本發(fā)明屬于水利工程技術領域，具體是指一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種利民工程的建設越來越多極大的促進了經(jīng)濟的發(fā)展方便了人們的生活?，F(xiàn)有技術中，越河輸水管道施工總體方案與工藝系統(tǒng)設計方案要確保施工過程中的打樁控制精度、水下鋼結構件安裝精度、管道整體沉放精度等多項要求，河內(nèi)輸水管的鋪設特別是大直徑長距離的輸水管的建造要消耗大量的人力、物力、財力，在施工的各個過程都要確保萬無一失。

現(xiàn)有技術中，大直徑長距離的跨河沉管在沉放時要求整體一次性沉放，為了形成整根輸水管，分段的鋼管要在陸地上焊接好，然后運輸?shù)胶用嫔?，整體焊接完成之后長比較長(幾百米甚至幾千米)，及其不好運輸，要采用多艘輪船進行運輸，而且針對內(nèi)河水系的條件限制，大型的起重船進場困難，而且在整體管道沉放時要求的船舶數(shù)量也較多，輸水管長度長、重量大，在整體沉放的過程中精度不好控制，不好調節(jié)，整體施工困難、效率低、耗費時間較長。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)及其方法，旨在解決由于內(nèi)河水系的條件限制，大型起重船進場困難、所需船舶較多、長距離管道水上整體拼焊難度大，整體沉放施工時平面位置及高程的精準度要求高等難題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案為：一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)，其特征在于：包括設置在輸水管上可改變浮力大小的可控浮箱裝置，設置在管樁上的支撐平臺，設置在支撐平臺上用于輔助起吊沉放輸水管的輔助起重裝置，還包括指揮中心和對施工過程進行監(jiān)測的測控機構，所述的測控機構將數(shù)據(jù)傳輸給指揮中心，所述的測控機構包括吊載測量裝置、高程測量裝置和液位測量裝置，所述的吊載測量裝置用于測量輸水管重力的變化，所述的高程測量裝置用于測量輸水管高度下降的位移，所述的液位測量用于測量輸水管相對于水面的高度。

優(yōu)選的，所述的支撐平臺裝置的下方設有用于支撐輸水管進行拼裝焊接的可拆卸的臨時擱置橫梁。

優(yōu)選的，所述的吊載測量裝置為設置在支撐平臺上的力傳感器，所述的高程測量裝置為設置在支撐平臺上的位移傳感器，所述的液位測量裝置為設置管道內(nèi)部的投入式液位計。

優(yōu)選的，所述的輸水管與可控浮箱裝置之間為可拆卸連接，可根據(jù)需要選擇可控浮箱裝置與輸水管之間的位置關系。

優(yōu)選的，所述的可控浮箱裝置包括多組浮箱，每組浮箱的個數(shù)為兩個且對稱設置在輸水管兩側，所述的浮箱包括箱體，所述的箱體內(nèi)設有主艙，所述主艙的兩側分別依次設有壓水倉一和壓水倉二，所述的壓水倉一和壓水倉二上分別設有氣閥和水閥。

優(yōu)選的，所述的可控浮箱裝置與輸水管之間通過H型鋼連接。

一種大直徑長距離輸水管道的拼接、沉放方法，包括如下步驟：

(1)、利用打樁機在河內(nèi)需要沉放輸水管的相應位置打鋼管樁，在鋼管樁上構建支撐平臺，在支撐平臺上設置輔助起重裝置和相應的測控機構，支撐平臺的下方設置可拆卸的臨時擱置橫梁；

(2)、在河岸場地上將分段的管道拼接焊成長度為200m長的輸水管，采用船舶起吊下水，與浮箱連接(輸水管位于浮箱的上方)并且采用浮箱浮運，水上拖船將輸水管拖至原位管道處，將輸水管放置在臨時擱置橫梁上；

(3)、將多根輸水管進行拼裝焊接，拼接成預定的長度，拼接完成后拆除臨時擱置橫梁；

(4)、輸水管拼接完成后，改變浮箱與輸水管之間的位置關系，將浮箱和輸水管設計在同一水平面上，通過對浮箱內(nèi)注水或加壓來實現(xiàn)浮箱浮力和姿態(tài)的調整，在支撐平臺、輔助起重裝置的共同作用下對已經(jīng)接好的輸水管進行沉放，在沉放的過程中可根據(jù)測控機構檢測到的數(shù)據(jù)進行相應的調整；

