混凝土隧道沉管管节运输方法与流程

1.本发明涉及水上交通运输技术领域，尤其涉及一种混凝土隧道沉管管节运输方法。


背景技术：

2.随着国内企业桥隧建设技术的发展，众多国内企业已经开始承接国外的桥隧工程项目，在承接的沉管隧道工程中，由于大型混凝土隧道沉管管节在进行远洋运输时极易造成损坏，使得从国内预制大型混凝土隧道沉管管节远洋运输到国外的方法受到极大制约，只能选择在国外建设原址进行大型混凝土隧道沉管管节的预制，增加了成本，拖慢工程进度，这极大削弱了国内企业市场竞争力。
3.在大型混凝土隧道沉管管节远洋运输时，如果按照现有远洋货物的运输方法，即将沉管管节直接放置于甲板运输船、驳船、半潜驳与半潜船的甲板上，或放置于垫木与支墩上，在遭遇不利海况，尤其是在高波浪区航行时，由于钢质船体与混凝土沉管管节之间刚度相差悬殊，在外力作用下，沉管管节与船舶的变形不一致。尤其是在波浪区航行时船舶中垂或中拱引起的船舶变形将大大超过沉管变形，两者将出现脱离，使沉管管节局部悬空，极易造成沉管管节结构承受过大的弯矩遭受破坏，以致整个运输活动失败。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种混凝土隧道沉管管节运输方法，以解决对沉管管节进行远洋运输时，容易对沉管管节结构造成破坏的技术问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种混凝土隧道沉管管节运输方法，包括：
7.步骤s1、半潜船移动至水面上的转运位置；
8.步骤s2、拖船将在待拖行位置的沉管管节拖至水面上的待装载位置处；
9.步骤s3、半潜船将沉管管节从待装载位置拉移至转运位置，使得沉管管节位于半潜船的甲板上；
10.步骤s4、将沉管管节与半潜船柔性连接；
11.步骤s5、载有沉管管节的半潜船从转运位置移动至水面上的目标位置处。
12.作为优选地，所述步骤s2之前包括：
13.步骤s21、船坞中放水使沉管管节浮起；
14.步骤s22、将陆地上的第一绞缆装置与沉管管节连接；
15.步骤s23、第一绞缆装置将沉管管节从船坞中拉出至待拖行位置处；
16.步骤s24、将拖船与在待拖行位置处的沉管管节通过缆绳连接。
17.作为优选地，所述步骤s4包括：
18.将半潜船甲板上的弹性支座和沉管管节底部的锚固件一一对应，使弹性支座和锚固件固定连接。
19.作为优选地，所述步骤s3包括：
20.步骤s31、半潜船下潜至甲板处于沉管管节的底面以下；
21.步骤s32、半潜船上的第二绞缆装置通过带缆船与沉管管节连接；
22.步骤s33、将拖船与沉管管节分离；
23.步骤s34、半潜船通过第二绞缆装置将沉管管节从待装载位置拉移至转运位置；
24.步骤s35、半潜船上浮至沉管管节与半潜船的甲板上的弹性支座抵接。
25.作为优选地，所述步骤s35包括：
26.步骤s351、在半潜船上浮过程中，通过测控系统实时计算沉管管节与半潜船的三维动态位置；
27.步骤s352、通过船舶动力定位系统对半潜船的位置进行调节；
28.步骤s353、通过第二绞缆装置对沉管管节的位置进行调节，使弹性支座对准锚固件。
29.作为优选地，在所述步骤s35之后还包括：
30.步骤s36、半潜船上浮至设定吃水深度，以承托沉管管节离开水面；
31.步骤s37、半潜船将沉管管节完全托出水面时，通过压载调配系统调整船舱压载水分布。
32.作为优选地，在所述弹性支座和锚固件固定连接之后，还包括：
33.在锚固件与半潜船的甲板之间安装减震器。
34.作为优选地，所述步骤s5包括：
35.步骤s51、半潜船通过绕行或待航的方式避开超出设计工况的高波浪区到达目标位置处。
36.作为优选地，在所述步骤s5之后，还包括：
37.步骤s6、将沉管管节与半潜船分离。
38.作为优选地，所述步骤s6包括：
39.步骤s61、断开半潜船与沉管管节的柔性连接；
40.步骤s62、半潜船下沉至预定吃水深度，使沉管管节浮在水面上与半潜船分离；
41.步骤s63、通过拖船拖带沉管管节远离半潜船。
42.有益效果：本发明提供一种大型混凝土隧道沉管管节运输方法，半潜船移动至水面上的转运位置停泊等待，通过拖船将沉管管节从待拖行位置拖至转待装载置处，半潜船将沉管管节从待装载位置拉移至转运位置，通过将沉管管节位于半潜船的甲板上并与半潜船柔性连接，使得在运输过程中能够减少半潜船中垂或中拱对沉管管节的影响，同时，沉管管节和半潜船连接成一体后，沉管管节与半潜船能够形成复合梁结构，提高整个运输系统的结构强度，减少半潜船的变形，进一步降低半潜船中垂或中拱时对沉管管节的影响，从而减少沉管管节的开裂，避免沉管管节结构遭受破坏。
