CN109056817B - 用于沉管隧道施工的水袋压载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于沉管隧道施工的水袋压载方法，包括以下步骤：S1：根据沉管所受浮力，计算水袋压载系统中水袋需要铺设的数量及摆放位置；S2：在沉管内布置和安装水袋压载系统；S3：对水袋进行蓄水检漏；S4：沉管浮运和沉放时，通过对水袋进行蓄水与泄水，控制和调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态；S5：沉管安装完成后，拆除水袋压载系统。本发明具有施工步骤简单、操作效率高、控制精度高、施工成本和人工成本低的优点，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及沉管隧道施工领域。更具体地说，本发明涉及用于沉管隧道施工的水袋压载方法。
背景技术
目前，在沉管隧道施工中，多采用水箱压载的方法，用于调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态，现有的水箱结构主要包括钢板和钢木结构，而此结构材料成本较高，且拆装组合时工序繁琐、工人劳动强度大、花费时间长。如采用钢板作为箱体，因焊接工程量大，还将导致隧道内烟尘大，作业环境恶劣的问题。虽然改进后的钢木结构水箱减少了大量焊接工作，但在拆装主体骨架和方木时依然存在也操作复杂，材料成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供施工简单、施工成本低、操作效率高的用于沉管隧道施工的水袋压载方法，用水袋压载代替了传统沉管施工中水箱压载的方法，施工方法实用性强、控制精度高。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了用于沉管隧道施工的水袋压载方法，包括以下步骤：
S1：根据沉管所受浮力，计算水袋压载系统中水袋需要铺设的数量及摆放位置；
S2：在沉管内布置和安装水袋压载系统；
S3：对水袋进行蓄水检漏；
S4：沉管浮运和沉放时，通过对水袋进行蓄水与泄水，控制和调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态；
S5：沉管安装完成后，拆除水袋压载系统。
优选的是，所述水袋压载系统包括多个水袋压载单元、进水总管线、出水总管线；
所述水袋压载单元包括：
搁置架，其包括多根内部中空的立柱和多个层板，多根立柱竖直间隔设置，所述层板水平设于多根立柱之间且端部与多根立柱均支撑连接，且多个层板沿竖直方向间隔设置；
水袋，其为多个，多个水袋分别设于多个层板上；
进水管路，其包括进水管线、多根进水支管线、多个第一流量计及多个第一电磁阀，所述进水管线从其中一根立柱的中空腔体中穿过，且所述进水管线的一端位于立柱的外部，所述进水管线的另一端封闭，所述进水管线分别与多个水袋之间通过多根进水支管线密封连通，且多根进水支管线与进水管线之间均设有第一流量计和第一电磁阀，所述第一流量计、第一电磁阀均与控制器信号连接；
出水管路，其包括出水管线、多根出水支管线、多个第二流量计及多个第二电磁阀，所述出水管线从另一根立柱的中空腔体中穿过，且所述出水管线的一端位于立柱的外部，所述出水管线的另一端封闭，所述出水管线分别与多个水袋之间通过多根出水支管线密封连通，多根出水支管线与出水管线之间均设有第二流量计和第二电磁阀，所述第二流量计、第二电磁阀均与控制器信号连接；
多个水袋压载单元沿沉管的长度方向间隔设置于沉管内，且多个水袋压载单元的进水管线均连通至进水总管线，每个水袋压载单元的进水管线均与进水总管线之间设有第三电磁阀，所述第三电磁阀均与控制器信号连接，多个水袋压载单元的出水管线均连通至出水总管线。
优选的是，所述水袋的底部设有进出水口，所述层板的内部设有用于使进水支管线及出水支管线通过的通道，且所述进水支管线和出水支管线分别从层板内部的通道中穿过并分别与水袋的进出水口连通。
优选的是，所述水袋压载单元设于沉管的顶板和底板之间，且所述水袋压载单元紧贴沉管的中隔板设置，并与沉管的外侧墙之间留有空间。
优选的是，所述水袋压载单元还包括固定架，其为多个，分别设于多个层板上，所述水袋均设于所述固定架内，所述固定架包括：
水平板，其水平设于所述层板上并具有使进水支管线和出水支管线穿过的通孔；
