无人沉箱安全出运系统及出运工艺的制作方法

本发明涉及沉箱出运技术，具体涉及无人沉箱安全出运系统及出运工艺。

背景技术：

沉箱是用于码头或者防波堤等工程的一种有底的箱型结构，可通过调节箱内压载水控制沉箱下沉或漂浮。沉箱陆上预制完成后通常采用半潜驳船拖运至施工现场，然后由沉箱上的工人手动开启阀门打开沉箱底部的进水口将沉箱加压载水至满足下船条件(期望目标为船上加压载水后沉箱达到自身漂浮稳定状态)，再通过拖轮拖带至沉放安装位置压载沉放安装，若经船上加压载水后沉箱自身稳定不足，则需借助要起重船助浮等工艺进行安装。目前沉箱注水方式(加压载水)采用的是沉箱底部设计的进水孔，作业时沉箱顶部工人通过手动阀门打开进水孔，且进水速度由工人通过阀门控制，这种沉箱出运工艺，沉箱顶部通常要有10-14个工人作业，进行缆绳安装拆除，注水、水位观测控制，数据记录等作业，耗费人工较大，且沉箱在出运过程中处于海上漂浮状态，若遇到突发状况，如沉箱漏水、拖曳缆绳断裂等，工人无法及时撤离沉箱，严重时沉箱倾覆极易造成重大人员伤亡。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是，提供无人沉箱安全出运系统及出运工艺，在沉箱上半潜驳船并固定后，即无需人工在沉箱顶部作业，可实现沉箱顶部无人作业，使沉箱出运过程更加安全可靠、经济高效。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无人沉箱安全出运系统，包括半潜驳船，半潜驳船上设有用于系固沉箱的缆绳，缆绳设有用于连接沉箱的挂钩，挂钩设有自动脱钩器，半潜驳船安装有可为沉箱注水的自动加水装置，自动加水装置包括给水机构，连接给水机构的注水管，以及可调整限定注水管上端部出水口位置的限位单元，出水口设置于沉箱上方。

作为优选，给水机构为可抽取半潜驳船外部水的水泵，注水管为下端部连通水泵排水口的注水管，限位单元包括安装于半潜驳船上竖向设置的支架，以及可绕支架横向旋转的伸缩部件，伸缩部件一端固定连接柔性注水管出水口，另一端通过旋转部件转动连接支架。

作为优选，伸缩部件为伸缩管，旋转部件包括侧壁与伸缩管一端连通的圆柱形壳体，圆柱形壳体底面固定连接的旋转电机的转轴，圆柱形壳体底面设有穿设柔性注水管的通孔，伸缩管和圆柱形壳体均套设于柔性注水管外部，支架设有用于固定安装旋转电机的支撑杆，支撑杆的上端固定于旋转电机底面，下端固定于半潜驳船上。

作为优选，自动加水装置还包括控制沉箱内注水量的注水监控单元，注水监控单元包括可控制水泵开关的注水量监控器，安装于注水管上用于监测注水管内水流流量的无线流量计，以及安装于沉箱用于监控舱格内液位的多个高频雷达液位计，每组相互连通的舱格顶部均安装有一个高频雷达液位计，高频雷达液位计和无线流量计均通过无线电信号连接注水量监控器。

作为优选，还包括起重船，起重船的吊机安装有与沉箱2吊装孔配合的可实现自动挂脱钩的吊具。

作为优选，吊具包括四角通过挂绳连接设于其正上方的吊机主吊钩的矩形吊装架，吊装架水平设置，矩形吊装架下方对称安装四个挂板，挂板下部铰接用于与沉箱的吊装孔相连接的挂钩，挂钩外表面设有脱钩板，脱钩板通过挂绳连接吊杆端部，吊杆位于矩形吊装架正上方且与矩形吊装架侧边平行设置，吊杆通过挂绳连接设于其正上方的吊机副吊钩。

作为优选，矩形吊装架的边框上方固定安装有可限定吊杆沿竖直方向运动的限位部件，限位部件包括两个夹持吊杆侧壁的竖向限位槽，两个竖向限位槽分别安装于矩形吊装架平行设置的两侧边上；矩形吊装架的边框下方固定安装有多个窄部可夹持沉箱舱格隔板的倒y形导向槽，倒y形导向槽垂直于其所在的矩形吊装架的侧边设置。