附图说明
43.图1是本发明实施例提供的混凝土隧道沉管管节运输方法的流程图；
44.图2是本发明实施例提供的半潜船与沉管管节连接的透视图；
45.图3是图2中a处的放大图；
46.图4是本发明实施例提供的沉管管节的仰视图；
47.图5是本发明实施例提供的第一绞缆装置拖拽沉管管节的示意图；
48.图6是本发明实施例提供的拖船拖行沉管管节的示意图；
49.图7是本发明实施例提供的第二绞缆装置拖拽沉管管节的示意图一；
50.图8是本发明实施例提供的第二绞缆装置拖拽沉管管节的示意图二；
51.图9是本发明实施例提供的半潜船上浮至弹性支座与沉管管节抵接的示意图；
52.图10是本发明实施例提供的半潜船承托沉管管节离开水面的示意图。
53.图中：
54.100、水面；200、船坞；300、陆地；301、第一绞缆装置；
55.1、半潜船；11、钢制墩台；12、定位桩；13、弹性支座；14、减震器；15、压载调配系统；16、船舶动力定位系统；17、第二绞缆装置；
56.2、沉管管节；21、锚固件；
57.3、拖船。
具体实施方式
58.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
59.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。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。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，待装载特征在转运特征之“上”或之“下”可以包括待装载和转运特征直接接触，也可以包括待装载和转运特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，待装载特征在转运特征“之上”、“上方”和“上面”包括待装载特征在转运特征正上方和斜上方，或仅仅表示待装载特征水平高度高于转运特征。待装载特征在转运特征“之下”、“下方”和“下面”包括待装载特征在转运特征正下方和斜下方，或仅仅表示待装载特征水平高度小于转运特征。
61.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“待装载”、“转运”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
62.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
63.混凝土隧道沉管管节远洋运输时，如果按照现有远洋货物的运输方法，即将沉管管节直接放置于甲板运输船、驳船、半潜驳与半潜船1的甲板上，或放置于垫木与支墩上，在遭遇不利海况，尤其是在高波浪区航行时，由于钢质船体与混凝土沉管管节之间刚度相差较多，船舶的中垂或中拱将引起沉管管节与船舶的变形不一致，两者出现脱离，使沉管管节局部悬空，造成沉管管节结构遭受破坏，以致整个运输活动失败。
64.参考图1-图10，本发明实施例提供了一种混凝土隧道沉管管节运输方法，包括：
65.步骤s1、半潜船1移动至水面100上的转运位置；
66.步骤s2、拖船3将在待拖行位置的沉管管节2拖至水面100上的待装载位置处；
67.步骤s3、半潜船1将沉管管节2从待装载位置拉移至转运位置，使得沉管管节2位于半潜船1的甲板上；
68.步骤s4、将沉管管节2与半潜船1柔性连接；
69.步骤s5、载有沉管管节2的半潜船1从转运位置移动至水面100上的目标位置处；
70.步骤s6、将沉管管节2与半潜船1分离。
71.通过将沉管管节2位于半潜船1的甲板上并与半潜船1柔性连接，使得在运输过程中能够减少半潜船1中垂或中拱对沉管管节2的影响，同时，沉管管节2和半潜船1通连接成一体后，沉管管节2与半潜船1能够形成复合梁结构，提高整个运输的结构强度，减少半潜船1的变形，进一步降低半潜船1中垂或中拱时对沉管管节2的影响，从而减少沉管管节2的开裂，避免沉管管节2结构遭受破坏。
72.其中，柔性连接可以是在半潜船1的甲板与沉管管节2之间设置弹性件。在本实施例中，在半潜船1的甲板与沉管管节2之间设置有弹性支座13，弹性支座13的弹性端与沉管管节2连接，以减少半潜船1在航行时中垂或中拱对沉管管节2的影响。