(5)、將輸水管沉放到位后拆除浮箱，與支撐平臺和輔助起重平臺分離。

優(yōu)選的，所述的輔助起重裝置為設置在支撐平臺上與輸水管連接進行輔助起吊的卷揚機。

優(yōu)選的，所述的浮箱包括若干組，每組浮箱的個數(shù)為兩個，浮箱和輸水管之間通過H型鋼連接，在浮運和拼裝階段輸水管設置在H型鋼上方，浮箱設置在兩H型鋼之間，在沉放階段，浮箱和輸水管均設于上下兩個H型鋼之間。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)、不需要投入大量的大型起重船，最多考慮制管場地將輸水管吊裝下河兩艘、在原位對輸水管拼裝焊接兩艘即可；

(2)、由于在原位水面上進行輸水管的焊接和沉放，定位比較準確，管道的平面位置已經(jīng)被支撐平臺上的輔助起重裝置所固定，輸水管的沉放過程所做的僅僅是將輸水管由制作高程通過輔助起重裝置變?yōu)樵O計高程的動作，而上下高程的升降完全由輔助起重裝置控制，升降十分便利，而且精度較高，能輕松做到上下微調；

(3)、在輸水管拼接階段，可控浮箱裝置可以作為管道拼接的水上承載平臺，通過輔助起重裝置固定管道的平面位置，達到在水面上原位將管道拼接成設計圖紙要求的長度；

(4)、在管道注水階段，通過改變可控浮箱與管道的相對位置，使浮箱變身為平衡浮箱，長距離管道在注水沉放時，由于在注水過程中水體在管道中會竄動，導致整個吊裝或沉放系統(tǒng)受力會失去平衡而極難控制，是整個沉放過程中最為復雜和風險最大的工序。本發(fā)明采用平衡浮箱后，不管注水過程中管道中的水體如何左右竄動，通過平衡浮箱的自動平衡功能，其最后均能夠達到自平衡，有效的控制了該沉放工序的風險，降低了施工難度；

(5)、在管道下沉階段，通過在可控浮箱的艙內(nèi)注水，可控浮箱變身為減重浮箱，整根管道的重量絕大部分由減重浮箱承擔，支撐平臺和輔助起重裝置只是承擔很小的一部分重量，增加了整個沉放系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。

(6)、原位制管沉放系統(tǒng)主要由支撐平臺和安裝在支撐平臺上的輔助起重裝置構成，該沉放系統(tǒng)提供的起重力是可控的，在每道沉放系統(tǒng)上安裝有測控機構，測控機構將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街笓]中心，因此可以確保每道沉放系統(tǒng)的起重力和實時高程完全實時可控，為管道沉放的安全性和各個沉放系統(tǒng)之間的同步性提供了很好的保障；

(7)、本發(fā)明的整個系統(tǒng)的行程自由可變，操作也非常簡單；

(8)、本發(fā)明具有可逆性，萬一在沉放過程中出現(xiàn)故障，可以通過可控浮箱的加氣排水動作實現(xiàn)可控浮箱浮力的改變而輕松的將鋼管提升至水面。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)及其方法的主視圖。

圖3是本發(fā)明一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)及其方法的俯視圖。

圖4是本發(fā)明一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)及其方法的側視圖。

圖5是本發(fā)明的可控浮箱裝置的結構示意圖。

圖6是本發(fā)明可控浮箱與輸水管狀態(tài)一的結構示意圖。

圖7是本發(fā)明可控浮箱與輸水管狀態(tài)二的結構示意圖。

圖8是本發(fā)明可控浮箱與輸水管狀態(tài)三的結構示意圖。

圖9是本發(fā)明可控浮箱內(nèi)部的結構示意圖。

如圖所示：1、箱體，2、主艙，3、壓水倉一，4、壓水倉二，5、氣閥，6、水閥，7、管樁，8、支撐平臺，9、卷揚機，10、滑輪，11、輸水管，12、可控浮箱，13、H型鋼，14、水平面。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

結合附圖，一種大直徑長距離輸水管道拼接、沉放系統(tǒng)，包括輸水管，其特征在于：包括設置在輸水管上可改變浮力大小的可控浮箱裝置，設置在管樁上的支撐平臺，設置在支撐平臺上用于輔助起吊沉放輸水管的輔助起重裝置，還包括指揮中心和對施工過程進行監(jiān)測的測控機構，所述的測控機構將數(shù)據(jù)傳輸給指揮中心，所述的測控機構包括吊載測量裝置、高程測量裝置和液位測量裝置，所述的吊載測量裝置用于測量輸水管重力的變化，所述的高程測量裝置用于測量輸水管高度下降的位移，所述的液位測量用于測量輸水管相對于水面的高度。

