海底沉管水下拉合施工装置及方法与流程

本发明属于海底沉管安装技术领域，具体涉及海底沉管水下拉合施工装置及方法。

背景技术：

海底隧道的沉管施工安装工艺为采用沉管预制好之后，通过驳船拖曳浮运至安装点沉放安装。沉管初步定为沉放之后，通过安装在系揽柱上的水下拉合机构，对待安装沉管进行精确的水下拉合作业，完成已安装沉管和待安装沉管的gina圈的初步压紧，以便实现水力压接和沉管的对接。

由于实际操作时，其作业环境为数下40m，水下能见度差，并且潜水员的作业效率和作业时间均又较大折扣，并且针对大型沉管，其需要的水下拉合力比较大，其设备的体积和重量比较大，拉合设备的水下人为对接变的非常艰难，为此我们提出种海底沉管水下拉合施工方法来使拉合对接能够更高效、安全与迅速的完成安装。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供海底沉管水下拉合施工装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：海底沉管水下拉合施工装置及方法，其包括：

(1)主动拉合单元，主动拉合单元里面包括拉合油缸、主动拉合结构件、主转动块、竖向调整油缸、主动拉杆、标高调整螺钉和第一防弹跳销轴组成，所述主动拉合单元的底部设置有待安装沉管，所述待安装沉管的顶部固定安装有第一系揽柱，所述主动拉合单元安装于待安装沉管的第一系揽柱上，所述主动拉合单元的拉合受力面和第一系揽柱的贴合面采用圆弧块设计，所述第一系揽柱上设置有反勾板，所述主动拉合单元上的第一防弹跳销轴置于第一系揽柱的反勾板下，所述拉合油缸通过螺栓轴连接的方式和主转动块进行连接，所述主转动块有两个水平伸出轴分别连接两根拉合油缸。

(2)被动拉合单元，被动拉合单元包括被动拉合结构件、被转动块、被动拉钩、标高调整螺钉、第二防弹跳销轴组成，所述被动拉合单元的底部设置有已安装沉管，所述已安装沉管的顶部固定安装有第二系揽柱，所述被动拉合单元安装于已安装沉管的第二系揽柱上，所述被动拉合单元的拉合受力面和第二系揽柱的贴合面采用圆弧块设计，所述第二系揽柱与被动拉合结构件固定连接。

优选的，所述主动拉合单元和被动拉合单元可以完成自动对接，且主动拉合单元与被动拉合单元间的距离可调整。

优选的，所述主转动块与被转动块均可以根据待安装沉管、已安装沉管对接时的错位方向。

优选的，所述标高调整螺母与标高调整螺钉可以根据待安装沉管、已安装沉管表面的不平整度来调平。

优选的，所述标高调整螺母采用不锈钢防腐蚀措施。

优选的，所述第一防弹跳销轴与第二防弹跳销轴均用于保证在拉合作业时，所述主动拉合单元和被动拉合单元分别安全锁定于第一系揽柱与第二系揽柱。

优选的，所述主动拉合油缸为两个。

优选的，所述已安装沉管与待安装沉管相对的一侧设置有gina圈，所述gina圈与待安装沉管的表面固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的一种海底水下拉合施装置及工方法，采用主动拉合单元和被动拉合单元自动对接的方式，可完成拉合单元的自动工作。

(2)本发明可实现力和位移的精确控制，有效降低水下施工人员的工作量，提高工作效率，安全可靠。

(3)本发明在调整水平或纵向偏差时，采用标高调整螺钉来进行比对，更加的方便快捷。

(4)本发明在结构上采用了包罗式设计，整个设备没有尖角，避免水下割碰线缆和钢丝绳，提升安全效果。

(5)本发明在拉合结构上有个防弹跳装置，代替了之前的螺旋拧进去，安装方便，拉合结束后拆除也方便。

(6)本发明在竖向调整油缸那里增加了角度传感器，可以通过角度和竖向油缸的位移两种方式判断主动拉合单元和被动拉合单元搭接是否顺利。

(7)本发明增加有水平角度传感器，可以判断拉合时水平的偏转角情况。

(8)本发明中的控制系统采用冗余设计，除了主控之外，任何一台子站也可以设定为主站来做拉和机构使用。

(9)本发明中的泵站也采用冗余设计，任何一台泵站有故障时，另外-台泵站可以控制两台拉合机构使用。

(10)本发明中的系统同步采用变频控制，可以实现无级调速，满足各种运动工况使用，之前采用的是定速模式。

附图说明

图1为本发明水下拉合装置的俯视图；

图2为本发明水下拉合装置的等轴测视图；

图3为本发明待安装沉管初步沉放到位示意图；

图4为本发明拉合油缸伸出的示意图；

图5为本发明主动拉杆和拉钩搭接的示意图；

图6为本发明水下拉合装置拉合完毕的示意图；

图7为本发明水下拉合装置竖向有偏差时的示意图；

图8为本发明水下拉合装置水平有偏差时的示意图。

图中：10、主动拉合单元；101、拉合油缸；102、主动拉合结构件；103、主转动块；104、竖向调整油缸；105、主动拉杆；106、第一防弹跳销轴；107、标高调整螺钉；20、被动拉合单元；201、被动拉合结构件；202、被转动块；203、被动拉钩；204、标高调整螺钉；205、第二防弹跳销轴；30、待安装沉管；301、第一系揽柱；40、已安装沉管；401、第二系揽柱；50、gina圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。

