一种用于水下施工的节段预制及沉放工艺的制作方法

本发明属于水下施工技术领域，具体涉及一种用于水下施工的节段预制及沉放工艺，尤其涉及一种用于水下桥的节段预制及沉放施工技术。

背景技术：

随着全球经济和科技的发展，各种陆上高速以及跨越江、河、湖泊和海峡的交通运输逐渐增多。为满足生产、生活的需要，同时加快工期，降低造价以及对周围环境的影响，解决超级高速航运和运输等问题，真空管道技术应运而生。真空管道主要的施工工艺有水下桥工艺，水下盾构隧道工艺和陆上真空管道以及陆上真空隧道等。

无论是陆上真空管道，隧道或者是水下真空沉管，隧道，相较于传统的非真空管道与隧道，真空管道、隧道由于阻塞比因素，截面显著减小，造价显著降低，同时管节断面形状选择依然灵活，极大地提高了作业效率。因此，真空交通运输方式在很多情况下占有明显优势，已成为最经济合理的超高速交通方案。

但是目前水下沉管的施工，无论是钢壳沉管还是钢筋混凝土沉管，制作完成后管节体量巨大，无论是从预制厂运送至浮运区域还是浮运至沉放区域，对设备要求过高，特别是浮运过程中甚至有可能需要开辟航道完成，整体施工效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种用于水下施工的节段预制及沉放方法，以解决水下沉管的施工难度大的问题，达到降低水下沉管的施工难度的效果。

本发明提供一种用于水下施工的节段预制及沉放方法，包括：节段预制步骤：在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制，得到钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段；管节形成步骤：在半潜船上，对两段以上的预制节段进行拼装对接和张拉处理，得到单个管节；管节沉放及对接步骤：将半潜船浮运至沉放位置水面后下潜，沉放多个单个管节，并对多个单个管节进行水下对接，形成水下结构体系。

可选地，节段预制步骤，具体包括：在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段的施工、养护脱模后，启动半潜船，行驶半潜船至岸边装载指定位置，将预制节段从预制场地吊装分组转运至半潜船上，以将预制节段运送至沉放半潜船。

可选地，在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段的施工，包括：支模、钢筋笼绑扎吊装、节段混凝土浇筑。

可选地，管节形成步骤，具体包括：在半潜船上进行预制节段的拼装、防水处理及预应力管束的张拉处理，形成用于沉放的管节。

可选地，防水处理，包括：对相邻两段预制节段之间采取防水措施；预应力管束的张拉处理，包括：对预埋在预制节段内的预应力钢管束进行张拉处理。

可选地，管节沉放及对接步骤，具体包括：再次启动半潜船，使半潜船浮运至沉放位置水面后下潜，半潜船在半潜状态退出沉放区域；拼装后的多个单个管节依靠水的浮力、并借助施工辅助导向船或施工辅助导向平台设备进行沉放后，辅助多个单个管节定位并保持多个单个管节处于悬浮状态，在水下实现多个单个管节之间的对接，形成水下结构体系。

可选地，管节沉放及对接步骤，具体还包括：半潜船浮运至沉放位置水面后下潜后，半潜船在半潜状态退出沉放区域，以参与到新的节段预制步骤中。

由此，本发明的方案，通过采用节段预制技术将大体积混凝土结构分割后再分组运输至半潜船，在半潜船上对节段进行对接拼装；并且利用半潜船直接进行管节浮运，并辅助管节进行沉放对接，将水下架桥机由半潜船代替，使半潜船集拼装、浮运、辅助沉放功能于一身，解决水下沉管的施工难度大的问题，达到降低水下沉管的施工难度的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的用于水下施工的节段预制及沉放方法的预制节段制作与沉放流程示意图；

