顶进节段的止退系统及顶推式最终接头施工方法与流程

1.本发明属于最终接头施工技术领域，尤其涉及一种顶进节段的止退系统及顶推式最终接头施工方法。


背景技术：

2.沉管隧道最终接头是沉管隧道建设的关键，现阶段我国正在建设的大连湾海底隧道最终接头首次采用了顶推法进行施工，具体操作如下：先预制一段顶进节段，将顶进节段顶推至套筒内部存放，等待最后一节沉管安装完成后，再将顶进节段顶推出去与最后一节沉管对接闭合；最后将对接闭合后的顶进节段与最后一节沉管进行混凝土浇筑，以使二者连成一体。顶进节段与最后一节管节尾端之间设置有gina止水带，随着顶进节段不断靠近最后一节管节尾端，gina止水带逐渐被压缩，当gina止水带被压缩至最大限度时，顶进节段停止前进，顶进节段与最后一节沉管对接闭合。实际施工中，在顶进节段与最后一节管节的对接过程中利用了水力压接，通过海水压力将顶进节段顶推至最后一节管节尾端，完成最终接头顶推，然后撤去顶进节段中的海水进行混凝土浇筑。由于此时gina止水带的弹力与海水水压力相等时，一旦撤去海水水压力，则处于压缩状态的gina止水带将会发生回弹，会反向顶推顶进节段，导致顶进节段与最后一节管节对接不严，影响最终接头质量，但是如果不撤去顶进节段的海水又无法进行混凝土浇筑。顶推法最终接头施工在我国首次采用，现有技术中相关研究较少，因此，解决这一难题对最终接头的施工具有重要意义。


技术实现要素：

3.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种顶进节段的止退系统，以简化顶进节段的止退系统的结构，防止在顶推式最终接头施工中顶进节段发生后退，影响最终接头对接质量。
4.本发明提供一种顶进节段的止退系统，顶进节段设置于套筒中并可相对于套筒伸出，套筒中设有套筒混凝土封门，顶进节段中设有顶进节段混凝土封门，顶进节段混凝土封门与套筒混凝土封门相对设置并共同形成结合腔；套筒设有使海水进入结合腔的进水阀；结合腔中设有排出结合腔中海水的排水系统；止退系统包括：第一反力牛腿，其安装于套筒并位于结合腔外部；千斤顶，其位于结合腔外部，千斤顶具有伸缩端和固定端，千斤顶的固定端安装于第一反力牛腿，千斤顶的伸缩端沿水平方向伸缩；第一支撑件，其沿水平方向设置并与千斤顶的伸缩端连接，第一支撑件远离千斤顶的一端穿过套筒混凝土封门设置；第二反力牛腿，其安装于顶进节段并位于结合腔中；第二反力牛腿与第一支撑件穿过套筒混凝土封门的一端连接；水压力传感器，用于实时检测结合腔排水过程中剩余海水压力；水压力传感器安装于排水系统；
控制系统，其与千斤顶、水压力传感器连接，控制系统被配置为：根据水压力传感器检测的结合腔中剩余海水压力，控制千斤顶对顶进节段施加的顶推力，使结合腔中剩余海水压力与千斤顶的顶推力之和保持不变。
5.本技术方案通过使海水进入结合腔，利用千斤顶和海水压力共同作用顶进节段，以使顶进节段与最后一节沉管对接；通过设置水压力传感器，以实时检测结合腔排水过程中剩余海水压力，使控制系统可以调控千斤顶对顶进节段的顶推力，利用千斤顶的顶推力补偿海水压力，从而使顶进节段受力保持不变，进而防止顶进节段在海水压力减小后反向运动。
6.在其中一些实施例中，千斤顶的数量为若干个，全部千斤顶分布于顶进节段的外缘，第一反力牛腿、第二反力牛腿、第一支撑件数量与千斤顶数量相同；若干千斤顶相互独立工作，控制系统被配置为：根据结合腔中剩余海水压力，得到结合腔中剩余海水高度；并根据结合腔中剩余海水高度以及千斤顶的安装位置，调节千斤顶对顶进节段施加的顶推力，使顶进节段受力均匀。
7.在其中一些实施例中，千斤顶的供油管路中设有保压阀，保压阀与控制系统连接，控制系统被配置为：当水压力传感器检测到结合腔中剩余海水压力为零时，控制保压阀工作，使千斤顶保持恒定的顶推力。
8.在其中一些实施例中，千斤顶与第一支撑件之间安装有第二支撑件，第二支撑件与第一支撑件同轴设置，千斤顶通过第二支撑件与第一支撑件连接。
9.除此，本发明还提供了一种顶推式最终接头施工方法，包括以下步骤：设备安装：在顶推式最终接头中安装上述顶进节段的止退系统；顶进节段推出：利用千斤顶将顶进节段从套筒中朝靠近最后一节沉管的方向推出；顶进节段与最后一节沉管对接：海水从进水阀进入结合腔中，以使海水对顶进节段产生水压力；顶进节段在结合腔中海水压力和千斤顶顶推力的共同作用下接触并挤压最后一节沉管的gina止水带，直至顶进节段停止运动；结合腔排水：利用排水系统将结合腔中的海水排出；混凝土浇筑：在顶进节段与最后一节沉管的连接处浇筑混凝土，以使顶进节段与最后一节沉管连接为一体。
