沉管对接导向装置及方法.pdf

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，提供了一种沉管对接导向装置及方法。该装置包括导向杆和导向架，导向架设置在既沉放管节的顶部的尾端，沿既沉放管节的长度方向上看，导向架由上至下呈渐收式的导向架结构；导向杆设置在待沉放管节的顶部的首端，导向杆的一端探出于待沉放管节的首端，导向杆的直径与导向架的底部的宽度相适应，且导向杆的轴心位于导向架的中心分界面上。本发明适用于先铺法基础的沉管隧道，采用本发明的沉管可不必设置鼻托，通过在待沉放管节的首端的顶部设置导向杆和在既沉放管节的尾端的顶部设置导向架，使待沉放管节在下沉至基础的同时水平横向自行与既沉放管节对齐，极大地提高了施工效率、降低了劳动强度。

1.  一种沉管对接导向装置，其特征在于，包括：
导向架(11)，所述导向架(11)设置在既沉放管节(31)的顶部的尾端，沿所述既沉放管节(31)的长度方向上看，所述导向架(11)由上至下呈渐收式的扩口状；和
导向杆(21)，所述导向杆(21)设置在待沉放管节(32)的顶部的首端，所述导向杆(21)的一端探出于所述待沉放管节(32)的首端，所述导向杆(21)的直径与所述导向架(11)的底部的宽度相适应，且所述导向杆(21)的轴心位于所述导向架(11)的中心分界面上。

2.  根据权利要求1所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述导向架(11)的相对的两侧侧壁均由内至外依次包括垫板(12)、缓冲垫层(13)和与所述既沉放管节(31)的顶部连接的支撑部(14)。

3.  根据权利要求1所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述导向架(11)通过导向架支架(15)架设在所述既沉放管节(31)的顶部，所述导向杆(21)通过导向杆支架架设在所述待沉放管节(32)的顶部。

4.  根据权利要求3所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述导向架支架(15)的顶部设有一个与所述导向架(11)的底部衔接的矩形槽。

5.  根据权利要求3所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述导向杆支架包括前支架(22)和后支架(23)，所述前支架(22)和后支架(23)在所述待沉放管节的长度方向上前后排列设置，所述前支架(22)和后支架(23)均与所述导向杆(21)活动连接。

6.  根据权利要求5所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述前支架(22)和后支架(23)均包括：
托架(26)，所述托架(26)与所述待沉放管节(32)的顶部连 接，所述托架(26)的顶部设有半圆形槽，用于托放所述导向杆(21)；和
顶盖(27)，所述顶盖(27)的底部设有半圆形槽，并通过其底部的半圆形槽罩设并焊接在所述导向杆(21)的顶侧，所述顶盖(27)与所述托架(26)活动连接。

7.  根据权利要求3所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述既沉放管节(31)的顶部设有多个第一预埋件(16)，所述导向架支架(15)与多个所述第一预埋件(16)活动连接；所述待沉放管节的顶部设有多个第二预埋件(24)，所述导向杆支架与多个所述第二预埋件(24)活动连接。

8.  根据权利要求7所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述第一预埋件(16)的顶部设有第一螺孔，所述导向架支架(15)的底部设有第一连接面板，所述第一连接面板上设有多个与所述第一预埋件(16)的位置相对的开孔，所述第一连接面板通过多个第一螺栓(17)与多个所述第一预埋件(16)的顶部连接；
所述第二预埋件(24)的顶部设有第二螺孔，所述导向杆支架的底部设有第二连接面板，所述第二连接面板上设有多个与所述第二预埋件(24)的位置相对的开孔，所述第二连接面板通过多个第二螺栓(25)与多个所述第二预埋件(24)的顶部连接。

9.  根据权利要求8所述的沉管对接导向装置，其特征在于，所述第一连接面板上的开孔的孔径大于所述第一螺栓(17)的直径，所述第二连接面板上的开孔的孔径大于所述第二螺栓(25)的直径，且所述第一螺栓(17)与所述第一连接面板之间以及第二螺栓(25)与所述第二连接面板之间均垫设有垫圈。

10.  一种基于权利要求1至9任一项所述的沉管对接导向装置的沉管对接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在待沉放管节(32)的顶部的首端设置所述导向杆(21)， 尾端设置导向架(11)；
S2、在所述待沉放管节(32)与既沉放管节(31)对接完成后，拆除既沉放管节(31)的尾端上的导向架(11)和所述待沉放管节(32)首端上的导向杆(21)，并将拆除下来的所述导向杆(21)和导向架(11)分别安装到下一节待沉放管节(32)的顶部的首端和尾端。

