用于对沉管隧道节段进行定位的设备 【技术领域】
本发明涉及一种用于对沉管隧道节段进行定位的设备。背景技术 当利用沉管法在水下建筑隧道、 以及将依次的各个沉管隧道节段互联到一起时， 遇到的其中一个问题就是 ： 确保隧道节段相对于已定位在海底、 河床等基础上的隧道部分 ( 隧道节段 ) 具有正确的定位。 由于波浪、 水流、 风等自然条件的影响， 对隧道节段进行正确 定位是非常困难的， 或者几乎是不可能完成的， 该作业往往需要在执行了将隧道节段定位 在海底、 河床等基础上的初始操作之后再进行复杂的重新定位调整。 不难理解 ： 除了其它一 些因素之外， 由于这些隧道节段的重量和体积巨大， 这样的调整操作需要专门的设备， 很耗 工时， 且往往形成危险的工作环境。
发明内容
因而， 本发明的目的是提供一种改进的、 用于对沉管隧道节段进行定位的设备。
根据本发明， 用于对沉管隧道节段进行定位的设备包括框架， 其带有两个基本上 竖直延伸的支腿， 两支腿的上端由基本上水平延伸的横梁连接起来， 该框架被设计得使得 其两支腿在隧道节段两相对横向侧面的外侧延伸， 并使得横梁在隧道节段顶部的上方延 伸， 其中， 框架上设置有悬挂装置， 隧道节段可被悬挂在该悬挂装置上， 且支腿的下端可相 对于沉管隧道节段在垂直方向上移动， 且每个支腿上都设置有夹紧构件， 其用于与隧道节 段的所述相对横向侧面相接合， 在由框架的支腿和横梁构成的平面内， 该夹紧构件基本上 是可进行调整的。
采用根据本发明的设备， 通过使框架支腿的下端相对于隧道节段的下部进行垂直 移动、 并超出该下部， 就能将隧道节段从海底、 河床等基础上抬举起。由于隧道节段的重量 很大， 支腿的下端将牢固地接合着海底、 河床等基础， 并相对于基础处于非常稳定的位置 上。借助于夹紧构件与隧道节段横向侧面的接合关系， 支腿的稳定位置转变为隧道节段也 具有同样稳定的位置。因而， 一方面， 夹紧构件可使隧道节段在被定位时 ( 例如在其沉降过 程的最后阶段 ) 其位置相对于已就位的隧道部分达到稳定。但在另一方面， 夹紧构件还可 用来将隧道节段的位置相对于已定位隧道部分进行修正， 例如能使它们之间实现正确的对 正， 以利于设置在它们之间的密封件的工作。
尽管可将支腿设置为恒定长度、 并通过借助于悬挂装置抬升隧道节段来实现隧道 节段与支腿下端之间的相对运动， 但在根据本发明的设备的优选实施方式中， 框架支腿的 长度是可变的。这就意味着 ： 按照一定的方式来构建支腿， 以使其长度可增大或缩短。在支 腿下端与海底、 河床等基础相接合的情况下， 通过增大支腿的长度， 隧道节段将自动地被抬 高。
作为建设性方案， 各个支腿的下端可构成能相对于支腿其余部分产生运动的足 部。这就意味着 ： 支腿的大部分结构是恒定的结构形态， 只有其下部 ( 足部 ) 可被移动以改变支腿的长度， 从而使支腿的下端 ( 足部 ) 相对于隧道节段移动。
在一种实施方式中， 为了使足部实现这样的运动， 可借助于至少一个气缸 - 活塞 组件将足部连接到支腿的其余部分上。气缸 - 活塞组件已被证明能在水下可靠地工作， 且 能产生出强大的作用力。 但是， 如本领域技术所能领会到的那样， 也可考虑采用其它的驱动 机构来移动足部。
如果在支腿的所述足部上设置了夹紧构件， 则可优化作用力的传递。 这就意味着 ： 可从海底、 河床等基础 ( 其与框架的足部相接合 ) 向隧道节段直接传递作用力。