10.在其中一些实施例中，在结合腔中进入海水前，撤去千斤顶对顶进节段的顶推力并将千斤顶收缩，在千斤顶与第一支撑件之间安装第二支撑件，使千斤顶通过第二支撑件顶推第一支撑件。
11.在其中一些实施例中，在顶进节段推出和顶进节段与最后一节沉管对接步骤中，控制系统被配置为：控制全部千斤顶对顶进节段施加相同的顶推力，以使顶进节段受力均匀。
12.在其中一些实施例中，在结合腔排水步骤中，控制系统通过增大千斤顶对顶进节段施加的顶推力补偿结合腔中海水压力的减小值，维持顶进节段受力不变。
13.在其中一些实施例中，在顶进节段与最后一节沉管对接步骤中，当顶进节段停止运动时，最后一节沉管的gina止水带被压缩至极限。
14.在其中一些实施例中，在混凝土浇筑步骤中，控制系统控制保压阀工作，以使千斤
顶对顶进节段施加恒定的顶推力。
15.基于上述技术方案，本发明实施例中顶进节段的止退系统能够平衡顶进节段受力，防止顶进节段后退，并且结构简单、便于布置、操作方便。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明顶推式最终接头施工方法一个实施例中顶进节段与最后一节沉管进行混凝土浇筑时的结构示意图；图2为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中24台千斤顶的分布位置示意图；图3为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中顶进节段从套筒伸出的结构示意图；图4为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中安装第二支撑件的结构示意图；图5为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中结合腔中进入海水的结构示意图；图6为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中顶进节段与最后一节沉管对接的结构示意图；图7为本发明顶推式最终接头施工一个实施例中结合腔进行排水的结构示意图。
17.图中：1、套筒；2、顶进节段；3、最后一节沉管；4、第一反力牛腿；5、千斤顶；6、第二支撑件；7、第一支撑件；8、第二反力牛腿；9、混凝土浇筑区；11、套筒混凝土封门；12、人孔；13、进水阀；21、顶进节段混凝土封门；22、结合腔；31、gina止水带。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
20.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.如附图1-图7所示，在本发明顶进节段的止退系统的一个示意性实施例中，顶进节段2设置于套筒1中并可相对于套筒1伸出，套筒1中设有套筒混凝土封门11，顶进节段2中设有顶进节段混凝土封门21，顶进节段混凝土封门21与套筒混凝土封门11相对设置并共同形成结合腔22；套筒1设有人孔12，人孔12与结合腔22连通，套筒1设有使海水进入结合腔22的进水阀13；结合腔22中设有排出结合腔22中海水的排水系统；该止退系统包括第一反力牛腿4、千斤顶5、第一支撑件7、第二反力牛腿8、水压力传感器和控制系统；第一反力牛腿4安装于套筒1并位于结合腔22外部；千斤顶5位于结合腔22外部，千斤顶5具有伸缩端和固定端，千斤顶5的固定端安装于第一反力牛腿4，千斤顶5的伸缩端沿水平方向伸缩；第一支撑件7沿水平方向设置并与千斤顶5的伸缩端连接，第一支撑件7远离千斤顶5的一端穿过套筒混凝土封门11设置；第二反力牛腿8安装于顶进节段2并位于结合腔22中；第二反力牛腿8与第一支撑件7穿过套筒混凝土封门11的一端连接；水压力传感器安装于排水系统，用于实时检测结合腔22排水过程中结合腔22中剩余海水压力；控制系统分别与千斤顶5、水压力传感器连接，水压力传感器将检测信息传递给控制系统，控制系统根据水压力传感器的检测信息调控千斤顶5对顶进节段2的顶推力；需要说明的是，水压力传感器可以直接检测结合腔22中剩余海水压力，也可以检测从结合腔22 中排出海水的压力，通过计算得到结合腔22中剩余海水压力；水压力传感器和排水系统属于现有技术，此处不再赘述。