竖直阻挡机构，其为多个，均设于所述水平板的端部，所述竖直阻挡机构包括竖直设置的外套杆，以及下端可滑动的套设于所述外套杆内并依次分级可滑动套设的第一内套杆、第二内套杆……第n内套杆，所述第一内套杆、第二内套杆……第n内套杆底部的边缘均向外延伸有阻挡块以防止下级内套杆从上级内套杆或外套杆内滑出，且位于最内层的第n内套杆的顶部向所述水平板的中心延伸有水平挡板，所述水平挡板位于所述水袋的上部。
优选的是，所述层板的中心设有与其内部的通道连通的第一圆孔，且所述进水支管线和出水支管线均穿过所述第一圆孔并与水袋的进出水口连通，所述固定架的水平板包括多个定板和多个动板，多个动板和多个定板分别沿所述第一圆孔的周向水平交替设置，且所述定板的一端均与层板在第一圆孔处固定连接，所述动板的一端均与层板在第一圆孔处竖直铰接，多个定板和多个动板的另一端分别沿所述圆孔的径向辐射状延伸，且多个所述竖直阻挡机构分别设于所述动板上表面的端部。
优选的是，所述固定架还包括支撑定位机构，其为多个，分别设于多个动板的远离第一圆孔的端部，所述层板的上表面向内凹陷形成多个第一凹槽，所述第一凹槽可恰好容设所述支撑定位机构，所述支撑定位机构包括定位板和一对支撑板，所述定位板的上表面固定于所述动板的下表面，所述定位板的下表面向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽中沿其长度方向相对设有一对支撑板，且一对支撑板分别竖直铰接于第二凹槽内部的两端，一对支撑板相邻的端部分别设有一对底座。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明在沉管隧道施工的过程中，采用水袋压载代替了常规方法中使用的水箱压载，其主要材料为水袋和搁置架等，组装方便，并且没有复杂的拆装组合和焊接等工作，施工简便；
2、本发明中采用的水袋和搁置架等均可重复利用，节省了材料成本，且所需技术工种和人数减少，人工成本降低，沉管内空气质量也得到保证，满足文明施工的要求；
3、本发明中采用的搁置架上还设有固定架，可以对水袋的位置进行限定，并且在施工结束对水袋进行泄水时可以辅助排空水袋内部的水，实用性强，操作方便；
4、本发明中的水袋压载系统通过流量计和电磁阀与控制器相连接的控制系统，实现对水袋压载系统自动蓄水和泄水，控制精度高，操作效率高，节约人工成本。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述水袋压载系统的俯视图；
图2为本发明所述水袋压载单元的布置图；
图3为本发明所述水袋压载单元的结构示意图；
图4为本发明所述搁置架的俯视图；
图5为本发明所述竖直阻挡机构的结构示意图；
图6为本发明所述支撑定位机构的仰视图；
图7为本发明所述支撑定位机构的结构示意图；
图8为本发明所述沉管水袋压载系统的控制结构示意图。
附图标记说明：
1-水袋；101-进出水口；2-搁置架；201-立柱；202-层板；3-进水管路；301-进水管线；302-进水支管线；303-第一流量计；304-第一电磁阀；305-第三电磁阀；4-出水管路；401-出水管线；402-出水支管线；403-第二流量计；404-第二电磁阀；5-进水总管线；6-出水总管线；7-固定架；701-动板；702-定板；703-竖直阻挡机构；7031-外套杆；7032-第一内套杆；7033-第二内套杆；7034-水平挡板；704-支撑定位机构；7041-定位板；7042-支撑板；8-中隔板；9-外侧墙；10-底板；11-顶板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“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，并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。
本发明提供用于沉管隧道施工的水袋压载方法，其包括以下步骤：
S1：根据沉管所受浮力，计算水袋压载系统中水袋需要铺设的数量及摆放位置，计算方法为：G水＝a×rw×V-G自，其中：G水为水袋内水的重量(t)；a为各工况下的抗浮系数；V为各工况下管段的排水体积(m3)；rw为现场沉放点处水容重(t/m3)；G自为各工况下管段的总重量(t)(不含水袋压载水的重量)；
S2：在沉管内布置和安装水袋压载系统；
S3：对水袋进行蓄水检漏，以确保水袋不漏水，如发现漏水，不得使用；
S4：沉管浮运和沉放时，通过对水袋进行蓄水与泄水，控制和调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态；