所述的支撐平臺裝置的下方設有用于支撐輸水管進行拼裝焊接的可拆卸的臨時擱置橫梁。

所述的吊載測量裝置為設置在支撐平臺上的力傳感器，所述的高程測量裝置為設置在支撐平臺上的位移傳感器，所述的液位測量裝置為設置管道內(nèi)部的投入式液位計。

所述的輸水管與可控浮箱裝置之間為可拆卸連接，可根據(jù)需要選擇可控浮箱裝置與輸水管之間的位置關系。

所述的可控浮箱裝置包括多組浮箱，每組浮箱的個數(shù)為兩個且對稱設置在輸水管兩側，所述的浮箱包括箱體1，所述的箱體1內(nèi)設有主艙2，所述主艙2的兩側分別依次設有壓水倉一3和壓水倉二4，所述的壓水倉一3和壓水倉二4上分別設有氣閥5和水閥6。在具體使用時是通過改變壓水倉一3和壓水倉二4內(nèi)水量的變化來改變浮力大小，所述的氣閥用于排氣和進氣，所述的水閥用于排水和進水。

所述的可控浮箱裝置與輸水管之間通過H型鋼連接。

一種大直徑長距離輸水管道的拼接、沉放方法，包括如下步驟：

(1)、利用打樁機在河內(nèi)需要沉放輸水管的相應位置打鋼管樁，在鋼管樁上構建支撐平臺，在支撐平臺上設置輔助起重裝置和相應的測控機構，支撐平臺的下方設置可拆卸的臨時擱置橫梁；

(2)、在河岸場地上將分段的管道拼接焊成長度為200m長的輸水管，采用船舶起吊下水，與浮箱連接(輸水管位于浮箱的上方)并且采用浮箱浮運，水上拖船將輸水管拖至原位管道處，將輸水管放置在臨時擱置橫梁上；

(3)、將多根輸水管進行拼裝焊接，拼接成預定的長度，拼接完成后拆除臨時擱置橫梁；

(4)、輸水管拼接完成后，改變浮箱與輸水管之間的位置關系，將浮箱和輸水管設計在同一水平面上，通過對浮箱內(nèi)注水或加壓來實現(xiàn)浮箱浮力和姿態(tài)的調整，在輔助起重裝置的共同作用下對已經(jīng)接好的輸水管進行沉放，在沉放的過程中可根據(jù)測控機構檢測到的數(shù)據(jù)進行相應的調整；

(5)、將輸水管沉放到位后拆除浮箱，與輔助起重裝置分離。

所述的輔助起重裝置為設置在支撐平臺上與輸水管連接進行輔助起吊的卷揚機。

所述的浮箱包括若干組，每組浮箱的個數(shù)為兩個，浮箱和輸水管之間通過H型鋼連接，在浮運和拼裝階段輸水管設置在H型鋼上方，浮箱設置在兩H型鋼之間，在沉放階段，浮箱和輸水管均設于上下兩個H型鋼之間。

在具體實施例中，常用的鋼管的長度為12米左右，在岸邊先將12米的鋼管焊接成長為200米的管道，然后利用船舶起吊將管道與可控浮箱連接，浮箱的外側壁上焊接有圓弧形座體，圓弧形座體通過螺栓與H型鋼連接，安裝完成后所述的浮箱位于兩H型鋼之間，固定效果好，如圖6所示，在進行浮運和水上焊接時要保持管道的干燥，管道位于兩浮箱之上，在管道拼接完成后，人工將管道拆卸掉然后安裝在兩浮箱之間如圖7所示狀態(tài)，在具體實施中，每根200米長的管道上都設有浮箱，每個支撐平臺上都設有輔助起重裝置和測控裝置，所述的輔助起重裝置為卷揚機或者其他起重設備，在支撐平臺上設有滑輪組，卷揚機通過滑輪組與管道連接，從而帶動管道的升降，由于管道上設有浮箱，支撐平臺上的輔助起重裝置主要起到固定作用，受力較小，方便操作。

在本發(fā)明中，所述的管道是指輸水管，輸水管和管道是同一個部件。

以上對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，這種描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此?？偠灾绻绢I域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。