超大型構件的水上浮運方法

《超大型構件的水上浮運方法》是國營武昌造船廠於2006年9月22日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN100493986C，專利公布日：2007年3月14日，發明人：嚴俊、胡廣宇、彭祖洋。

《超大型構件的水上浮運方法》涉及一種用於建造電站大壩和橋樑等超大型構件的水上浮運方法，所採用的方案為：檢測航道，超大型構件箱型截面的縱梁或橫樑形成密封艙室，利用超大型構件的縱、橫樑的內腹板和底板結構形成充氣氣室，將充氣氣室與壓縮空氣氣源連通，將超大型構件放置於水運航道，對充氣氣室進行充氣，使其與水面之間形成氣墊，超大型構件成浮升狀態，以拖輪為動力，帶動超大型構件進入水運航道進行水上浮運，其特徵在於在超大型構件兩側縱梁的兩端部設定相互獨立的壓載水艙，壓載水艙與壓載泵水系統相連通，以調整各壓載水艙的壓載水量。《超大型構件的水上浮運方法》對構件結構適應性強、水上運行時平衡調整性能好、調整簡便，使超大型構件的整體浮運性能更趨完善。

2014年3月29日，《超大型構件的水上浮運方法》獲得第十三屆中國專利獎金獎。

（概述圖片來源：《超大型構件的水上浮運方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：超大型構件的水上浮運方法
• 公告號：CN100493986C
• 申請日：2006年9月22日
• 授權日：2007年3月14日
• 申請人：國營武昌造船廠
• 類別：發明專利
• 地址：湖北省武漢市武昌區紫陽路2號
• 發明人：嚴俊、胡廣宇、彭祖洋
• 代理人：胡建平
• 代理機構：湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 申請號：200610124588.7
• Int.CI.：B6B 38/00(2006.01);B65G 51/00(2006.01);B65G 7/00(2006.01)

專利背景

《超大型構件的水上浮運方法》用於建造水電站大壩和橋樑的大型鋼質構件，其特點之一是外型體積大、質量重，如用於水電站大壩的升船機承船廂，長達百餘米、寬從十幾米到二十幾米，高達十米，重量可達幾千噸；特點之二是構件縱梁及部分橫樑截面為中空的箱型結構，並且具有底板以下外周邊低的結構特徵，構件大都為平直型。由於力學與平衡性能的要求，這類構件製造精度要求較高。為滿足超大型構件的製造精度，通常需要在工廠製造基本成型，但成型後的超大型構件用現有的交通工具和條件無法運輸。因此只能分散拆零，到施工現場再進行拼接成型，由於施工現場的設施條件有限，至使超大型構件的製造質量難以保證。隨著上述這類大型工程的不斷增多，上述矛盾也更加突出。

為解決上述存在的問題，《超大型構件的水上浮運方法》公開。《超大型構件的水上浮運方法》是利用超大型構件的結構特徵，在構件下方設定若干充氣氣室，通過氣室充氣與水面間形成氣墊使構件成浮升狀態，然後進入水運航道進行水上浮運，該方法藉助水路將超大型構件直接成型後運抵施工現場安裝，從而解決了超大型構件淺水運輸難題，同時大大減少了現場施工的工作量，保證了超大構件的製造精度。超大型構件水上運輸的一個關鍵問題是要保持構件運行的平衡，以防氣墊泄氣和失效，《超大型構件的水上浮運方法》是通過對不同氣室進行補充充氣來進行構件浮運的平衡調整，而構件浮運的左右平衡是通過設定左右氣室來調整，對於從結構上無縱向隔板形成左右氣室的大型構件，存在浮運時左右橫傾無法調整的問題，這不僅會大大增加浮運的難度，情況嚴重時將導致浮運的失敗。而在大型構件上增設縱向隔板以形成左右氣室既會在一定程度上損害構件的自身結構，也會大大增加構件製作和組裝的成本。

發明內容

專利目的

《超大型構件的水上浮運方法》所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種對構件結構適應性強、水上運行時平衡調整性能好、調整簡便的超大型構件的水上浮運方法，以使超大型構件的浮運性能更趨完善。

技術方案

檢測航道，進行必要的疏浚，使水運航道達到該水域正常設定航道要求，超大型構件箱型截面的縱梁和/或橫樑形成密封艙室，利用超大型構件的縱、橫樑的內腹板和底（面）板結構形成若干四周與上面密閉，下面敞開的充氣氣室，將充氣氣室與壓縮空氣氣源連通，將超大型構件放置於水運航道，充氣氣室朝向水面，與水面形成密封的腔室，對充氣氣室進行充氣，使其與水面之間形成氣墊，超大型構件成浮升狀態，以拖輪為動力，帶動超大型構件進入水運航道進行水上浮運，其不同之處在於在超大型構件兩側縱梁的兩端部設定相互獨立的壓載水艙，壓載水艙與壓載泵水系統相連通，以調整各壓載水艙的壓載水量。