S5：沉管安装完成后，拆除水袋压载系统，供下次重复利用。
如图1-3和图8所示，在另一种技术方案中，所述水袋压载系统包括多个水袋压载单元、进水总管线5、出水总管线6；
所述水袋压载单元包括：
搁置架2，其包括多根内部中空的立柱201和多个层板202，多根立柱201竖直间隔设置，所述层板202水平设于多根立柱201之间且端部与多根立柱201均支撑连接，且多个层板202沿竖直方向间隔设置；
水袋1，其为多个，多个水袋1分别设于多个层板202上；
进水管路3，其包括进水管线301、多根进水支管线302、多个第一流量计303及多个第一电磁阀304，所述进水管线301从其中一根立柱201的中空腔体中穿过，且所述进水管线301的一端位于立柱201的外部，所述进水管线301的另一端封闭，所述进水管线301分别与多个水袋1之间通过多根进水支管线302密封连通，且多根进水支管线302与进水管线301之间均设有第一流量计303和第一电磁阀304，所述第一流量计303、第一电磁阀304均与控制器信号连接；
出水管路4，其包括出水管线401、多根出水支管线402、多个第二流量计403及多个第二电磁阀404，所述出水管线401从另一根立柱201的中空腔体中穿过，且所述出水管线401的一端位于立柱201的外部，所述出水管线401的另一端封闭，所述出水管线401分别与多个水袋1之间通过多根出水支管线402密封连通，多根出水支管线402与出水管线401之间均设有第二流量计403和第二电磁阀404，所述第二流量计403、第二电磁阀404均与控制器信号连接；
多个水袋压载单元沿沉管的长度方向间隔设置于沉管内，且多个水袋压载单元的进水管线301均连通至进水总管线5，每个水袋压载单元的进水管线301均与进水总管线5之间设有第三电磁阀305，所述第三电磁阀305均与控制器信号连接，多个水袋压载单元的出水管线401均连通至出水总管线6。
在上述技术方案中，所述水袋压载系统包括多个水袋压载单元，及与多个水袋压载单元连结的进水总管线5、出水总管线6；
其中所述水袋压载单元包括搁置架2、多个水袋1、进水管路3和出水管路4：其中所述水袋1采用橡胶等柔性材料制成，所述搁置架2包括具有中空腔体的立柱201及多个层板202，多根立柱201竖直设置，多个层板202水平间隔设置于多根立柱201之间，优选的是，所述立柱201至少为四根，并与矩形层板202的四个角均固定连接，层板202的大小为可用于安放蓄满水之后水袋1，多个层板202沿竖直方向均匀间隔设置，每个层板202上分别设有矩形的水袋1，其中水袋1的层数由计算确定；搁置架2的其中两根立柱201的中空腔体中分别设有进水管线301和出水管线401，且所述进水管线301的进水口及出水管线401的出水口均设于立柱201外部，进水管线301分别与每层水袋1内部的储水腔通过进水支管线302连通，出水支管线402分别与每层水袋1内部的储水腔体通过出水支管线402连通，且每根进水支管线302与进水管线301之间均设有第一流量计303和第一电磁阀304，每根出水支管线402与出水管线401之间均设有第二流量计403和第二电磁阀404，通过进水管路3和出水管路4可实现对多个水袋1同时或单独进行蓄水和泄水，并且可以对每个水袋1内的蓄水量进行单独调控，第一流量计303、第二流量计403将信号传递给控制器，控制器控制第一电磁阀304和第二电磁阀404的开闭，控制过程实现自动化；
多个水袋压载单元沿沉管的长度方向间隔设置于沉管内，且均匀对称布置，多个水袋压载单元的进水管路3均与进水总管线5连通、出水管路4均与出水总管线6连通，通过连接有泵的进水总管线5可以同时对多个水袋压载单元进行蓄水，且通过控制器控制第三电磁阀305的开闭还可实现对单个或多个水袋压载单元单独进行蓄水操作，整个过程控制精度高，操作效率高，节约人工成本。
在另一种技术方案中，所述水袋1的底部设有进出水口101，所述层板202的内部设有用于使进水支管线302及出水支管线402通过的通道，且所述进水支管线302和出水支管线402分别从层板202内部的通道中穿过并分别与水袋1的进出水口101连通，在此技术方案中，水袋1进出水共用一个开口，且进水支管线302及出水支管线402均从层板202内部穿过，便于管线收纳，施工现场整洁，结构稳定。
在另一种技术方案中，所述水袋压载单元设于沉管的顶板11和底板10之间，最上层水袋1蓄满水后与沉管隧道的顶板11之间留有一定距离，且所述水袋压载单元紧贴沉管的中隔板8设置，并与沉管的中隔板9之间留有空间，方便施工人员通过。