沉管对接导向装置及方法
技术领域
本发明涉及沉管隧道施工技术领域，特别提供一种沉管对接导向装置及方法。
背景技术
我国沉管隧道除正在施工的港珠澳大桥岛隧工程外，均采用后铺法基础，其对接导向装置多设置在管节鼻托(剪切键)上，有一般导向装置和可调可拆可重复利用的鼻托导向装置两种。1)一般导向装置分为上部凹槽和下部凸榫两大部分，均为钢板组合结构，下部凸榫布置在既沉放管节的尾端(非GINA止水带端)的中剪切键上，上部凹槽布置在待沉放管节的首端(GINA止水带端)的上剪切键下。管节沉放时，待沉放管节通过导向装置凹凸榫槽的配合实现横向精确定位。2)可调可拆可重复利用的鼻托导向装置与一般导向装置相似，包括相邻的前一节管节的中剪切键、后一节管节的上剪切键、支撑钢构件、调节螺栓、导向槽钢构件和连接鼻托，支撑钢构件安装在中剪切键的顶端，其顶板开设有螺栓孔，导向槽钢构件的底板上同样开设有调节孔，调节螺栓穿过顶板的螺栓孔和底板的调节孔后拧紧，底板的中部具有导向槽，连接鼻托安装在上剪切键的底端，沉放时插装于导向槽内，实现相邻管节的导向对接。
国内以往的导向装置均布置在管节的由剪切键组成的鼻托上，在完成导向后待沉放管节的首端支承于既沉放管节的尾端，两者之间竖向无相对位移，只适用于后铺法基础的沉管管节。采用先铺法基础的沉管管节不设置鼻托，沉放时待沉放管节直接座落于事先铺设好的具有一定刚度的基础上。随着竖向荷载的变化，待沉放管节和既沉放管节之间在竖向允许存在一定的相对位移。以往的导向装置无法满足先 铺法基础的沉管管节对接导向要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种适用于先铺法基础，可实现水平导向功能，导向装置不设置在鼻托上，并可在对接后适应待沉管节竖向位移的要求的对接导向装置。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了一种沉管对接导向装置，包括：
导向架，所述导向架设置在既沉放管节的顶部的尾端，沿所述既沉放管节的长度方向上看，所述导向架由上至下呈渐收式的扩口状；和
导向杆，所述导向杆设置在待沉放管节的顶部的首端，所述导向杆的一端探出于所述待沉放管节的首端，所述导向杆的直径与所述导向架的底部的宽度相适应，且所述导向杆的轴心位于所述导向架的中心分界面上。
优选的，所述导向架的相对的两侧侧壁均由内至外依次包括垫板、缓冲垫层和与所述既沉放管节的顶部连接的支撑部。
优选的，所述导向架通过导向架支架架设在所述既沉放管节的顶部，所述导向杆通过导向杆支架架设在所述待沉放管节的顶部。
优选的，所述导向架支架的顶部设有一个与所述导向架的底部衔接的矩形槽。
优选的，所述导向杆支架包括前支架和后支架，所述前支架和后支架在所述待沉放管节的长度方向上前后排列设置，所述前支架和后支架均与所述导向杆活动连接。
优选的，所述前支架和后支架均包括：
托架，所述托架与所述待沉放管节的顶部连接，所述托架的顶部 设有半圆形槽，用于托放所述导向杆；和
顶盖，所述顶盖的底部设有半圆形槽，并通过其底部的半圆形槽罩设并焊接在所述导向杆的顶侧，所述顶盖与所述托架活动连接。
优选的，所述既沉放管节的顶部设有多个第一预埋件，所述导向架支架与多个所述第一预埋件活动连接；所述待沉放管节的顶部设有多个第二预埋件，所述导向杆支架与多个所述第二预埋件活动连接；
优选的，所述第一预埋件的顶部设有第一螺孔，所述导向架支架的底部设有第一连接面板，所述第一连接面板上设有多个与所述第一预埋件的位置相对的开孔，所述第一连接面板通过多个第一螺栓与多个所述第一预埋件的顶部连接；
所述第二预埋件的顶部设有第二螺孔，所述导向杆支架的底部设有第二连接面板，所述第二连接面板上设有多个与所述第二预埋件的位置相对的开孔，所述第二连接面板通过多个第二螺栓与多个所述第二预埋件的顶部连接。