73.在半潜船1移动至水面100上的转运位置前，需要在半潜船1的甲板安装弹性支座13。首先通过沉管管节2重量及水文气候等条件计算得出所需要的弹性支座13的数量并设计出弹性支座13的分布，然后需要在半潜船1的甲板上按照计算结果布置相应数量的钢制墩台11，钢制墩台11与甲板间固定连接，通过钢制墩台11连接甲板与弹性支座13，增强连接的牢固性，最后将弹性支座13与钢制墩台11焊接或通过螺栓连接。
74.在此对弹性支座13的种类不做限制，在本实施例中具体设置为多层橡胶支座，多层橡胶支座可以大量的吸收震动与变形，减少船体变形与震动对沉管管节2的影响。
75.当沉管管节2在船坞200中时，还需要根据计算出的弹性支座13的数量在沉管管节2的底部进行锚固件21的预埋，锚固件21的数量以及分布应与弹性支座13保持一致，以使弹性支座13与锚固件21能够一一对应。
76.步骤s2包括：
77.步骤s21、船坞200中放水使沉管管节2浮起；
78.步骤s22、将陆地300上的第一绞缆装置301与沉管管节2连接；
79.步骤s23、第一绞缆装置301将沉管管节2从船坞200中拉出至待拖行位置处；
80.步骤s24、将拖船3与在待拖行位置处的沉管管节2通过缆绳连接。
81.具体地，在拖船3将待拖行位置的沉管管节2拖至水面100上的待装载位置处之前，需要将船坞200中带有锚固件21的沉管管节2运送至待拖行位置。首先将船坞200中放水使沉管管节2浮起，由于船坞200大小的限制，拖船3无法直接将沉管管节2从船坞200中拖出，需要先将陆地300上的第一绞缆装置301与沉管管节2连接，将沉管管节2从船坞200中拉出至待拖行位置处，再将拖船3与待拖行位置处的沉管管节2通过缆绳连接，最后由拖船3将待拖行位置的沉管管节2拖至水面100上的待装载位置处。
82.进一步地，在半潜船1的甲板上设置有多个定位桩12，多个定位桩12沿沉管管节2连接于甲板上时的外周轮廓布置，以确保沉管管节2底面的锚固件在接下来的连接过程中
能够精确地对应弹性支座。
83.步骤s3包括：
84.步骤s31、半潜船1下潜至甲板处于沉管管节2的底面以下；
85.步骤s32、半潜船1上的第二绞缆装置17通过带缆船与沉管管节2连接；
86.步骤s33、将拖船3与沉管管节2分离；
87.步骤s34、半潜船1通过第二绞缆装置17将沉管管节2从待装载位置拉移至转运位置；
88.步骤s35、半潜船1上浮至沉管管节2与半潜船1的甲板上的弹性支座13抵接。
89.具体地，在沉管管节2到达待装载位置后，为了使沉管管节2能够置于甲板上，需要半潜船1下潜至甲板处于沉管管节2的底面以下的位置，使沉管管节2浮在水面100上被拖拽至甲板的正上方，也就是转运位置。由于拖船3不能精确的控制沉管管节2的移动，则需要将设置于半潜船1上的第二绞缆装置17与沉管管节2连接并断开拖船3与沉管管节2的连接，半潜船1通过第二绞缆装置17将沉管管节2从待装载位置拉至转运位置，通过收缩第二绞缆装置17的缆绳使得沉管管节2位于甲板正上方，半潜船1上浮至沉管管节2与半潜船1的甲板上的弹性支座13抵接。
90.第一绞缆装置301和第二绞缆装置17为现有结构，在此对第一绞缆装置301和第二绞缆装置17的具体结构不作赘述。
91.进一步地，出于对连接沉管管节2过程的安全方面考虑，沉管管节2所在的待装载位置和半潜船1所在的转运位置之间需要间隔一定的距离，因此需要通过带缆船将第二绞缆装置17上的连接端运送至待装载位置并和沉管管节2连接。
92.步骤s35包括：
93.步骤s351、在半潜船1上浮过程中，通过测控系统实时计算沉管管节2与半潜船1的三维动态位置；
94.步骤s352、通过船舶动力定位系统16对半潜船1的位置进行调节；
95.步骤s353、通过第二绞缆装置17对沉管管节2的位置进行调节，使弹性支座13对准锚固件21。
96.具体地，在半潜船1上浮过程中，通过测控系统实时计算沉管管节2与半潜船1的三维动态位置，通过船舶动力定位系统16对半潜船1的位置进行调节，同时通过第二绞缆装置17对沉管管节2的位置进行调节，使弹性支座13对准锚固件21，使得半潜船1甲板上的弹性支座13和沉管管节2底部的锚固件21一一对应。
97.具体地，测控系统由多组传感器和可视化系统组成，多组传感器安装在沉管管节2和半潜船1上，可视化系统装载于半潜船1的控制室，使工作人员能够准确得知沉管管节2与半潜船1的相对位置，以做出精准的调控，保证了半潜船1甲板上的弹性支座13和沉管管节2底部的锚固件21能够一一对应。
98.步骤s35之后还包括：
