本發明屬于交通運輸中水運工程施工技術領域，尤其涉及一種自航式半潛船出運大型沉管的施工工藝。

背景技術：

水底隧道是由多根體積和重量巨大的沉管相互連接而成，沉管類型主要有鋼殼混凝土沉管和鋼筋混凝土沉管，目前，沉管的加工和運輸方法主要是采用兩步法，即首先在沉管預制廠進行沉管預制和澆筑混凝土，并完成舾裝件安裝工藝，然后通過拖運裝備將沉管長距離浮運至沉管施工基槽區域進行沉管安裝。因沉管預制和澆筑完成后重量巨大，將其浮運至施工基槽區域的過程中，對拖運裝備的動力要求較高，并且因拖運裝備的吃水大，對浮運航道的深度要去較高，通常需要開挖航道，增加了時間和經濟成本，而且，通常沉管預制廠距離沉管施工基槽區域路線很長，并且浮運過程中受浪流等自然條件的影響較大，導致沉管浮運時間很長，不利于提高施工效率。

中國專利CN106088155A公開了一種鋼殼沉管隧道管節預制浮運舾裝工藝，包括以下步驟，在陸地上完成隧道管節的鋼殼的制造；將制造好的鋼殼浮運至隧道地址處的混凝土澆筑與舾裝碼頭；在混凝土澆筑與舾裝碼頭對所述鋼殼進行混凝土澆筑和舾裝件的安裝，完成隧道管節的制作；將制作好的隧道管節運至沉放位置沉放安裝。該發明公布的鋼殼沉管隧道管節預制浮運舾裝工藝只能適用于鋼殼混凝土沉管的浮運和舾裝，并不能適用于鋼筋混凝土沉管，并且鋼殼混凝土沉管的預制鋼殼在浮運過程中，受到浪流的影響，會對沉管的預制鋼殼的形狀及結構產生不利影響。

因此，設計出一種具有較高運輸效率的沉管出運工藝，能夠縮短沉管浮運距離，降低對浮運航道深度和寬度要求，并且具有廣泛的通用性，對于本領域技術人員來說是必須要解決的首要問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中沉管出運效率低且對航道和拖運裝備要求高的技術問題，提出一種具有較高運輸效率的沉管出運工藝，能夠縮短沉管浮運距離，降低對浮運航道深度和寬度要求，并且具有廣泛的通用性。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自航式半潛船出運大型沉管施工工藝，用于將沉管從沉管預制廠運輸至沉管安裝施工的基槽區，包括以下步驟：