此外， 在根据本发明的设备的另一种优选实施方式中， 支腿的下端上设置有用于 增强在海底、 河床等基础上抓地力的突出部。 如果采用了突出部， 则这些突出部例如可被设 置在足部的下侧上。
优选地是， 夹紧构件具有气缸 - 活塞组件。这样设计的优点类同于上文针对于用 于移动足部的气缸 - 活塞组件所列举的优点。
如果如根据本发明设备的另一种实施方式那样将支腿铰接到横梁上， 就可针对着 作用在框架上的载荷、 以及框架中的载荷， 对支腿相对于横梁 ( 进而相对于隧道节段 ) 的位 置进行优化， 例如通过使支腿处于略微坡斜的位置 ( 例如在向下方向上偏斜 ) 而实现优化。 在此情况下， 还可将支腿折缩到这样的位置 ： 在该位置， 支腿的延伸方向基本上平 行于横梁， 并靠近横梁。 在该位置， 框架的形状成为利于运输的紧凑形状， 其中， 例如是利用 浮箱来运输框架 ( 如下文将要描述的本发明一种实施方式那样 )。
这样， 优选地是， 设备包括用于促使支腿与横梁之间产生相对枢转运动的装置， 其 例如是在横梁与支腿之间延伸的气缸 - 活塞组件或卷扬装置。
为了提高支腿的位置稳定性 - 尤其是在夹紧构件处于对隧道节段执行重新定位 的过程中时， 可利用张力构件将各支腿的下端相互连接起来， 其中的张力构件例如是缆索。
如果横梁的长度是可变的， 则根据本发明的设备的应用范围将可扩大。 结果就是， 设备能应对隧道节段存在的制造容差的问题， 且设备可被用于具有不同宽度的隧道节段 上。
如果如根据本发明设备的一种实施方式那样在框架的上侧部分上设置有用于与 隧道节段相接合的止挡构件， 则可减小隧道节段上与框架悬挂装置进行接合的部分所受到 的不利作用力 - 尤其是在支腿的延伸方向并不精确垂直的情况中。
优选地是， 这样的止挡构件是可进行调整的。
如果横梁的悬挂装置被设计成与隧道节段上的标准化起吊凸耳相配合， 则采用根 据本发明的设备将是有利的。这就意味着不需要对隧道节段进行任何适配改造、 或只是需 要进行最小的改造就能使其与根据本发明的设备相配套。这就降低了设备的使用成本， 并 缩短了在隧道节段与设备之间建立连接所需的时间。
在根据本发明设备的一种实施方式中， 设备还包括浮箱， 其具有连接到框架上的 提升装置。不论是在本领域公知的、 将隧道节段从其制造地点运输到其使用地点的运输过 程中， 还是在本领域公知的、 对隧道节段进行沉降的过程中， 该浮箱都能以非常可靠的方式 对设备进行调遣。
在此情况下， 优选地是， 提升装置被设置成与隧道节段上的标准起吊凸耳相配合。 因而， 框架通过提升装置与这些起吊凸耳相接合。
最后， 需要提到这样一种实施方式 ： 在该实施方式中， 浮箱包括两组 ( 在其纵长方 向上 ) 分离开的提升装置， 且每组提升装置都与单独的框架相连。两框架被用于在靠近隧 道节段两相反纵向端部的位置处与隧道节段相接合。因而， 在沉降和定位的所有工作阶段 中， 隧道节段都能获得稳定的位置。附图说明
下文将参照附图对本发明进行阐述， 在附图中 ：
图 1 是根据本发明一种实施方式的设备在被安装到隧道节段上时的前视图 ；
图 2 是沿图 1 中 II 方向所作的侧面立视图 ；
图 3 沿图 1 中 III 方向所作的俯视图 ； 以及