99.步骤s36、半潜船1上浮至设定吃水深度，以承托沉管管节2离开水面100；
100.步骤s37、半潜船1将沉管管节2完全托出水面100时，通过压载调配系统15调整船舱压载水分布。
101.具体地，当半潜船1甲板上的弹性支座13和沉管管节2底部的锚固件21抵接后，半
潜船1继续上浮至设定吃水深度，以承托沉管管节2离开水面100，半潜船1将沉管管节2完全托出水面100时，通过压载调配系统15调整船舱压载水分布，实现半潜船运输系统重量的均匀分布，改善因沉管管节2装载位置自重过大产生的船体中垂情况，减少对船体造成的剪切力和扭矩，进而减少船体的变形，同时使得船体的稳心高度处在安全范围内，保证船体的平稳。
102.半潜船1使沉管管节2完全脱离水面100后，需要将弹性支座13和锚固件21固定连接，在本实施例中通过螺栓将弹性支座13与锚固件21连接，连接快速且拆卸方便，加快施工的进度。
103.进一步地，在锚固件21与半潜船1的甲板之间安装减震器14，减震器14的两端分别与半潜船1的甲板和锚固件21固定连接，在此对减震器14的具体种类不做限制，在本实施例中具体设置为预应力阻尼弹簧减震器14，能够有效的减少船体晃动和变形对沉管管节2的影响。预应力阻尼弹簧减震器14为现有结构，在此对预应力阻尼弹簧减震器14的具体结构不作赘述。
104.在此对弹性支座13和减震器14的数量不做限制，应根据沉管管节2的重量做具体计算，在本实施例中，每个弹性支座13周侧设置四个减震器14，对弹性支墩进行全方位的支持，保证弹性支墩的缓冲效果。
105.弹性支座13、减震器14与锚固件21能够形成一种支座系统，在连接牢固的同时，最大化的减少船体在波浪区产生的中垂或中拱对沉管管节2的影响，保证沉管管节2在运输过程中的完好，避免沉管管节2结构上的损坏，大大提高了运输任务的成功率，同时节省了因运输失败而重制沉管管节2的成本。
106.当将沉管管节2与半潜船1柔性连接为一体后，载有沉管管节2的半潜船1从转运位置移动至水面100上的目标位置处，沉管管节2与半潜船1能够形成复合梁结构，提高结构强度，减少半潜船1的变形，进一步降低半潜船1中垂或中拱时对沉管管节2的影响，从而减少沉管管节2的开裂，避免沉管管节2结构遭受破坏。
107.步骤s5包括：
108.步骤s51、半潜船1通过绕行或待航的方式避开超出设计工况的高波浪区到达目标位置处。
109.具体地，在载有沉管管节2的半潜船1从转运位置移动至水面100上的目标位置过程中，半潜船1须按照设计工况航行，时刻关注航行水文气候条件，半潜船1通过绕行或待航的方式避开超出设计工况的高波浪区到达目标位置处。
110.在步骤s5之后，还包括：
111.步骤s6、将沉管管节2与半潜船1分离。
112.具体地，步骤s6包括：
113.步骤s61、断开半潜船1与沉管管节2的柔性连接；
114.步骤s62、半潜船1下沉至预定吃水深度，使沉管管节2浮在水面100上与半潜船1分离；
115.步骤s63、通过拖船3拖带沉管管节2远离半潜船1。
116.当半潜船1到达目标位之后，需要将沉管管节2与半潜船1分离。具体地，首先断开半潜船1与沉管管节2的柔性连接，在本实施例中具体为拆掉弹性支座13、减震器14与锚固
件21之间的螺栓连接，然后半潜船1下沉至预定吃水深度，使沉管管节2浮在水面100上与半潜船1分离，在目标位置附近的拖船3与沉管管节2连接，通过拖船3拖带沉管管节2远离半潜船1。
117.进一步地，在通过拖船3拖带沉管管节2远离半潜船1过程中，由于沉管管节2浮在水面100上，难以对沉管管节2精确的控制，可能造成沉管管节2打转甚至对船只造成损坏，因此需要半潜船1上的第二绞缆装置17同时连接于沉管管节2，对沉管管节2进行控制，保证沉管管节2平稳地远离甲板，至此完成对沉管管节2的远洋运输。
118.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，包括：步骤s1、半潜船(1)移动至水面(100)上的转运位置；步骤s2、拖船(3)将在待拖行位置的沉管管节(2)拖至水面(100)上的待装载位置处；步骤s3、半潜船(1)将沉管管节(2)从待装载位置拉移至转运位置，使得沉管管节(2)位于半潜船(1)的甲板上；步骤s4、将沉管管节(2)与半潜船(1)柔性连接；步骤s5、载有沉管管节(2)的半潜船(1)从转运位置移动至水面(100)上的目标位置处。2.