按上述方案，所述的壓載泵水系統設定在縱梁或橫樑內，通過連線管路使壓載水艙與浮運水面連通或相互連通；所述的壓載泵水系統包括水泵、濾器、閥件和連線管路。

按上述方案，在底板上面設定壓縮空氣氣源，用於浮運時對充氣氣室氣壓的補充和調整。

按上述方案，所述的充氣氣室沿構件的前後分隔為2～6個，各充氣氣室相互隔絕，且各充氣氣室均與壓縮空氣氣源相通。

按上述方案，在大型構件的底部用橫向隔板結構，設定和分隔充氣氣室。在兩側縱梁的兩端內部用橫隔板相隔形成壓載水艙。

按上述方案，超大型構件浮運時的吃水範圍為2.0～3.0米。

改善效果

1、利用構件自身的結構條件，構成多個氣室，形成氣墊浮運方式，這樣不僅減小了構件的吃水深度，便於超大型構件在水淺的航道中運行，而且也減少了航運的阻力；

2、在縱梁的兩端部設定壓載水艙，簡單易行，使得超大型構件的縱傾和橫傾易於控制和調整，這樣不僅提高了超大型構件的浮運平衡性能，也增強了超大型構件浮運的穩定性；

3、由於能夠採用整件或大件的浮運方式，使得超大型構件能在工廠直接建造成型，運抵施工現場後即可吊接安裝，這樣不僅使超大型構件的製造精度高，成型質量好，而且大大減少了現場施工的工作量，也使現場施工更為簡便，在保證較高精度工程施工質量的同時，也大大提高了超大型工程的施工工效；

4、《超大型構件的水上浮運方法》使超大型構件的浮運性能更趨完善，氣室無須左右分隔，使構件氣室結構更為簡化，還增加了首尾防撞安全浮運功能，可適於具有類似箱型截面結構的各種超大型構件的水上運輸。

附圖說明

圖1為《超大型構件的水上浮運方法》一個實施例的俯視結構圖。

圖2為圖1中的A-A剖視圖（旋轉90度）。

圖3為《超大型構件的水上浮運方法》一個實施例的壓載水艙布置示意圖。

圖4為《超大型構件的水上浮運方法》一個實施例的各氣室供氣氣源連線示意圖。

圖5為《超大型構件的水上浮運方法》一個實施例的壓載泵水系統連線示意圖。

技術領域

《超大型構件的水上浮運方法》涉及一種用於建造電站大壩和橋樑等超大型構件的水上浮運方法，具體涉及大壩升船機承船廂主縱梁整體水上浮運方法，是對現有水上浮運方法的進一步改進。

權利要求

1、《超大型構件的水上浮運方法》包括檢測航道，進行必要的疏浚，使水運航道達到該水域正常設定航道要求， 超大型構件箱型截面的縱梁和/或橫樑形成密封艙室，利用超大型構件的縱、橫樑的內腹板和底板結構形成若干四周與上面密閉， 下面敞開的充氣氣室，將充氣氣室與壓縮空氣氣源連通， 將超大型構件放置於水運航道，充氣氣室朝向水面，與水面形成密封的腔室， 對充氣氣室進行充氣，使其與水面之間形成氣墊，超大型構件成浮升狀態， 以拖輪為動力，帶動超大型構件進入水運航道進行水上浮運， 其特徵在於在超大型構件兩側縱梁的兩端部設定相互獨立的壓載水艙，壓載 水艙與壓載泵水系統相連通，以調整各壓載水艙的壓載水量。

2、按權利要求1所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於所述的壓載泵水系統設定在縱梁或橫樑內，通過連線管路使壓載水艙與浮運水面連通或相互連通。

3、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於所述的壓載泵水系統包括水泵、濾器、閥件和連線管路。

4、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於在底板上面設定壓縮空氣氣源，用於浮運時對充氣氣室氣壓的補充和調整。

5、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於所述的充氣氣室沿構件的前後分隔為2～6個，各充氣氣室相互隔絕，且各充氣氣室均與壓縮空氣氣源相通。

6、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於在大型構件的底部用橫向隔板結構，設定和分隔充氣氣室。