23.上述顶进节段的止退系统能够平衡顶进节段受力，防止顶进节段后退，并且结构简单、操作方便。
24.由于顶进节段2体型较大，在实际施工中，通过根据顶进节段2的体型选择若干个千斤顶5，使全部千斤顶5同时顶推顶进节段2，若干个千斤顶5相互独立工作且同时与控制系统连接；需要说明的是，第一反力牛腿4、第二反力牛腿8、第一支撑件7数量与千斤顶5数量相同；还需要说明的是，在结合腔22排水过程中，结合腔22中剩余海水的高度越来越低，因此，顶进节段2上下两端受到的海水压力是不同的，并且顶进节段2上端受到的海水压力要小于顶进节段2下端受到的海水压力，为了使顶进节段2整体受力均衡，不同高度的千斤顶5需要对顶进节段2施加不同的顶推力；如果全部千斤顶5对顶进节段2的顶推力相同，则会导致顶进节段2整体受力不均，可能会造成顶进节段2发生倾倒或与最后一节沉管3对接效果差等，因此，在实际应用中，位于不同高度的千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力是不同的；此外，还需要说明的是，在结合腔22中海水高度一定的情况下，通过对顶进节段2受力分析，可计算得到各个千斤顶5需要对顶进节段2施加的顶推力，此处不再赘述。
25.在一些实施例中，如图1所示，第一支撑件7与套筒混凝土封门11的连接处设有密封件，密封件优选为盘根密封；需要说明的是，盘根密封属于现有技术，此处不再赘述。
26.基于上述的顶进节段的止退系统，如图1-图7所示，本发明还提供一种顶推式最终接头施工方法，包括以下步骤：设备安装：在顶推式最终接头中安装上述顶进节段的止退系统。
27.顶进节段推出：利用千斤顶5将顶进节段2从套筒1中朝靠近最后一节沉管3的方向推出；需要说明的是，此时进水阀13优选处于关闭状态，结合腔22中未进入海水，顶进节段2
受到千斤顶5的顶推力f
顶
而前进；还需要说明的是，此时全部千斤顶5对顶进节段2施加相同的顶推力f
顶
，以使顶进节段2受力均匀。
28.顶进节段与最后一节沉管对接：打开进水阀13，海水从进水阀13进入结合腔22中，结合腔22中的海水对顶进节段2产生水压力f
压
；顶进节段2在结合腔22中海水压力f
压
和千斤顶5顶推力f
顶
的共同作用下朝最后一节沉管3方向运动，接触并逐渐挤压最后一节沉管3的gina止水带31，直至顶进节段2停止运动；需要说明的是，当顶进节段2挤压最后一节沉管3的gina止水带31时，gina止水带31产生弹力f
弹
，并且gina止水带31产生的弹力f
弹
反作用于顶进节段2，根据物理学可知，gina止水带31产生弹力f
弹
的方向与顶进节段2前进方向相反；当顶进节段2停止运动时，最后一节沉管3的gina止水带31被压缩至极限，此时，gina止水带31的弹力相等顶进节段2受到的海水压力与千斤顶5的顶推力之和即f
弹
=f
顶
+f
压
；还需要说明的是，如图4所示，在顶进节段2与最后一节沉管3的gina止水带31接触前，优选在顶进节段2推出套筒1且未打开进水阀13即结合腔22中未进入海水时，撤去千斤顶5对顶进节段2的顶推力并将千斤顶5收缩，在千斤顶5与第一支撑件7之间安装第二支撑件6，第二支撑件6与第一支撑件7同轴设置，使千斤顶5通过第二支撑件6顶推第一支撑件7；其目的是减小千斤顶5的体积，便于安装千斤顶5，这是因为：如果利用千斤顶5顶推顶进节段2与最后一节沉管3对接，则千斤顶5的伸长量较大，千斤顶5的体积也较大，而实际施工空间有限，较大体型的千斤顶5不仅不便于安装，而且成本也较高；通过设置第二支撑件6，可以减小千斤顶5的伸长量，从而可以选用较小规格的千斤顶5。
29.结合腔排水：利用排水系统将结合腔22中的海水排出；需要说明的是，在海水排出过程中，顶进节段2受到的海水压力f
压
减小，若此时gina止水带31产生的弹力f
弹
和千斤顶对顶进节段2的顶推力f
顶
不变，则f
弹
＞f
顶
+f
压