本发明还公开了一种无人沉箱安全出运工艺，该工艺使用上述的无人沉箱安全出运系统，该出运工艺包括以下步骤：

沉箱上船：半潜驳船靠岸就位，沉箱在陆上预制完成之后拖至半潜驳船甲板，并通过缆绳的挂钩与半潜驳船连接固定，缆绳与挂钩带有自动脱钩器，沉箱顶部工人撤离沉箱；沉箱舱格顶部开口，通过限位单元将自动加水装置出水口调整至沉箱舱格上方开口位置，开启安装于半潜驳船上的自动加水装置自沉箱顶部为沉箱舱格注水，至装船加水要求水位即关闭自动加水装置停止注水；

海上拖航：用半潜驳船1将沉箱托运至下潜区域；

船上调平：将半潜驳船锚泊定位，半潜驳船加压载水下潜至规定深度，通过限位单元将自动加水装置出水口调整至沉箱舱格上方开口位置，开启自动加水装置为沉箱舱格注水以调节沉箱平衡，待沉箱舱格注水至满足下船条件后，关闭自动加水装置3停止加水；

沉箱下船：半潜驳船再次加压载水至下潜至沉箱安全出运高度后停止下潜，判断船上调平后沉箱是否满足自身稳定的出运条件，若满足出运条件，则沉箱由拖轮拖带离开半潜驳船至安全距离，若不满足出运条件，则采用起重船助浮，沉箱由起重船吊起并拖带离开半潜驳船至安全距离后，通过限位单元将自动加水装置出水口调整至沉箱舱格上方开口位置，开启自动加水装置向沉箱舱格注水至沉箱满足自身稳定的出运条件，起重船释放沉箱；

沉放安装：控制自动脱钩器使缆绳的挂钩脱钩，断开沉箱与半潜驳船的连接，通过拖轮拖带沉箱至沉放点继续沉放安装。

作为优选，沉箱下船步骤中，若船上调平后沉箱不满足自身稳定的出运条件，采用起重船吊机设置的可实现自动挂脱钩的吊具吊装沉箱。

作为优选，沉箱下船步骤中吊具连接沉箱的过程包括起重船主吊钩起吊吊装架至沉箱上方，副吊钩向上提起吊杆使挂钩向内转动，监测吊具位置，控制吊机起重臂移动至挂钩位于沉箱吊装孔上方，控制主吊钩下降至挂钩与沉箱吊装孔相邻，控制副吊钩下降至挂钩端部钩头进入沉箱吊装孔完成自动挂钩使吊具与沉箱连接；吊具释放沉箱的过程包括待沉箱注水至满足自身稳定的出运条件后，控制主吊钩下降至与之连接的挂绳松弛，控制副吊钩提升吊杆使挂钩向内转动，挂钩钩头脱离沉箱吊装孔，控制主吊钩提升，使吊具脱离沉箱。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提供了无人沉箱安全出运系统及出运工艺，在沉箱上半潜驳船并固定后，即无需人工在沉箱顶部作业，可实现沉箱顶部无人作业，使沉箱出运过程更加安全可靠、经济高效。

附图说明

图1为本发明的无人沉箱安全出运系统的主体结构示意图；

图2为本发明的无人沉箱安全出运系统的主体结构侧视图；

图3为本发明的自动加水装置的结构示意图；

图4为图3的a部分放大图；

图5为本发明的起重船吊具结构示意图；

图6为本发明的起重船吊具吊装沉箱状态的结构示意图；

图7沉箱下船后加水状态示意图；

以上个图中：1-半潜驳船，11-缆绳，12-自动脱钩器，2-沉箱，21-舱格，211-隔板，3-自动加水装置，31-水泵，32-柔性注水管，33-限位单元，331-支架，332-伸缩管，333-圆柱形壳体，334-旋转电机，335-支撑杆，34-无线流量计，35-高频雷达液位计，36-出水口，4-吊具，41-主吊钩，42-挂绳，43-吊装架，44-挂板，45-挂钩，46-限位槽，47-吊杆，48-副吊钩，49-脱钩板，5-导向槽5，51-窄部。

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1-4，7所示，一种无人沉箱安全出运系统，包括半潜驳船1，半潜驳船1上设有用于系固沉箱2的缆绳11，缆绳11设有用于连接沉箱2的挂钩，挂钩设有自动脱钩器12，半潜驳船1安装有可为沉箱2注水的自动加水装置3，自动加水装置3包括给水机构，连接给水机构的注水管，以及可调整限定注水管上端部出水口36位置的限位单元33，出水口36设置于沉箱上方。