S1：在基槽區旁設系泊舾裝區以及與系泊舾裝區相鄰的回旋水域，該系泊舾裝區設置有可開閉的塢門，回旋水域與系泊舾裝區設置有塢門的一邊相鄰；

S2：在沉管預制廠完成沉管預制工序；

S3：啟動半潛船，行駛半潛船至預制廠的深塢中并下潛，將沉管絞移至半潛船上，完成裝載工序；

S4：上浮半潛船，并向系泊舾裝區方向行駛半潛船，開啟塢門，行駛半潛船進入系泊舾裝區；

S5：關閉塢門，在系泊舾裝區內下潛半潛船，將沉管絞移至系泊舾裝區，完成卸載工序；

S6：開啟塢門，上浮半潛船，并行駛半潛船使其退出系泊舾裝區；

S7：啟動沉管安裝船并行駛進入系泊舾裝區，將沉管安裝船騎跨固定至沉管上，關閉塢門；

S8：在系泊舾裝區完成沉管的舾裝工序；

S9：開啟塢門，將沉管及沉管安裝船絞移至回旋水域后，關閉塢門；

S10：啟動拖輪并將其駐位，行駛拖輪及沉管安裝船以將沉管浮運至基槽區；

S11：向沉管內加載壓載水并將沉管安裝船吊浮，沉管沉放安裝就位，完成沉管安裝工序。

作為優選，步驟S1中，系泊舾裝區是由多個鋼圓筒直立排列圍堰而成的封閉區域。

作為優選，步驟S1中，系泊舾裝區的長度大于1.5倍的沉管長度。

作為優選，步驟S1中，系泊舾裝區的長度大于2倍的沉管長度。

作為優選，步驟S1中，系泊舾裝區的寬度大于3倍的沉管寬度。

作為優選，步驟S1中，系泊舾裝區的寬度大于沉管寬度與沉管安裝船的寬度之和。

作為優選，步驟S3中，向半潛船的壓載艙內加載壓載水使其下潛至半潛船甲板低于沉管底部1m。

作為優選，步驟S4中，釋放半潛船壓載艙內的壓載水使其上浮至半潛船甲板高于水面1m。

作為優選，步驟S5中，向半潛船的壓載艙內加載壓載水使其下潛至半潛船甲板低于沉管底部0.5m-1m。

作為優選，步驟S6中，釋放半潛船壓載艙內的壓載水使其上浮至半潛船空載的吃水高度。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

1、本發明的自航式半潛船出運大型沉管施工工藝，通過在基槽區旁設系泊舾裝區，半潛船在沉管預制廠的深塢中將沉管裝載并運輸至系泊舾裝區，在系泊舾裝區完成對沉管的舾裝工序后由沉管安裝船及拖輪將沉管浮運至沉管安裝施工的基槽區，與現有技術相比，首先，大大減少了沉管浮運的距離，將運輸沉管的工作效率提高至3-4倍；其次，因半潛船運輸沉管比現有技術中沉管浮運時吃水更小，從而大大降低了對航道深度的要求，無需開挖航道，進一步節省了時間和經濟成本；再次，半潛船運輸沉管對浪流等自然條件的要求較低，降低了運輸沉管的限制條件，進一步提高了運輸沉管的工作效率。

2、本發明的自航式半潛船出運大型沉管施工工藝，系泊舾裝區由由鋼圓筒直立圍堰而成并設置有可開閉的塢門，在進行沉管卸載及沉管舾裝工序時，塢門處于關閉狀態，系泊舾裝區成為封閉區域，能夠有效避免波浪、水流對沉管卸載及沉管舾裝工作的影響；同時，能夠減少系泊舾裝區對水域河流的流向的影響。

附圖說明

圖1為本發明的半潛船進入系泊舾裝區示意圖；

圖2為本發明的沉管卸載示意圖；

圖3為本發明半潛船退出系泊舾裝區示意圖；

圖4為圖2中A-A方向示意圖；

圖5為圖3中B-B方向示意圖。

以上各圖中：1、系泊舾裝區；11、直圓筒；12、塢門；2、回旋水域；3、沉管；4、半潛船；5、水面。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“內”、“外”、“上”、“下”、等指示的方位或位置關系為基于附圖1所示的位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