优选的，所述第一连接面板开孔的孔径大于所述第一螺栓的直径，所述第二连接面板开孔的孔径大于所述第二螺栓的直径，且所述第一螺栓与所述第一连接面板之间以及第二螺栓与所述第二连接面板之间均垫设有垫圈。
一种基于上述任一项所述的沉管对接导向装置的沉管对接方法，包括以下步骤：
S1、在待沉放管节的顶部的首端设置所述导向杆，尾端设置导向架；
S2、在所述待沉放管节与既沉放管节对接完成后，拆除所述既沉放管节尾端上的导向架和所述待沉放管节首端上的导向杆，并将拆除下来的所述导向杆和导向架分别安装到下一节待沉放管节的顶部的首端和尾端。
(三)有益效果
本发明提供的一种沉管对接导向装置，包括导向杆和导向架，导向架设置在既沉放管节的顶部的尾端，沿既沉放管节的长度方向上看，导向架由上至下呈渐收式的导向架结构；导向杆设置在待沉放管节的顶部的首端，导向杆的一端探出于待沉放管节的首端，导向杆的直径与导向架的底部的宽度相适应，且导向杆的轴心位于导向架的中心分界面上。本发明适用于先铺法基础的沉管隧道，采用本发明的沉管可不必设置鼻托，通过在待沉放管节的首端的顶部设置导向杆和在既沉放管节的尾端的顶部设置导向架，使待沉放管节在下沉至基础的同时水平横向自行与既沉放管节对齐，极大地提高了施工效率、降低了劳动强度。
附图说明
图1是本发明实施例的导向架的长度方向的示意图；
图2是本发明实施例的导向杆的长度方向的示意图；
图3是本发明实施例的导向杆的宽度方向的示意图。
附图标记：
11、导向架；12、垫板；13、缓冲垫层；14、支撑部；15、导向架支架；16、第一预埋件；17、第一螺栓；21、导向杆；22、前支架；23、后支架；24、第二预埋件；25、第二螺栓；26、托架；27、顶盖；31、既沉放管节；32、待沉放管节。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“纵向”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1至图3所示，本发明实施例提供的一种沉管对接导向装置，包括导向架11和导向杆21；导向架11设置在既沉放管节31的顶部的尾端，沿既沉放管节31的长度方向上看，导向架11由上至下呈渐收式的结构，即该导向架11为一外扩式的导向架11结构；导向杆21设置在待沉放管节32的顶部的首端，导向杆21的一端探出于待沉放管节的首端，即导向杆21的前端探出于GINA止水带所处的一端一定的距离，用于与既沉放管节31尾端上的导向架11配合实现导向；导向杆21的直径与导向架11的底部的宽度相适应，且导向杆21的轴心位于导向架11的中心分界面上，当导向杆21卡入到导向架11的底端时，待沉放管节32恰好与既沉放管节31横向对齐。
在使用本导向装置对接沉管时，首先在既沉放管节31的尾端安装导向架11，在待沉放管节32的首端安装导向杆21，在两管节对接时，使待沉放管节32首端上的导向杆21落入到既沉放管节31尾端上的导向架11中，由于该导向架11是一个外扩式的结构，且导向架11底端的开口宽度与导向杆21的直径相适应，因此在待沉放管节32逐渐下落至基床上的过程中，待沉放管节32的首端在导向杆21与导向架11的相互作用下而逐渐与既沉放管节31的尾端在轴向方向上对齐，由此在管节下放的同时完成横向定位，极大的增加了施工效率，降低了劳动强度。
优选的，导向架11的相对两侧侧壁均由内至外依次包括垫板12、缓冲垫层13和与既沉放管节31的顶部连接的支撑部14，支撑部14作为一个支撑的基础，设置在既沉放管节31的顶部；垫板12需要具 有一定的抗冲击强度，可选用钢板；缓冲垫层13设置在支撑部14与垫板12之间，用于起到缓和冲击力的作用。由于待沉放管节32在下放时具有一定的速度，当导向杆21刚一接触到导向架11的一侧时，导向杆21与导向架11的侧壁会发生相对冲击，而由于缓冲垫层13的存在，可起到缓和这一冲击力的作用，避免因刚性冲击而造成的部件损坏。