采用上述系统的无人沉箱安全出运工艺，包括以下步骤：

沉箱上船：半潜驳船1靠岸就位，沉箱2在陆上预制完成之后拖至半潜驳船1甲板，并通过缆绳11的挂钩与半潜驳船1连接固定，缆绳11与挂钩带有自动脱钩器12，沉箱2顶部工人撤离沉箱2；沉箱2舱格21顶部开口，通过限位单元33将自动加水装置3出水口36调整至沉箱2舱格21上方开口位置，开启安装于半潜驳船1上的自动加水装置3自沉箱2顶部为沉箱2舱格21注水，至装船加水要求水位即关闭自动加水装置3停止注水；

海上拖航：用半潜驳船1将沉箱托运至下潜区域；

船上调平：将半潜驳船1锚泊定位，半潜驳船1加压载水下潜至规定深度，通过限位单元33将自动加水装置3出水口36调整至沉箱2舱格21上方开口位置，开启自动加水装置3为沉箱2舱格21注水以调节沉箱2平衡，待沉箱2舱格21注水至满足下船条件后，关闭自动加水装置3停止加水；

沉箱下船：半潜驳船1再次加压载水至下潜至沉箱2安全出运高度后停止下潜，判断船上调平后沉箱2是否满足自身稳定的出运条件，若满足出运条件，则沉箱2由拖轮拖带离开半潜驳船1至安全距离，若不满足出运条件，则采用起重船助浮，沉箱2由起重船吊起并拖带离开半潜驳船1至安全距离后，通过限位单元33将自动加水装置3出水口36调整至沉箱2舱格21上方开口位置，开启自动加水装置3向沉箱2舱格21注水至沉箱2满足自身稳定的出运条件，起重船释放沉箱2；

沉放安装：控制自动脱钩器12使缆绳11的挂钩脱钩，断开沉箱2与半潜驳船1的连接，通过拖轮拖带沉箱至沉放点继续沉放安装。

常规的沉箱2出运系统和出运工艺中，沉箱2注水方式(加压载水)采用的是沉箱2底部设计的进水孔和顶部手动阀门配合，必须由沉箱2顶部工人完成作业施工，且沉箱2脱离半潜驳船1后缆绳脱钩也需要沉箱顶部人工操作，这种工艺耗费人较大且存在很大的安全隐患，本实施例的出运系统和出运工艺，改变了传统的沉箱2出运施工工艺，利用安装于半潜驳船1上的自动加水装置3在整个沉箱出运工艺过程中为沉箱2注水，无需沉箱2顶部人员作业，同时连接半潜驳船1和沉箱的缆线11设置带自动脱钩器12的挂钩(缆绳自动脱钩器为现有产品，如中国专利申请号cn2013205312886公开的一种自动脱钩器即可适用于本申请，工人在半潜驳船1上可以通过控制与第三孔销连接的缆绳实现对挂钩脱钩的控制)，可在沉箱2脱离半潜驳船1后实现缆绳自动脱钩，也无需沉箱2顶部人员作业，即该出运系统和出运工艺在沉箱上半潜驳船并固定后，无需人工在沉箱顶部作业，便可实现沉箱顶部无人作业，使沉箱出运过程更加安全可靠、经济高效。

为了确保自动加水装置3的出水口36能够灵活适应整个出运过程中的注水位置改变需求，如图3-4所示，自动加水装置3的给水机构为可抽取半潜驳船1外部水的水泵31，注水管为下端部连通水泵排水口的注水管，注水管可采用柔性注水管32，限位单元33包括安装于半潜驳船1上竖向设置的支架331，以及可绕支架331横向旋转的伸缩部件，伸缩部件一端固定连接柔性注水管32出水口36，另一端通过旋转部件转动连接支架331。

采用上述自动加水装置3结构，可通过固定连接柔性注水管32出水口36的伸缩部件的拉伸和横向旋转灵活调节出水口36的位置，从而在沉箱2在半潜驳船1上以及下船后为沉箱2各组连通舱格21依次注水的需求，并可通过在半潜驳船1控制水泵31的开关控制注水量，无需沉箱2顶部人员施工。