请参阅图1-图8，本发明提供海底沉管水下拉合施工装置，其包括：

(1)主动拉合单元10，主动拉合单元10里面包括拉合油缸101、主动拉合结构件102、主转动块103、竖向调整油缸104、主动拉杆105、标高调整螺钉107和第一防弹跳销轴106组成，主动拉合单元10的底部设置有待安装沉管30，待安装沉管30的顶部固定安装有第一系揽柱301，主动拉合单元10安装于待安装沉管30的第一系揽柱301上，主动拉合单元10拉合受力面和第一系揽柱301的贴合面采用圆弧块设计，第一系揽柱301上设置有反勾板，主动拉合单元10上的第一防弹跳销轴106置于第一系揽柱301的反勾板下，拉合油缸101通过螺栓轴连接的方式和主转动块103进行连接，主转动块103有两个水平伸出轴分别连接两根拉合油缸101。

(2)被动拉合单元20，被动拉合单元20包括被动拉合结构件201、被转动块202、被动拉钩203、标高调整螺母204、第二防弹跳销轴205组成，被动拉合单元20的底部设置有已安装沉管40，已安装沉管40的顶部固定安装有第二系揽柱401，被动拉合单元20安装于已安装沉管40的第二系揽柱401上，被动拉合单元20的拉合受力面和第二系揽柱401的贴合面采用圆弧块设计，第二系揽柱401与被动拉合结构件201固定连接。

本发明中，优选的，主动拉合单元10和被动拉合单元20可以完成自动对接，且主动拉合单元10与被动拉合单元20间的距离可调整。

本发明中，优选的，主转动块103与被转动块202均可以根据待安装沉管30、已安装沉管40对接时的错位方向，自动完成主动拉合单元10和被动拉合单元20的受力一条线。

本发明中，优选的，标高调整螺母204与标高调整螺钉107可以根据待安装沉管30、已安装沉管40表面的不平整度来调平，可以调整主动拉合单元10或被动拉合单元20的标高。

本发明中，优选的，标高调整螺母204采用不锈钢防腐蚀措施，保证长期使用的稳定性。

本发明中，优选的，第一防弹跳销轴106与第二防弹跳销轴205均用于保证在拉合作业时，主动拉合单元10和被动拉合单元20分别安全锁定于第一系揽柱301与第二系揽柱401上。

本发明中，优选的，主动拉合单元10、被动拉合单元20各两个，一个主动拉合单元10有两个拉合油缸101，其设置目的是增加拉合力，降低主动拉合单元10的高度。

本发明中，优选的，已安装沉管40与待安装沉管30相对的一侧设置有gina圈50，gina圈50与待安装沉管30的表面固定连接。

进一步的，主动拉合单元10的两个拉合油缸101与主动拉合结构件102的连接部位均安装有位移传感器，现场使用做到一用一备。

本发明提供的海底沉管水下拉合施工装置及方法，按如下步骤进行施工安装：

s1，将待安装沉管30设置于已安装沉管40的待连接部位，将gina圈50设置于待安装沉管30与已安装沉管40相对的一侧。

s2，将待安装沉管30顶部的第一系揽柱301的表面与主动拉合单元10固定，将已安装沉管40顶部的第二系揽柱401与被动拉合单元20固定，将拉合油缸101通过销轴连接的方式和主转动块103进行连接，主转动块103有两个水平伸出轴分别连接两根拉合油缸101。

s3，将主转动块103和主动拉合结构件102采用竖直销轴连接的方式连接。

s4，主动拉杆105和拉合油缸101之间采用螺纹连接以后，将主动拉杆105采用刚性固接在一起，实现两根拉合油缸101的同时上下和左右摆动。

s5，竖向调整油缸104和拉合油缸101之间采用铰接的连接方式，通过竖向调整油缸104的伸出和缩回，可以带动拉合油缸101和主动拉杆105的上下绕主转动块103的摆动。

s6，将标高调整螺钉107通过螺纹安装于主动拉合结构件102上，用于调整沉管表面的不平和整体标高的调整。

s7，被动拉钩203通过水平销轴连接的方式和被转动块202进行连接，水平轴可以实现竖直方向的旋转。同时，被转动块202和被动拉合结构件201采用竖直销轴连接的方式连接，可以实现水平方向的旋转。

s8，标高调整螺母204通过螺纹安装于被动拉合结构件201上，用于调整沉管表面的不平和整体标高的调整。

s9，待安装沉管30初步沉放到位后，主动拉合单元10上的拉合油缸101伸出，主动拉杆105安装在拉合油缸101的活塞杆上，会跟随拉合油缸101一起伸出。

s10，竖向调整油缸104伸出，将主动拉杆105和拉合油缸101一起下摆，主动拉合单元10上的主动拉杆105落放至被动拉合单元20上的被动拉钩203上。

s11，将拉合油缸101给予一定的初始力进行预拉合，这个力可以消除主动拉合单元10和被动拉合单元20之间的物理间隙，但是使主动拉合单元10和被动拉合单元20拉紧，但是又不会产生位移。

s12，通过主动拉合单元10上的拉合油缸101根据其内置的位移传感器的反馈值，进行位置闭环的拉合作业，带动待安装沉管30向已安装沉管40移动，直至gina圈50初步拉合。

s13，主动拉合单元10上的拉合油缸101根据其安装的压力传感器的反馈值，进行力闭环的拉合作业，配合外部的水力压接，带动待安装沉管30向已安装沉管40的移动，直至gina圈50压紧至设定的压缩量。

s14，将第一防弹跳销轴106与第二防弹跳销轴205安装于指定位置进行定位。

s15，完成s1-s14操作以后，再次检查所有已完成连接结构，即可完成待安装沉管30的对位。

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