优选的，导向杆21和导向架11分别通过导向杆支架和导向架支架15架设在待沉放管节32和既沉放管节31的顶部，目的是使导向杆21与导向架11架有一定的高度，从而更有利于二者的导向配合。导向架支架15的顶部与上述支撑部14焊接为一体，以保证足够的连接强度抵抗冲击，另外，导向架支架15的顶部还设有一个与导向架11的底部衔接的矩形槽，该矩形槽自然与导向杆21的直径相适应，矩形槽与导向架11形成一个截面为Y型的敞口槽，导向杆21最终沿导向架11滑落至矩形槽中，由于矩形槽的两侧侧壁为竖直，所以导向杆21在落入矩形槽中后，在后续轴向调整时，导向杆21不易从矩形槽中脱出或发生左右摆动。
导向杆支架包括前支架22和后支架23，前支架22和后支架23在待沉放管节32的长度方向上前后排列设置，对导向杆21形成多点式支撑，前支架22和后支架23分别与导向杆21活动连接；前支架22和后支架23均包括托架26和顶盖27，托架26与待沉放管节32的顶部连接，托架26的顶部设有半圆形槽，托架26的半圆形槽的直径与导向杆21的直径相适应，用于托放导向杆21；顶盖27的底部同样设有与导向杆21的直径相适应的半圆形槽，顶盖27通过其底部的半圆形槽罩设在导向杆21的顶侧，并与导向杆21焊接，顶盖27再通过螺栓与托架26的顶部活动连接，以此将导向杆21固定。这样将顶盖27与导向杆21焊接为一体，在水下拆卸时可避免很多繁琐的操作，提高了效率，降低了劳动强度，同时也可避免了导向杆21发 生轴向错动。
优选的，在既沉放管节31的顶部设有多个第一预埋件16，在待沉放管节32的顶部设有多个第二预埋件24；第一预埋件16的顶部设有第一螺孔，导向架支架15的底部设有第一连接面板，第一连接面板上设有多个与第一预埋件16的位置相对的开孔，第一连接面板通过多个第一螺栓17与多个第一预埋件16的顶部连接；第二预埋件24的顶部设有第二螺孔，导向杆支架的底部设有第二连接面板，第二连接面板上设有多个与第二预埋件24的位置相对的开孔，第二连接面板通过多个第二螺栓25与多个第二预埋件24的顶部连接。
其中，第一连接面板开孔和第二连接面板开孔的孔径分别大于第一螺栓17和第二螺栓25的直径，且第一螺栓17与第一连接面板之间以及第二螺栓25与第二连接面板之间均垫设有垫圈；由于第一预埋件16和第二预埋件24的预埋位置难免存在偏差，通过将第一连接面板开孔和第二连接面板开孔的孔径设置得大一些，可以确保多个第一预埋件16和第二预埋件24的顶端从多个开孔中露出，以使螺栓顺利穿入，并且通过夹设垫圈的方式解决螺栓与连接面板的压接问题。
应当说明的是，本方案中的导向杆支架和导向架支架15与第一预埋件16和第二预埋件24的连接方式并不止局限于上述螺栓连接的方式，还可以是其他活动连接的方式。
本方案中的上述导向杆21、前支架22、后支架23以及导向架支架15上均设有吊耳，并可单独拆卸，当一处管节对接完成后，可将上述导向杆21、前支架22、后支架23以及导向架支架15单独拆卸下来，并通过在各零件上设置的吊耳吊起回收，以备重复使用，由此极大的节约了经济成本。
另外，本实施例还提供了一种基于上述沉管对接导向装置的沉管对接方法，包括以下步骤：
S1、在待沉放管节32的顶部的首端设置所述导向杆21，尾端设 置导向架11；
S2、在所述待沉放管节32与既沉放管节31对接完成后，拆除所述既沉放管节31尾端上的导向架11和所述待沉放管节32首端上的导向杆21，并将拆除下来的所述导向杆21和导向架11分别安装到下一节待沉放管节32的顶部的首端和尾端。
在完成一处管节的对接后，由于最后一节沉管尾端上已经设置了导向架11，可将倒数第二个管节上的导向架11和最后一个管节上的导向杆21拆除并吊出水面以备循环使用，即施工中只需做水下拆卸作业，无需做水下安装作业，由此极大的降低了施工难度，同时也做到了沉管的快速对接，经济成本也得到了节约。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。