一種自航式半潛船出運大型沉管施工工藝，用于將沉管3從沉管預制廠運輸至沉管安裝施工的基槽區，包括以下步驟：

S1：在基槽區旁設系泊舾裝區1以及與系泊舾裝區1相鄰的回旋水域2，該系泊舾裝區1設置有可開閉的塢門12，回旋水域2與系泊舾裝區1設置有塢門12的一邊相鄰；

S2：在沉管預制廠完成沉管3預制工序；

S3：啟動半潛船1，行駛半潛船4至預制廠的深塢中并下潛，將沉管3絞移至半潛船4上，完成裝載工序；

S4：上浮半潛船4，并向系泊舾裝區1方向行駛半潛船4，開啟塢門12，行駛半潛船4進入系泊舾裝區1；

S5：關閉塢門12，在系泊舾裝區1內下潛半潛船4，將沉管3絞移至系泊舾裝區1，完成卸載工序；

S6：開啟塢門12，上浮半潛船4，并行駛半潛船4使其退出系泊舾裝區1；

S7：啟動沉管安裝船并行駛進入系泊舾裝區1，將沉管安裝船騎跨固定至沉管3上，關閉塢門12；

S8：在系泊舾裝區1完成沉管3的舾裝工序；

S9：開啟塢門12，將沉管3及沉管安裝船絞移至回旋水域2后，關閉塢門12；

S10：啟動拖輪并將其駐位，行駛拖輪及沉管安裝船以將沉管3浮運至基槽區；

S11：向沉管3內加載壓載水并將沉管安裝船吊浮，沉管3沉放安裝就位，完成沉管3安裝工序。

本發明的自航式半潛船出運大型沉管施工工藝，通過在基槽區旁設系泊舾裝區1，半潛船4在沉管預制廠的深塢中將沉管3裝載至半潛船4上，并運輸至系泊舾裝區1，在系泊舾裝區1完成對沉管3的舾裝工序后由沉管安裝船及拖輪將沉管浮運至沉管安裝施工的基槽區。本發明的自航式半潛船出運大型沉管施工工藝與現有技術相比，首先，大大減少了沉管3浮運的距離，將運輸沉管3的工作效率提高至3-4倍；其次，因半潛船4運輸沉管3比現有技術中沉管3浮運時吃水更小，從而大大降低了對航道深度的要求，無需開挖航道，進一步節省了時間和經濟成本；再次，半潛船4運輸沉管3對浪流等自然條件的要求較低，降低了運輸沉管3的限制條件，從另一方面提高了運輸沉管3的工作效率。

沉管3在沉管預制廠完成預制工作后進入沉管預制廠的深塢中，沉管吃水一定高度并滿足其浮力等于重力而漂浮在水面5上，半潛船4依靠自身動力行駛進入深塢中，向半潛船4的壓載艙內加載壓載水使半潛船4下潛，直至半潛船甲板低于沉管3底部達到第一高度值時，停止下潛，通過絞移的方式將沉管3絞移至半潛船4上，并釋放壓載水使半潛船4上浮，完成沉管3裝載工序。絞移沉管3通過卷揚機來完成，纜繩一端固定在沉管3上，一端與卷揚機相連，通過卷揚機工作將沉管3絞移至半潛船4上。為了使下潛過程中半潛船4所有樁腿的載荷分布均勻，應同時同速向半潛船4的每個壓載艙內加載壓載水，以保證下潛過程的安全和穩定。作為優選，第一高度值為1m，為施工作業留出安全空間，以方便將纜繩與沉管3固定。

參見圖1，圖1為本發明的半潛船進入系泊舾裝區示意圖。如圖1所示，沉管3裝載至半潛船4上后，釋放半潛船4壓載艙內的壓載水使半潛船4上浮，直至半潛船甲板高于水面5達到第二高度值，為了使上浮過程中半潛船4所有樁腿的載荷分布均勻，應同時同速釋放半潛船4的每個壓載艙內內的壓載水，以保證上浮過程的安全和穩定。第二高度值優選為1m，以保證半潛船4安全運輸沉管3至系泊舾裝區1。半潛船4行駛至系泊舾裝區1的塢門12附近后，打開塢門12，半潛船4行駛進入系泊舾裝區1。半潛船4行駛進入系泊舾裝區1后，關閉塢門12，系泊舾裝區1成為封閉的區域，避免了波浪、水流等自然條件對沉管3卸載工作的影響。

參見圖2，圖2為本發明的沉管卸載示意圖。如圖2所示，向半潛船4壓載艙內加載壓載水使半潛船4在系泊舾裝區1內下潛，直至半潛船甲板低于沉管3的底部達到第三高度值，然后將沉管3絞移至系泊舾裝區1，完成沉管3的卸載工序。為了使下潛過程中半潛船4所有樁腿的載荷分布均勻，應同時同速向半潛船4的每個壓載艙內加載壓載水，以保證下潛過程的安全和穩定。絞移沉管3通過卷揚機來完成，纜繩一端固定在沉管3上，一端與卷揚機相連，通過卷揚機工作從而將沉管3從半潛船4絞移至系泊舾裝區1內。作為優選，第三高度值為0.5m-1m，從而為施工作業留出安全空間，以方便將纜繩與沉管3固定。