如图4-5所示，在另一种技术方案中，所述水袋压载单元还包括固定架7，其为多个，分别设于多个层板202上，所述水袋1均设于所述固定架7内，所述固定架7包括：
水平板，其水平设于所述层板202上并具有使进水支管线302和出水支管线402穿过的通孔；
竖直阻挡机构703，其为多个，均设于所述水平板的端部，所述竖直阻挡机构703包括竖直设置的外套杆7031，以及下端可滑动的套设于所述外套杆7031内并依次分级可滑动套设的第一内套杆7032、第二内套杆7033……第n内套杆，所述第一内套杆7032、第二内套杆7033……第n内套杆底部的边缘均向外延伸有阻挡块以防止下级内套杆从上级内套杆或外套杆7031内滑出，且位于最内层的第n内套杆的顶部向所述水平板的中心延伸有水平挡板7034，所述水平挡板7034位于所述水袋1的上部。
在上述技术方案中，所述竖直阻挡机构703包括一个外套杆7031和多个内套杆，所述外套杆7031的内部均具有中空的腔体，且顶面均设有开口，外套杆7031的内部可滑动套设有第一内套杆7032，第一内套杆7032的底部向外延伸有阻挡块，阻挡块的大小大于外套杆7031顶面的开口，当第一内套杆7032沿长度方向相对于外套杆7031向上滑动时，不会从外套杆7031的内部滑出，同理第一内套杆7032的内部套设有第二内套杆7033……位于最内层的第n内套杆的顶端延伸有水平挡板7034，内套杆的数量及竖直阻挡机构703的总长度取决于水袋1蓄满水后的高度，当对水袋1进行蓄水时，随着水袋1内水量的增多，水袋1的高度逐渐增加，水袋1的顶部与水平挡板7034接触并带动水平挡板7034下部的内套杆向上滑动，随着水袋1高度的增加，竖直阻挡机构703的高度也逐渐增加，所述竖直阻挡机构703不仅可以在水平方向对水袋1进行限位，还可以在竖直方向对水袋1进行限位，防止水袋1从层板202上滑落。
在另一种技术方案中，所述层板202的中心设有与其内部的通道连通的第一圆孔，且所述进水支管线302和出水支管线402均穿过所述第一圆孔并与水袋1的进出水口101连通，所述固定架7的水平板包括多个定板702和多个动板701，多个动板701和多个定板702分别沿所述第一圆孔的周向水平交替设置，且所述定板702的一端均与层板202在第一圆孔处固定连接，所述动板701的一端均与层板202在第一圆孔处竖直铰接，多个定板702和多个动板701的另一端分别沿所述圆孔的径向辐射状延伸，且多个所述竖直阻挡机构703分别设于所述动板701另一端部的上表面。
在上述技术方案中，所述定板702的远离第一圆孔的端部设有竖直阻挡机构703，可对水袋1进行限位，所述动板701远离第一圆孔的端部可相对于层板202向上倾斜，所有的动板701均向上倾斜后，可形成漏斗状的结构，当对水袋1进行泄水时，多个动板701构成的漏斗状结构可辅助水袋1将内部的水排空，优选的是，所述水平板与层板202均为矩形，所述竖直阻挡机构703与定板702的个数相同并一一对应设于定板702的端部。
如图6-7所示，在另一种技术方案中，所述固定架7还包括支撑定位机构704，其为多个，分别设于多个动板701的远离第一圆孔的端部，所述层板202的上表面向内凹陷形成多个第一凹槽，所述第一凹槽可恰好容设所述支撑定位机构704，所述支撑定位机构704包括定位板7041和一对支撑板7042，所述定位板7041的上表面固定于所述动板701的下表面，所述定位板7041的下表面向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽中沿其长度方向相对设有一对支撑板7042，且一对支撑板7042分别竖直铰接于第二凹槽内部的两端，一对支撑板7042相邻的端部分别设有一对底座。
在上述技术方案中，所述支撑定位机构704设于所述动板701的下表面且凸出于所述动板701的下表面，将所述定位机构卡进层板202上的第一凹槽内可对动板701进行限位，防止动板701相对于层板202滑动，所述动板701为两个斜边相等的类三角形结构，所述支撑定位机构704包括定位板7041和设于所述定位板7041的第二凹槽内的一对支撑板7042，由于支撑板7042的一端铰接于第二凹槽内，可将支撑板7042带有底座的另一端从第二凹槽内转出并支撑于层板202上，使动板701保持倾斜状态直至水袋1内部的水排空，当动板701需要放下时将一对支撑板7042收纳到定位板7041的第二凹槽内。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.用于沉管隧道施工的水袋压载方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据沉管所受浮力，计算水袋压载系统中水袋需要铺设的数量及摆放位置；
