一种曲线段沉管压载姿态控制方法与流程

1.本发明涉及海底隧道施工的技术领域，尤其涉及一种曲线段沉管压载姿态控制方法。


背景技术：

2.在海底隧道施工过程中，有些沉管隧道是曲线型的，如大连湾海底隧道，大连湾海底隧道是国内已有沉管隧道中曲率最大的沉管隧道，曲线段沉管压载水箱布置不对称，传统的直线段沉管沉放准备压载工艺不适用于曲线段沉管的沉放准备压载作业，如果采用均匀压载的方法进行，就会导致管节姿态发生偏转，影响最终的施工质量。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种曲线段沉管压载姿态控制方法。
4.本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
5.一种曲线段沉管压载姿态控制方法，具体包括：
6.s1、沉管压载前演练作业
7.s11、通过对管节形状进行理论计算，求得管节形心的平面位置；
8.s12、把管节调平，此时管节的重心、形心处于同一直线；
9.s13、再通过对各个水箱的形状、位置计算得出各个水箱形心的平面位置，并计算各个水箱的配载比例；
10.s14、在已经调平的状态下按步骤s13中计算的配载比例进行压载，看是否保持平衡，如果不能保持平衡，进一步核算配载比例，进行调整之后演练，如果可以保持平衡，证明此配载比例准确；
11.s2、沉管压载作业
12.按照步骤s14中的各个水箱准确的配载比例进行压载，使得管节重心位置始终与管节形心位置保持在同一直线上，保证管节姿态稳定。
13.步骤s12中，管节调平时，在管节内部设置倾斜仪，通过看倾斜仪的数据对各个水箱进行加载，使管节调平。
14.步骤s13中，计算各个水箱形心的平面位置时，以曲线段管节轴线中心为零点建立坐标轴。
15.步骤s2中，姿态控制指标为沉管纵倾《0.01％，横倾控制《0.01
°
。
16.本发明的有益效果是：本发明通过对曲线段管节压载水箱形状位置进行计算，得出曲线段管节压载时圆弧外侧与圆弧内侧的理论比例，并在沉放演练过程验证水箱压载量，以确定正式安装时配载；通过理论计算与试验验证确保曲线段管节正式安装压载时保持管节姿态。
附图说明
17.图1为本发明具体实施例中大连湾海底隧道的直线段沉管压载水箱布置图；
18.图2为本发明具体实施例中大连湾海底隧道的曲线段沉管压载水箱布置图；
19.以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
21.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
24.一种曲线段沉管压载姿态控制方法，具体包括：
25.s1、沉管压载前演练作业
26.s11、通过对管节形状进行理论计算，求得管节形心的平面位置；
27.s12、把管节调平，此时管节的重心、形心处于同一直线；
28.s13、再通过对各个水箱的形状、位置计算得出各个水箱形心的平面位置，并计算各个水箱的配载比例；
29.s14、在已经调平的状态下按步骤s13中计算的配载比例进行压载，看是否保持平衡，如果不能保持平衡，进一步核算配载比例，进行调整之后演练，如果可以保持平衡，证明此配载比例准确；
30.s2、沉管压载作业
31.按照步骤s14中的各个水箱准确的配载比例进行压载，使得管节重心位置始终与管节形心位置保持在同一直线上，保证管节姿态稳定。
32.步骤s12中，管节调平时，在管节内部设置倾斜仪，通过看倾斜仪的数据对各个水箱进行加载，使管节调平。
33.步骤s13中，计算各个水箱形心的平面位置时，以曲线段管节轴线中心为零点建立坐标轴。
34.步骤s2中，姿态控制指标为沉管纵倾《0.01％，横倾控制《0.01
°
。
35.本发明通过对曲线段管节压载水箱形状位置进行计算，得出曲线段管节压载时圆弧外侧与圆弧内侧的理论比例，并在沉放演练过程验证水箱压载量，以确定正式安装时配
载；通过理论计算与试验验证确保曲线段管节正式安装压载时保持管节姿态。
36.具体实施例：
37.以大连湾海底隧道为例，其直线段沉管压载水箱布置见图1，直线段沉管沉放准备压载作业流程为消除管节干舷压载量平均分配到6个水箱进行压载，提供负浮力压载量平均分配到首尾4个水箱进行压载。因直线段沉管压载水箱对称分布，各水箱平均压载对管节姿态没有影响。
38.其曲线段沉管压载水箱布置见图2，压载水箱分布位置不对称，如采用原有直线段沉管沉放准备压载工艺即各水箱均匀压载，因内侧水箱形心位置距离管节轴线较外侧水箱近，内侧水箱压载水的重心位置距离管节轴线较外侧水箱近，内侧水箱压载水重力对管节姿态的影响较外侧水箱小，管节姿态发生偏转。
39.因此，传统的直线段沉管均匀压载的方法并不适用，需要针对大连湾海底隧道部分曲线段沉管压载水箱布置，设计一种曲线段沉管压载姿态控制方法，沉管压载过程沉管姿态保持不变，需使管节压载过程中管节重心与管节形心始终保持在同一直线上。
40.具体控制过程如下：
41.通过对管节形状进行理论计算求得管节形心的平面位置，沉放演练过程中通过调整各水箱压载量调平管节，使管节重心调整至形心所在直线上。再通过对各水箱形状位置进行计算得出各水箱的形心平面位置，即计算出各水箱压载水的重心平面位置，通过控制各水箱压载水对管节重心作用互相平衡，实现管节重心位置不发生偏移，即管节重心位置始终与管节形心保持在同一直线上，即管节姿态稳定。
42.根据大连湾海底隧道工程的曲线段沉管6个水箱的形状位置进行计算，曲线段沉管轴线长148m，曲率半径1050m，曲线段管节浮心位置为(0m，-0.753m)。6个压载水箱分布在管节内部的行车道口，外侧水箱长18.556m、宽12.648m，内侧水箱长18.166m、宽12.652m。以曲线段管节轴线中心为零点建立坐标轴，可得到6个水箱在xy平面内的形心为(0m，-0.1954m)，其中圆弧外侧的3个水箱在xy平面内的形心是(0m，8.841m)，圆弧内侧的3个水箱在xy平面内的形心是(0m，-9.393m)，外侧水箱形心距离管节浮心9.594m，内侧水箱浮心距离管节浮心9.198m，为了使压载水的重心和曲线管节的浮心y坐标一致，在增加压载的时候不能平均加载，需要按圆弧外侧：圆弧内侧＝47.4％：52.6％的比例进行加载。
43.该计算方法及大连湾海底隧道曲线段管节形状尺寸对应的计算结果，在大连湾海底隧道曲线段管节沉放演练及沉放安装过程中得到成功验证及应用，曲线段管节加载过程纵横倾控制效果良好。
44.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。