组件可同时承托沉管10底面，此时，支撑组件上方、甲板结构2下方和两个浮体结构之间的空间构成用于容纳沉管的运载空间。

采用上述一体船运输安装沉管的施工工艺包括以下步骤：

s1：沉管10预制完成后，沉管10就位，绞移至下潜坑位置；

s2：沉管10就位后，将一体船移至指定位置，使其跨在沉管10上方；

s3：向一体船的浮体结构1注入压载水，使两个浮体结构1同步下潜，以保证一体船结构平稳下潜，下潜过程中支撑组件处于贴靠浮体结构1状态；直至支撑组件的顶面低于沉管10底面后，停止下潜；

s4：驱动组件驱动支撑组件伸出浮体结构1，使支撑组件处于沉管10底面下方；

s5：两个浮体结构1同步排水上浮，使一体船平稳上浮，支撑组件的顶面逐渐与沉管10底面接触、受力，以承托沉管10，一体船持续上浮至一体船与沉管10结构整体满足航道吃水要求后，浮体结构1停止排水；

s6：通过拖轮拖拽所述一体船，所述一体船通过所述支撑组件与沉管的摩擦力带动沉管10同步运动，以将沉管10运输至沉放安装位置；

s7：载有沉管10的一体船在就位锚固后，向一体船的浮体结构10注入压载水，使一体船携带沉管10同步平稳下潜，当下潜至支撑组件与沉管10间作用力为零时(即沉管10受的浮力等于重力时)，一体船继续短距离下潜以保证支撑组件与沉管10底面完全分离后，停止注水下潜，解除一体船与沉管10的连接，驱动组件驱动支撑组件收缩回贴靠浮体结构1位置；

s8：两个浮体结构2同步排水上浮，使一体船平稳上浮至正常位置后，调整锚缆，绞移一体船，通过缆索系统(缆索系统可为预先架设于甲板结构2上设备，也可为到达安装位置后再进行装配的外设设备)带动沉管10移至待安装位置，调整沉管10压载水量和缆索系统，平稳下放沉管10，完成沉管10安装施工。

上述一体船具备两个较大的浮体结构1，通过浮体结构1加压载水可使一体船具有半潜功能，在运输沉管过程中，利用一体船可以提供较大的浮力，一体船的承托机构可托举沉管10，能够减小运输过程中一体船和沉管10整体的吃水深度，满足浅水航道的运输要求，大大降低航道的挖泥量，节约施工成本；同时，该其甲板结构2上可安装沉管安装施工所需设备，即该一体船可具备沉管安装船的功能，可替代安装船的使用，降低安装投入，提升作业效率，具有较高的经济效益。

其中，驱动组件与支撑组件一一对应设置，支撑组件的结构可如图4和图6所示，包括：一个顶面用于承托沉管10的支撑腿，以及一个竖直设置的转轴4；转轴4用于转动连接支撑腿和浮体结构1，驱动组件与支撑腿一一对应设置，以驱动支撑腿绕转轴4的中轴线转动。支撑腿的具体结构包括：一个固定安装于转轴4侧壁上的安装座5，以及一个缸底固定安装于安装座5的顶面的千斤顶3，千斤顶3的活塞杆竖直向上设置，活塞杆杆头用于承托沉管。采用上述结构，在步骤s5中，可通过调节多个支撑腿的千斤顶3的活塞杆伸缩实现调平，以确保沉管底面与所有支腿受力均匀，避免局部受力不均匀造成沉管或设备损坏。

具体的，千斤顶3的活塞杆的顶面固定安装有垫板31，垫板31为橡胶板。垫板31与待运沉管10接触能增大浮运所需的摩擦力，提高运输过程的稳定性。

具体的，转轴4端部通过轴承连接浮体结构1，驱动组件结构可如图4和图6所示，包括：驱动轴竖直设置的液压马达7，设固定在液压马达7驱动轴上的第一齿轮8，以及与第一齿轮8相啮合的第二齿轮9，液压马达7本体固定安装于浮体结构1上，第一齿轮8与液压马达7的驱动轴同轴设置，第二齿轮9与转轴4同轴设置，且套设固定在转轴4上，以实现液压马达7和支撑腿的传动。采用上述结构，液压马达7驱动支撑腿转至如图1左侧所示状态时(即支撑腿贴靠浮体结构1)两个浮体结构1上的支撑腿间间距大于沉管10宽度，支撑腿不会响沉管10上方的一体船下潜，液压马达7驱动支撑腿转至如图1右侧(即支撑腿伸出浮体结构1，与其侧壁垂直时)所示状态时两个浮体结构1的支撑组件可同时承托沉管10底面，以稳定托举沉管10减少其浮运所需浮力。

具体的，如图4所示，浮体结构1侧壁设有收纳槽11，收纳槽设11与支撑腿一一对应设置，转轴4位于收纳槽11内，且支撑腿可随转轴4转人收纳槽11内(即支撑腿贴靠浮体结构1时其位于收纳槽11内)。为了方便驱动组件的安装保护驱动组件，如图6所示，浮体结构1内设有用于安装驱动组件的密封电子仓12，密封电子仓12与驱动组件一一对应设置。

具体的，浮体结构1内设有空腔结构13，浮体结构1安装的压载水系统，压载水系统通过控制空腔结构13内压载水量控制浮体结构1的下潜和上浮。

具体的，管船连接结构可采用任意能够实现加强沉管和一体船连接的现有结构，如可设为缆索系统。

具体的，转轴4和安装座5设为钢制结构。

具体的，甲板结构2通过可拆卸的桁架连接结构6与浮体结构1固定连接。采用桁架连接结构6使得两个浮体结构1与甲板结构2间易于拆装，便于进行船体改造，变换船体宽度，适应不同尺寸沉管10的运输与安装，提高一体船应用价值。

具体的，如图3所示，桁架连接结构6包括上连接板结构61、桁架结构62和下连接板结构63，上连接板结构61与甲板结构2相连，下连接板结构63与浮体结构1相连。

具体的，该一体船还包括设于所述甲板结构2上的缆索系统，缆索系统在步骤s5中可用于加固沉管和所述一体船连接，在步骤s8中可用于沉管安装施工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。