S2：在沉管内布置和安装水袋压载系统；
S3：对水袋进行蓄水检漏；
S4：沉管浮运和沉放时，通过对水袋进行蓄水与泄水，控制和调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态；
S5：沉管安装完成后，拆除水袋压载系统；
所述水袋压载系统包括多个水袋压载单元、进水总管线、出水总管线；
所述水袋压载单元包括：
搁置架，其包括多根内部中空的立柱和多个层板，多根立柱竖直间隔设置，所述层板水平设于多根立柱之间且端部与多根立柱均支撑连接，且多个层板沿竖直方向间隔设置；
水袋，其为多个，多个水袋分别设于多个层板上；
进水管路，其包括进水管线、多根进水支管线、多个第一流量计及多个第一电磁阀，所述进水管线从其中一根立柱的中空腔体中穿过，且所述进水管线的一端位于立柱的外部，所述进水管线的另一端封闭，所述进水管线分别与多个水袋之间通过多根进水支管线密封连通，且多根进水支管线与进水管线之间均设有第一流量计和第一电磁阀，所述第一流量计、第一电磁阀均与控制器信号连接；
出水管路，其包括出水管线、多根出水支管线、多个第二流量计及多个第二电磁阀，所述出水管线从另一根立柱的中空腔体中穿过，且所述出水管线的一端位于立柱的外部，所述出水管线的另一端封闭，所述出水管线分别与多个水袋之间通过多根出水支管线密封连通，多根出水支管线与出水管线之间均设有第二流量计和第二电磁阀，所述第二流量计、第二电磁阀均与控制器信号连接；
多个水袋压载单元沿沉管的长度方向间隔设置于沉管内，且多个水袋压载单元的进水管线均连通至进水总管线，每个水袋压载单元的进水管线均与进水总管线之间设有第三电磁阀，所述第三电磁阀均与控制器信号连接，多个水袋压载单元的出水管线均连通至出水总管线；
所述水袋的底部设有进出水口，所述层板的内部设有用于使进水支管线及出水支管线通过的通道，且所述进水支管线和出水支管线分别从层板内部的通道中穿过并分别与水袋的进出水口连通；
所述水袋压载单元还包括固定架，其为多个，分别设于多个层板上，所述水袋均设于所述固定架内，所述固定架包括：
水平板，其水平设于所述层板上并具有使进水支管线和出水支管线穿过的通孔；
竖直阻挡机构，其为多个，均设于所述水平板的端部，所述竖直阻挡机构包括竖直设置的外套杆，以及下端可滑动的套设于所述外套杆内并依次分级可滑动套设的第一内套杆、第二内套杆……第n内套杆，所述第一内套杆、第二内套杆……第n内套杆底部的边缘均向外延伸有阻挡块以防止下级内套杆从上级内套杆或外套杆内滑出，且位于最内层的第n内套杆的顶部向所述水平板的中心延伸有水平挡板，所述水平挡板位于所述水袋的上部；
所述层板的中心设有与其内部的通道连通的第一圆孔，且所述进水支管线和出水支管线均穿过所述第一圆孔并与水袋的进出水口连通，所述固定架的水平板包括多个定板和多个动板，多个动板和多个定板分别沿所述第一圆孔的周向水平交替设置，且所述定板的一端均与层板在第一圆孔处固定连接，所述动板的一端均与层板在第一圆孔处竖直铰接，多个定板和多个动板的另一端分别沿所述圆孔的径向辐射状延伸，且多个所述竖直阻挡机构分别设于所述动板上表面的端部。
2.如权利要求1所述的用于沉管隧道施工的水袋压载方法，其特征在于，所述水袋压载单元设于沉管的顶板和底板之间，且所述水袋压载单元紧贴沉管的中隔板设置，并与沉管的外侧墙之间留有空间。
3.如权利要求1所述的用于沉管隧道施工的水袋压载方法，其特征在于，所述固定架还包括支撑定位机构，其为多个，分别设于多个动板的远离第一圆孔的端部，所述层板的上表面向内凹陷形成多个第一凹槽，所述第一凹槽可恰好容设所述支撑定位机构，所述支撑定位机构包括定位板和一对支撑板，所述定位板的上表面固定于所述动板的下表面，所述定位板的下表面向内凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽中沿其长度方向相对设有一对支撑板，且一对支撑板分别竖直铰接于第二凹槽内部的两端，一对支撑板相邻的端部分别设有一对底座。
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