图2为本发明的用于水下施工的节段预制及沉放方法的节段预制场地制作状态示意图；

图3为本发明的用于水下施工的节段预制及沉放方法的半潜船下沉状态示意图；

图4为本发明的用于水下施工的节段预制及沉放方法的管节沉放对接状态示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-预制节段；2-施工半潜船；3-施工辅助导向船或导向平台及设备；4-水下桥桥墩。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到水下沉管的施工，整体工程施工过程存在施工难度大，施工成本高，工期长，防水密封隐患等一系列工程问题。至少为解决真空管道水下桥管节的施工效率低的问题，本发明的方案，提出了一种可以高效解决水下桥管(隧)道的转运、浮运及沉放对接的方案，具体是提供了一种用于水下管节沉放的节段预制与沉放施工工艺，涉及水下管(隧)道安装与沉放问题，尤其适用于长距离大跨度管(隧)道的设计及施工工艺，如可以将此方案运用于真空管道项目中。

其中，本发明的方案提出的一种新的水下桥管节施工及工艺，其主要参考了传统沉管隧道、大桥及跨海大桥施工方案，并对各个施工方案的利弊进行了充分的研究，然后依据自身的施工环境，再对其进行了创新设计。因此，降低了施工成本、缩短了工期、提高了安全性能。

根据本发明的实施例，提供了一种用于水下施工的节段预制及沉放方法。参见图1至图4所示本发明的用于水下施工的节段预制及沉放方法的一实施例的结构示意图。该用于水下施工的节段预制及沉放方法可以包括：节段预制步骤、管节形成步骤和管节沉放及对接步骤。

具体地，如图1至图3所示，本发明的方案由预制节段1，半潜船2，导向船3共同组成的水下桥管节或者沉管预制及运输沉放施工工艺。

在一个可选例子中，节段预制步骤：在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制，得到钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段1。

可选地，节段预制步骤，具体可以包括：在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段1的施工、养护脱模后，启动半潜船2，行驶半潜船2至岸边装载指定位置，将预制节段1从预制场地吊装分组转运至半潜船2上，以将预制节段1运送至沉放半潜船2。

更可选地，在预制场地进行钢筋、钢材和/或混凝土的预制节段1的施工，可以包括：支模、钢筋笼绑扎吊装、节段混凝土浇筑。

例如：如图1和图2所示，首先，在预制场地进行钢筋混凝土预制节段1的施工，养护脱模后运送至沉放半潜船2。具体地，可以启动半潜船，行驶半潜船2至岸边装载指定位置，将预制节段1从预制场地吊装分组转运至半潜船2上。

在一个可选例子中，管节形成步骤：在半潜船2上，对两段以上的预制节段1进行拼装对接和张拉处理，得到单个管节。

可选地，管节形成步骤，具体可以包括：在半潜船2上进行预制节段1的拼装、防水处理及预应力管束的张拉处理，形成用于沉放的管节。

更可选地，防水处理，可以包括：对相邻两段预制节段1之间采取防水措施。

更可选地，预应力管束的张拉处理，可以包括：对预埋在预制节段1内的预应力钢管束进行张拉处理。

例如：如图2所示，在半潜船2上进行预制节段1的拼装对接，对预制节段1之间采取防水措施，最后对预埋在预制节段1的预应力钢管束进行张拉形成单个管节。

例如：预应力张拉可以采用既有的成熟工艺措施，分为先张法与后张法，本发明的方案中可以采用后张法，如在节段拼接好后，对两侧节段预埋的锚具进行张拉即可。本发明的方案中的防水措施，可以采用多种水下节段防水措施，比如节段之间采用防水胶条密封、或者浇筑混凝土灌封等。

具体地，可以在半潜船2上进行预制节段1的拼装、防水及预应力管束的张拉等，形成用于沉放的管节。

在一个可选例子中，管节沉放及对接步骤：将半潜船2浮运至沉放位置水面后下潜，沉放多个单个管节，并对多个单个管节进行水下对接，形成水下结构体系。

可选地，管节沉放及对接步骤，具体可以包括：再次启动半潜船2，使半潜船2浮运至沉放位置水面后下潜，半潜船2在半潜状态退出沉放区域。拼装后的多个单个管节依靠水的浮力、并借助施工辅助导向船或施工辅助导向平台设备3进行沉放后，辅助多个单个管节定位并保持多个单个管节处于悬浮状态，在水下实现多个单个管节之间的对接，形成水下结构体系。