，顶进节段2会在gina止水带31的弹力作用下反向运动，为了防止顶进节段2的反向运动，需要增大千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力f
顶
，以补偿结合腔22中海水压力f
压
的减小值，使顶进节段2总体受力保持不变，即维持f
弹
=f
顶
+f
压
，在这一步骤中，控制系统根据水压力传感器检测的剩余海水压力调控千斤顶5的顶推力，保持顶进节段2总体受力不变。
30.混凝土浇筑：当结合腔22中海水全部排空时，从套筒1顶部开设的人孔12进入结合腔22，顶进节段2与最后一节沉管3的连接处设有混凝土浇筑区9，在混凝土浇筑区9进行混凝土浇筑，以使顶进节段2与最后一节沉管3连接为一体；需要说明的是，在这一步骤中，为了保证混凝土的浇筑效果，顶进节段2需要保持不动即受力均衡，由于结合腔22中海水已经排空，即f
压
=0，此时，顶进节段2受到千斤顶5施加的顶推力f
顶
和gina止水带31产生弹力f
弹
，因此需要使千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力f
顶
等于gina止水带31产生弹力f
弹
，即f
弹
=f
顶
，以保持顶进节段2受力均衡；由于在混凝土浇筑这一步骤中，gina止水带31始终处于压缩至极限的状态，gina止水带31产生弹力f
弹
是不变的，因此，千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力f
顶
也需要保持不变；还需要说明的是，千斤顶5的供油管路中设有保压阀，保压阀与控制系统连接，控制系统控制保压阀工作，使千斤顶5保持恒定的顶推力，从而使千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力f
顶
不变。
31.下面以24台千斤顶5同时顶推顶进节段2为例详细介绍上述顶推式最终接头施工方法，上述顶推式最终接头施工方法包括以下步骤：s1.设备安装：将24台千斤顶5安装于对应的第一反力牛腿4，将第一支撑件7分别
对应安装于第二反力牛腿8，第一支撑件7远离第二反力牛腿8的一端穿过套筒混凝土封门11并与对应的千斤顶5连接；安装进水阀13、排水系统等部件；需要说明的是，千斤顶5的固定端安装于第一反力牛腿4，千斤顶5的伸缩端与第一支撑件7连接；还需要说明的是，如图2所示，24台千斤顶5分布于顶进节段2的外缘，其中，顶进节段2的上下两端分别布置有10台千斤顶5，顶进节段2的左右两侧分别布置有2台千斤顶5。
32.s2.顶进节段推出：控制系统控制全部千斤顶5以相同的顶推力顶推顶进节段2,将顶进节段2从套筒1中朝靠近最后一节沉管3的方向推出。
33.s3.安装第二支撑件：在顶进节段2推出一段距离且未与最后一节沉管接触时，将全部千斤顶5缩回，在千斤顶5与第一支撑件7之间安装第二支撑件6，第二支撑件6与第一支撑件7同轴设置，使千斤顶5通过第二支撑件6顶推对应的第一支撑件7。
34.s4.顶进节段与最后一节沉管对接：打开进水阀13，海水从进水阀13进入结合腔22中，利用海水对顶进节段2产生水压力f
压
和千斤顶5顶推力f
顶
共同顶推顶进节段2，使顶进节段2接触靠近并逐渐挤压最后一节沉管3的gina止水带31，直至顶进节段2停止运动。
35.s5.结合腔排水：利用排水系统将结合腔22中的海水排出，控制系统根据水压力传感器检测的结合腔22中剩余海水压力f
压
，控制千斤顶5对顶进节段2施加的顶推力f
顶
，使结合腔22中海水压力f
压
与千斤顶5的顶推力f
顶
之和保持不变，防止顶进节段2在gina止水带31弹力f
弹
的作用下朝反方向运动。
36.s6.混凝土浇筑：当结合腔22中海水全部排空时，工作人员从套筒1顶部开设的人孔12进入结合腔22中，在顶进节段2与最后一节沉管3的连接处的混凝土浇筑区9浇筑混凝土，使顶进节段2与最后一节沉管3连接为一体。
37.上述顶推式最终接头施工方法能够平衡顶进节段受力，防止顶进节段后退，并且操作简单、施工方便、最终接头对接效果好。
38.最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
39.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。