根据权利要求1所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s2之前包括：步骤s21、船坞(200)中放水使沉管管节(2)浮起；步骤s22、将陆地(300)上的第一绞缆装置(301)与沉管管节(2)连接；步骤s23、第一绞缆装置(301)将沉管管节(2)从船坞(200)中拉出至待拖行位置处；步骤s24、将拖船(3)与在待拖行位置处的沉管管节(2)通过缆绳连接。3.根据权利要求1所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s4包括：将半潜船(1)甲板上的弹性支座(13)和沉管管节(2)底部的锚固件(21)一一对应，使弹性支座(13)和锚固件(21)固定连接。4.根据权利要求3所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s3包括：步骤s31、半潜船(1)下潜至甲板处于沉管管节(2)的底面以下；步骤s32、半潜船(1)上的第二绞缆装置(17)通过带缆船与沉管管节(2)连接；步骤s33、将拖船(3)与沉管管节(2)分离；步骤s34、半潜船(1)通过第二绞缆装置(17)将沉管管节(2)从待装载位置拉移至转运位置；步骤s35、半潜船(1)上浮至沉管管节(2)与半潜船(1)的甲板上的弹性支座(13)抵接。5.根据权利要求4所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s35包括：步骤s351、在半潜船(1)上浮过程中，通过测控系统实时计算沉管管节(2)与半潜船(1)的三维动态位置；步骤s352、通过船舶动力定位系统(16)对半潜船(1)的位置进行调节；步骤s353、通过第二绞缆装置(17)对沉管管节(2)的位置进行调节，使弹性支座(13)对准锚固件(21)。6.根据权利要求4所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，在所述步骤s35之后还包括：步骤s36、半潜船(1)上浮至设定吃水深度，以承托沉管管节(2)离开水面(100)；步骤s37、半潜船(1)将沉管管节(2)完全托出水面(100)时，通过压载调配系统(15)调整船舱压载水分布。7.根据权利要求3所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，在所述弹性支座(13)和锚固件(21)固定连接之后，还包括：
在锚固件(21)与半潜船(1)的甲板之间安装减震器(14)。8.根据权利要求1所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s5包括：步骤s51、半潜船(1)通过绕行或待航的方式避开超出设计工况的高波浪区到达目标位置处。9.根据权利要求1-8任一项所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，在所述步骤s5之后，还包括：步骤s6、将沉管管节(2)与半潜船(1)分离。10.根据权利要求9所述的混凝土隧道沉管管节运输方法，其特征在于，所述步骤s6包括：步骤s61、断开半潜船(1)与沉管管节(2)的柔性连接；步骤s62、半潜船(1)下沉至预定吃水深度，使沉管管节(2)浮在水面(100)上与半潜船(1)分离；步骤s63、通过拖船(3)拖带沉管管节(2)远离半潜船(1)。

技术总结
本发明属于水上交通运输技术领域，公开了一种混凝土隧道沉管管节运输方法，包括：步骤S1、半潜船移动至水面上的转运位置；步骤S2、拖船将在待拖行位置的沉管管节拖至水面上的待装载位置处；步骤S3、半潜船将沉管管节从待装载位置拉移至转运位置，使得沉管管节位于半潜船的甲板上；步骤S4、将沉管管节与半潜船柔性连接；步骤S5、载有沉管管节的半潜船从转运位置移动至水面上的目标位置处。通过沉管管节与半潜船柔性连接，在运输过程中能减少半潜船因波浪引起的中垂或中拱对沉管管节的影响；沉管管节和半潜船连接在一体后形成复合梁结构，提高结构强度，减少半潜船的变形，进一步降低半潜船中垂或中拱对沉管管节的影响，避免沉管管节结构遭受破坏。节结构遭受破坏。节结构遭受破坏。


技术研发人员：黄贤俊 王阳刚 李军 陈晓明 万兵 余乐 吴雄祥 王桐 潘博玑 王栋 周志慧 刘骐 赖彬彬
受保护的技术使用者：交通运输部广州打捞局
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/4/5