进一步可选地，管节沉放及对接步骤，具体还可以包括：半潜船2浮运至沉放位置水面后下潜后，半潜船2在半潜状态退出沉放区域，以参与到新的节段预制步骤中。

例如：如图3所示，可以再次启动半潜船2，半潜船2浮运至沉放位置水面后下潜，拼装后的管节依靠水的浮力和施工辅助导向船或施工辅助导向平台设备3进行沉放与水下对接，最后形成稳定的水下结构体系。

具体地，可以行驶半潜船，将待沉放管节由半潜船运送至沉放指定位置；半潜船2在沉放指定位置下潜，通过施工辅助导向平台设备或辅助导向船3辅助管节定位与保持管节悬浮状态，半潜船2在半潜状态退出沉放区域，由导向平台设备或者导向船3进行沉放对接。

例如：辅助定位，可以是指辅助平台或者辅助船通过锚索线缆在水面以及水下保持待沉放管节在指定沉放位置，在沉放的时候，锚索缓缓伸长，管节缓慢沉放入水中最终到达指定沉放位置，主要作用可以是通过锚索的拉力抵抗水流对管节的作用力。

本发明的方案中，新的水下桥节段预制方案施工方式，解决了大管节陆地难以运输，水上浮运作业困难，沉放操作受制约因素多，拼接精度低等工程问题；如解决了传统沉管管节预制后因管节体量大导致运输至沉放现场过程中，托运设备动力要求过高，设备过大导致的转弯困难，操作不灵活等的运输问题。

本发明的方案中，管节同时具备连续性好，实现了直接由施工半潜船将管节浮运至沉放区域的浮运操作方式，后期维护费用低，保证了管(隧)道的运营和维护需求；在沉放对接过程中，得益于半潜船的下潜辅助，易于操作，降低沉放难度。

本发明的方案中，优化了预制节段在预制厂拼装的传统施工方式，将节段拼装在施工半潜船上进行，提高了施工半潜船利用率及施工效率；并且新的施工工艺缩短了施工周期，提高了施工效率与安全性等。

本发明的方案的主要作用是解决水下沉管或者水下桥管节制作运输难，沉放定位难的实施措施；控制施工成本、施工时间短、效率高、标准统一、空间利用率高、安全可靠，降低造价等优势。

其中，本发明的方案中，管(隧)道的适用领域，并不局限于如图1至图4所示的水下桥，同样适用于多种水下管节(如水下沉管)施工方式；另外，管(隧)道不限于钢筋混凝土，同样适用于钢管、钢管混凝土等材料。

可见，本发明的方案，采用新的预制拼装形式、浮运和沉放方式，化整为零，克服了现有技术因体量过大引起的不灵活、设备及动力要求过高等缺点与不足，该工艺采用节段预制技术将大体积混凝土结构分割后再分组运输至半潜船，在半潜船上对节段进行对接拼装；并且利用半潜船直接进行管节浮运，并辅助管节进行沉放对接，将水下架桥机由半潜船代替，使半潜船集拼装、浮运、辅助沉放功能于一身，在施工方案、质量、空间利用率等性能上都得到大大提高。

另外，需要说明的是，凡是采用半潜船2将预制节段1拼装后的管节，通过施工辅助导向沉放对接的都属于本发明的方案保护的范围。凡是根据本发明实质对以上实施方式所作的任何修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术的保护范围之内。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用节段预制技术将大体积混凝土结构分割后再分组运输至半潜船，在半潜船上对节段进行对接拼装；并且利用半潜船直接进行管节浮运，并辅助管节进行沉放对接，将水下架桥机由半潜船代替，使半潜船集拼装、浮运、辅助沉放功能于一身，解决水下沉管的施工难度大的问题，达到降低水下沉管的施工难度的效果。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。