图 4- 图 8 中的各个示意图表示了使用根据本发明的设备时的各个顺次阶段。 具体实施方式
首先将参照图 1- 图 3 对用于对沉管隧道节段进行定位的设备的一种实施方式进 行描述。基本而言， 设备包括框架 1， 其具有两个大体上沿竖直方向延伸的支腿 2， 两支腿的 上端由大体上水平延伸的横梁 3 连接起来。
需要指出的是， 尽管图中表示了具体的实施方式， 但框架 1 的支腿 2 和横梁 3 可以 是许多不同的构造形式， 只要支腿能处于竖直位置 ( 接近于竖直位置 )、 且支腿可由所述横 梁连接起来即可。因而， 例如 ： 尽管在图 1 中横梁 3 具有接合着隧道节段顶部的中段构件， 但可以取消掉这样的构件。
从图 1 可最为清楚地看出， 所述框架 1 被设计成这样 ： 其支腿 2 在隧道节段 5 两相 对横向侧面 4 的外侧延伸， 而其横梁 3 则在隧道节段 5 顶部 6 的上方 ( 基本上水平地 ) 延 伸。
框架 1 设置有悬挂装置 7， 隧道节段 6 悬挂在该装置上。横梁 3 的所述悬挂装置 7 被设计成与隧道节段 6 上标准设计的起吊凸耳 ( 图中未详细表示 ) 相配合。框架 3 自身悬 挂在安装于浮箱 11( 只在图 1 中表示出了该浮箱 11) 上的提升装置 8( 其例如是具有提升 缆 10 的绞车 ) 上。这些提升装置 8 通常也被设计成与隧道节段上的标准起吊凸耳相配合。
需要指出的是 ： 在大多数情况下， 根据本发明的设备将被用于沿着各个隧道节段 ( 长达几十米 ) 进行调遣使用， 因而， 浮箱 11 一般具有两组在浮箱 11 纵向 ( 垂直于图 1 的 纸面方向 ) 上分离开的提升装置 8( 每组提升装置包括两个提升装置 8)， 且每组提升装置都 与单独的框架 1 相连。因而， 将有两个框架 1 与隧道节段 5 的两纵向相反端相配合。
各个支腿 2 的下端形成了足部 12， 其被用于与海底、 河床等基础相接合。 每个足部 12 可都相对于支腿 2 上的其余部分在垂直方向上移动， 这就意味着支腿的下端可相对于沉 管隧道 5 在垂直方向上移动， 且框架 1 支腿 2 的长度是可变的。在图示的实施方式中， 支腿 12 借助于气缸 - 活塞组件 13 与各支腿 2 的其余部分进行连接， 气缸 - 活塞组件 13 的启动 将能改变足部 12 相对于支腿 2- 进而相对于隧道节段 5 的位置。
每个足部 12 上都设置有夹紧构件 14， 其用于与隧道节段 5 的两相对横向侧面 4 相 接合。在图示的实施方式中， 这些夹紧构件 14 包括气缸 - 活塞组件， 由此使得夹紧构件在 由框架支腿和横梁构成的平面内基本上是可以调节的 ( 靠近或远离隧道节段 5 的横向侧面4)。 尽管在图示的实施方式中， 夹紧构件 14 是被设置在支腿 2 的所述足部 12 上， 但也 可以考虑将夹紧构件连接到支腿 2 上位于足部 12 上方的位置处。
如图 1 所示， 足部 12 的下端上设置有突出部 15， 其用于增强足部在海底、 河床等基 础上的抓地力。
支腿 2 利用铰链装置 16( 从图 1 可最为清楚地看出 ) 铰接到横梁 3 上。 结果就是， 支腿 2 相对于横梁 3( 以及相对于隧道节段 5) 的位置是可变的。例如， 支腿 2 可被折缩到 这样的状态 ： 在该状态中， 支腿的延伸方向基本上平行于横梁 3， 且靠近横梁 3( 参见下面的 图 4)， 在这样的状态下， 对框架的运输作业将是有利的 ( 从隧道节段的生产地点到建筑工 地的运输距离可能很大 )。