7、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於所述的壓載水艙是在兩側縱梁的兩端內部用橫隔板相隔形成。

8、按權利要求5所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於所述的超大型構件為升船機承船廂主縱梁構件整體浮運，一個長形的鋼質焊接結構件，包括有兩側設定的箱形截面的主縱梁，主縱梁的兩端均封閉，構成密封艙室，在兩主縱梁的兩個端部設定有密閉的壓載水艙，由此形成前後左右四個獨立的壓載水艙，壓載水艙與壓載泵水系統相連通，用來調整浮體的橫傾和縱傾，所述的壓載泵水系統設定在箱形主縱梁和橫樑內，通過連線管路使壓載水艙與浮運水面連通；在兩主縱梁之間中下部聯接底板結構，底板結構與主縱梁等長，縱貫整個承船廂，在底板的下面及主縱梁之間安設有橫樑，兩端設有端橫樑，由此，在主縱梁、橫樑的內腹板以及底板之間形成3個縱向分隔的充氣氣室，各充氣氣室相互隔絕，僅下面一個面敞開。

9、按權利要求1或2所述的超大型構件的水上浮運方法，其特徵在於超大型構件浮運時的吃水範圍為2.0～3.0米。

實施方式

結合附圖說明《超大型構件的水上浮運方法》的實施例，為長江三峽升船機承船廂主縱梁構件整體浮運，一個長形的鋼質焊接結構件，包括有兩側設定的箱形截面的主縱梁1，主縱梁的兩端均封閉，構成密封艙室，在兩主縱梁的兩個端部設定有密閉的壓載水艙，由此形成前後左右四個獨立的壓載水艙6，壓載水艙與壓載泵水系統相連通，用來調整浮體的橫傾和縱傾。所述的壓載泵水系統設定在箱形主縱梁和橫樑內，通過連線管路使壓載水艙與浮運水面連通；所述的壓載泵水系統包括水泵12、濾器14、管路和閥件13。在兩主縱梁之間中下部聯接底板結構4，底板結構與主縱梁等長，縱貫整個承船廂，在底板的下面及主縱梁之間安設有橫樑3，兩端設有端橫樑2，由此，在主縱梁、橫樑的內腹板以及底板之間形成3個縱向分隔的充氣氣室5，各充氣氣室相互隔絕，僅下面一個面敞開。在底板結構的上面設定壓縮空氣氣源，所述的壓縮空氣氣源包括空壓機7、控制閥組8、儲氣罐9、連線管路10和壓力表11，儲氣罐通過連線管路與各充氣氣室連通，用於浮運時調整充氣氣室的氣壓，調整浮運構件的吃水和縱傾。本實施例的外型結構約為：長132m，寬17.5m，高10m，設計浮運重量2000～4500噸。

本發明浮運方案設計參數及運輸方案最佳化設計的計算方法（參見圖2）為：

在氣墊條件下，設計參數由重力和浮力平衡方程實現。阿基米德定律修正為：

W = ▿ 1 + ▿ 2 = ▿ 1 + Σ i = 1 n S i ( T - t i )

式中：W——浮運單元重量（有壓載水時，包括壓載水的重量）；兩根主縱梁在吃水為T時的排水量；氣體壓力排開水的重量；

T——外吃水；

ti——氣室的內吃水；

Si——氣室的水平面積；

i——氣室編號；

n——氣室個數。

《超大型構件的水上浮運方法》使用運行過程為：將升船機承船廂主縱梁構件整體放置於水運航道，充氣氣室朝向水面，與水面形成密封的腔室，對充氣氣室進行充氣，使其與水面之間形成氣墊，大型構件成浮升狀態，充氣氣室充氣浮運時構件的吃水深度為2.0-2.7m，符合本大型構件的浮運條件。同時調整縱向平衡，使浮體成浮升狀態，通過壓載水艙泵入一定量的水，將浮運構件的前後左右調整平衡，以拖輪為動力，帶動浮運構件進入水運航道進行水上浮運。

由於能夠採用承船廂主縱梁構件整件浮運方式，使得升船機承船廂主縱梁能在工廠直接建造成型，底板等結構也能大部分成型，運抵施工現場後即可吊接安裝，這樣不僅使升船機承船廂的的製造精度高，成型質量好，而且大大減少了現場施工的工作量，也使現場施工更為簡便，在保證較高精度工程施工質量的同時，也大大提高了超大型工程的施工工效。

榮譽表彰

2014年3月29日，《超大型構件的水上浮運方法》獲得第十三屆中國專利獎金獎。