參見圖3，圖3為本發明半潛船退出系泊舾裝區示意圖。如圖3所示，完成沉管3卸載工序后，釋放半潛船4壓載艙內的壓載水使半潛船4上浮至半潛船4空載的吃水高度。半潛船4上浮后打開塢門12，半潛船4向后行駛退出系泊舾裝區1，沉管安裝船進入系泊舾裝區1并騎跨固定至沉管3上，然后關閉塢門12，使系泊舾裝區1再次成為封閉區域，并對位于系泊舾裝區1內的沉管3進行測量塔、系纜柱和導梁等舾裝件的安裝標定工作，完成沉管3的舾裝工序。系泊舾裝區1為封閉區域，避免了波浪、水流等自然條件對沉管3進行舾裝作業的影響。需要說明的是，為了使上浮過程中半潛船4所有樁腿的載荷分布均勻，應同時同速釋放半潛船4的每個壓載艙內的壓載水，以保證上浮過程的安全和穩定。

需要說明的是，系泊舾裝區1是由多個鋼圓筒11直立排列圍堰而成的封閉區域，為了能夠為沉管3的卸載和舾裝工序提供充裕的工作空間，系泊舾裝區1的寬度應當大于3倍的沉管3的寬度；當系泊舾裝區1一次只系泊一個沉管時，系泊舾裝區1的長度應當大于1.5倍的沉管3的長度，當當系泊舾裝區1可同時系泊兩個沉管時，系泊舾裝區1的長度應當大于2倍的沉管3的長度。

進一步地，沉管安裝船的跨度等于沉管3的寬度，以確保沉管安裝船與沉管3精確配合，并通過吊索將沉管安裝船與沉管3固定連接在一起。

完成舾裝工序后，打開塢門12，通過絞移的方式將沉管安裝船及沉管3絞移至與系泊舾裝區1的塢門12一邊相鄰的回旋水域2，并關閉塢門12，使系泊舾裝區1成為封閉區域，避免其對河流水流的流向產生影響。在回旋水域2內，啟動拖輪并行駛拖輪使其駐位，行駛拖輪及沉管安裝船以將沉管3浮運至沉管3安裝施工的基槽區。為了精確控制沉管3浮運的方向，拖輪優選為8個，其中，在沉管3行駛方向的兩側各設置兩個拖輪，以抵抗水流或波浪對沉管3浮運方向的影響；在沉管3行駛方向的前方設置兩個拖輪，以為沉管3的浮運提供動力；在沉管3行駛方向的后方設置兩個拖輪，以及時糾正沉管3因水流或波浪的影響而偏離浮運方向。

需要說明的是，為了能為沉管3及沉管安裝船絞移至回旋水域2的工作提供充裕的工作空間，系泊舾裝區1的寬度還應當大于沉管3與沉管安裝船的寬度之和。

沉管3到達基槽區后，向沉管3內加載壓載水并將沉管安裝船吊浮，沉管3沉放安裝就位，完成沉管3安裝工序。為保證沉管3沉放過程中的穩定性以及沉放位置的精確性，向沉管3內加載壓載水時要緩慢均勻。

參見圖4，圖4為圖2中A-A方向示意圖。如圖4所示，系泊舾裝區1的多個鋼圓筒11的頂面形成的工作區域上設置有用于卸載沉管3的卷揚機，纜繩一端固定在沉管3上，一端與卷揚機相連，通過卷揚機工作從而將沉管3從半潛船4絞移至系泊舾裝區1內的水域，因沉管3所受浮力等于其自身重力而漂浮在水面5上，并且直圓筒11的頂部高于水面5的高度應當滿足第四高度值。為了避免波浪、水流等對鋼圓筒11的頂面形成的工作區域造成影響，進而保證沉管3卸載工序的正常進行，第四高度值優選為3.5m。

參見圖5，圖5為圖3中B-B方向示意圖。如圖5所示，系泊舾裝區1的多個直圓筒11相互緊密排列，在其頂面形成的工作區域上還設置有用于對沉管3完成舾裝工序的塔吊，圓筒11的頂部高于水面5的高度滿足第四高度值時，相應地可以保證沉管3舾裝工序的正常進行。