通常情况下， 设置了用于促使支腿 2 与横梁 3 之间产生相对枢转运动的驱动装置， 该装置例如是 ( 在图示的实施方式中 ) 气缸 - 活塞组件。 但是， 所述驱动装置也可包括在横 梁与支腿之间延伸的卷扬装置， 例如， 缆索 ( 图中未示出 ) 的一端被连接到支腿的下端上， 而另一端则被连接到安装于横梁上 ( 或浮箱上 ) 的绞盘等装置上。
支腿 2 的下端 ( 足部 ) 可借助于张力构件相互连接起来， 其中的张力构件例如是 缆索 ( 图中未示出 )， 因而， 这些缆索将在隧道节段 5 的下方延伸， 一般而言， 其将增强框架 1 的稳定性， 具体而言将增强支腿 2 的稳定性。
另外， 横梁 3 的长度是可变的， 以应对隧道节段存在制造误差的情况。
框架 1 的上侧部分上设置有止挡构件 18， 其用于与隧道节段相接合， 这些止挡构 件是可调的 ( 例如借助于气缸 - 活塞组件进行调整 )。
下文将参照图 4-8 对该设备的工作过程进行阐述。
在图 4 中， 框架 1 借助于提升装置 8 被悬挂在浮箱 11 上。支腿 2 被铰接在这样的 位置上 ： 其延伸方向基本上平行于横梁 3( 此处没有表示出铰接装置， 但可从图 1 看出 )。 在 该结构状态下， 浮箱 11 可在不带有隧道节段的情况下对设备进行运输。
在图 5 中， 支腿 2 的延伸方向基本上处于垂直方向， 且隧道节段 5 被接纳在支腿 2 之间、 横梁 3 的下方。提升缆索 10 被连接到框架上， 因而也连接到隧道节段 5 上， 按照这种 方式， 可将隧道节段运向其使用地点， 在使用地点处， 隧道节段可被沉降向海底、 河床等基 础， 并靠近已在此处就位的隧道部分 ( 多个隧道节段 )。
如图 6 所示， 隧道节段已到底海底、 河床等基础。然后， 参见图 7， 支腿 2 的足部 12 被放下， 作为结果， 隧道节段 5 被从海底、 河床等基础上略微地抬起。在此情形下， 框架已获 得的稳定的位置 ( 隧道节段的重量以至于达到稳定 )， 此时， 足部上的夹紧构件 14 被启动， 以与隧道节段 5 进行接合。例如可按照这样的方式来操作 ( 延伸和收缩 ) 夹紧构件 14， 使 得隧道节段的两端处可分别地横向移动 ( 例如为了与先前定位的隧道节段实现对正、 或者 为改善它们之间的密封状况 )。图 8 中以虚线表示了隧道节段 5， 的侧向移位 ( 通过使隧道 节段一侧的夹紧构件 14 伸出、 同时收缩另一侧的另一夹紧构件而实现移位 )。
如果对隧道节段的侧向修正量超出了夹紧构件允许的运动行程， 则可将夹紧构件 移动到其末端位置， 并通过向上移动足部而降低隧道节段， 再将夹紧构件移回到其起始位 置， 然后再次将隧道节段升高， 之后再次启动夹紧构件。如这样进行操作， 就能使设备能侧 向一步一步地 “行走” 。
最后， 可利用横跨在两顺次隧道节段接头处的张紧装置来将该隧道节段拉紧到其 前一隧道节段上。如本领域公知的那样， 这样的张紧装置 ( 图中未示出 ) 可包括气缸 - 活 塞组件。
本发明并不限于上述的实施方式， 在由后附权利要求书限定的范围内， 可对这些 实施方式进行各种改动。