具体的，伸缩部件为伸缩管332，旋转部件包括侧壁与伸缩管332一端连通的圆柱形壳体333，圆柱形壳体333底面固定连接的旋转电机334的转轴，圆柱形壳体333底面设有穿设柔性注水管32的通孔，伸缩管332和圆柱形壳体333均套设于柔性注水管32外部，支架331设有用于固定安装旋转电机334的支撑杆335，支撑杆335的上端固定于旋转电机334底面，下端固定于半潜驳船1上。

为了更加精确控制沉箱注水过程，使出运工艺更加容易操作，自动加水装置3还包括控制沉箱2内注水量的注水监控单元，注水监控单元包括可控制水泵开关的注水量监控器，安装于注水管上用于监测注水管内水流流量的无线流量计34，以及安装于沉箱2用于监控舱格21内液位的多个高频雷达液位计35，每组相互连通的舱格21顶部均安装有一个高频雷达液位计35，高频雷达液位计35和无线流量计34均通过无线电信号连接注水量监控器。上述结构中，注水管上设置的无线流量计34信号与注水监控单元通过无线信号传输，在沉箱2顶部按照压载舱格21区域划分设置的高频雷达液位计35能够实现沉箱压载水位的自动监测，高频雷达液位计35信号与注水监控单元通过无线信号传输，注水监控单元可监控各压载舱格水位，当达到设计要求水位时报警并控制水泵停止加水，通过高频雷达液位计35监测信号和无线流量计34监测信号双重控制可更加灵活精确的实现自动停泵功能。

为了在经船上加压载水后沉箱2自身稳定不足需借助要起重船助浮等工艺进行安装的情况下仍能保证沉箱2顶部无人施工，上述的无人沉箱安全出运系统，还包括起重船，起重船的吊机安装有与沉箱2吊装孔配合的可实现自动挂脱钩的吊具。

采用上述出运系统的出运工艺的沉箱下船步骤中，若船上调平后沉箱2不满足自身稳定的出运条件，采用起重船吊机设置的可实现自动挂脱钩的吊具吊装沉箱。

起重船采用具有自动挂脱钩功能的吊具连接沉箱2在起吊和释放沉箱2的过程中可实现无人工作业，配合自动加水装置3和缆绳1的挂钩自动脱钩器12可在需要起重船助浮的情况下，保障沉箱出运工艺的无人工作业。

具体的，如图5-6所示，上述的吊具包括四角通过挂绳42连接设于其正上方的吊机主吊钩41的矩形吊装架43，吊装架43水平设置，矩形吊装架43下方对称安装四个挂板44，挂板44下部铰接用于与沉箱2的吊装孔相连接的挂钩45，挂钩45外表面设有脱钩板49，脱钩板49通过挂绳42连接吊杆47端部，吊杆47位于矩形吊装架43正上方且与矩形吊装架43侧边平行设置，吊杆47通过挂绳42连接设于其正上方的吊机副吊钩48。

采用上述出运系统的出运工艺的沉箱下船步骤中，吊具连接沉箱2的过程包括起重船主吊钩41起吊吊装架43至沉箱上方，副吊钩48向上提起吊杆47使挂钩45向内转动，监测吊具位置，控制吊机起重臂移动至挂钩45位于沉箱2吊装孔上方，控制主吊钩41下降至挂钩45与沉箱2吊装孔相邻，控制副吊钩48下降至挂钩45端部钩头进入沉箱2吊装孔完成自动挂钩使吊具与沉箱2连接；吊具释放沉箱2的过程包括待沉箱注水至满足自身稳定的出运条件后，控制主吊钩41下降至与之连接的挂绳42松弛，控制副吊钩48提升吊杆47使挂钩45向内转动，挂钩45钩头脱离沉箱2吊装孔，控制主吊钩41提升，使吊具脱离沉箱2。

为了更加方便控制起重船吊具就位找准沉箱吊装孔，矩形吊装架43的边框上方固定安装有可限定吊杆47沿竖直方向运动的限位部件，限位部件包括两个夹持吊杆47侧壁的竖向限位槽46，两个竖向限位槽46分别安装于矩形吊装架43平行设置的两侧边上；矩形吊装架43的边框下方固定安装有多个窄部51可夹持沉箱舱格21隔板211的倒y形导向槽5，倒y形导向槽5垂直于其所在的矩形吊装架43的侧边设置。限位槽46和倒y形导向槽5的设置在起重机吊装连接沉箱2的过程中，可以辅助吊具的挂钩就位找准沉箱吊装孔，更加方便使用。

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。