深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

外海深水塊石基床拋石、整平、振動(dòng)夯實(shí)工藝讓世界更暢通中交一航局一公司中交一航局港研院深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

1、工程概況及特點(diǎn)3、船機(jī)設(shè)備改造Contents

2、前期工藝研究4、定位系統(tǒng)開發(fā)5、施工工藝及質(zhì)量控制6、結(jié)束語1、工程概況及特點(diǎn)深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用1.1工程概況

港珠澳大橋全長約35.0km，采用橋隧組合方案，橋隧通過東、西人工島銜接，島隧工程是大橋的控制性關(guān)鍵工程。沉管隧道總長度為5664m，最大沉放水深45m，是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一。

為便于容納淤泥且利于清除表面回淤，消除管底沉積淤泥對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響，在隧道基槽底與碎石層之間設(shè)置拋填10~100kg塊石并夯實(shí)。拋填塊石總計(jì)約55萬m3，夯實(shí)面積約25萬m2。目前已拋石13萬m3，夯實(shí)4.5萬m2。1、工程概況及特點(diǎn)一般區(qū)段采用2m厚塊石層（局部軟土區(qū)域拋填塊石厚度為3.5m）。1、工程概況及特點(diǎn)塊石施工區(qū)域

(1)施工難度大，精度要求高。施工水域氣象水文條件復(fù)雜，施工水深達(dá)47米，夯實(shí)后標(biāo)高控制在±30cm以內(nèi)，需開發(fā)專用施工設(shè)備。(2)沉管隧道位置主航道和臨時(shí)航道緊鄰，來往大型船舶較多，安全管理難度突出。

1.2施工特點(diǎn)1、工程概況及特點(diǎn)隧道地質(zhì)縱斷面圖1、工程概況及特點(diǎn)1.3地質(zhì)條件2、前期工藝研究深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

由于沉管隧道基礎(chǔ)拋石夯實(shí)施工具有超水深、變水深、高精度、工期緊等施工特點(diǎn)，傳統(tǒng)施工方法已不能滿足工程精度及進(jìn)度需求，本次施工采用溜管拋石及液壓振動(dòng)錘對(duì)塊石基床進(jìn)行夯實(shí)。由于利用振動(dòng)錘夯實(shí)工藝在國內(nèi)尚屬首次使用，為了驗(yàn)證其可行性，在西人工島進(jìn)行振動(dòng)錘與普通夯錘對(duì)比夯沉試驗(yàn)及振動(dòng)錘浸水消峰夯沉試驗(yàn)。2、前期工藝研究夯沉對(duì)比試驗(yàn)通過夯沉對(duì)比試驗(yàn)表明，液壓振動(dòng)錘夯實(shí)效果可以達(dá)到普通夯錘夯實(shí)效果，夯實(shí)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通夯錘，約為普通夯錘25倍，且夯后平整度比普通夯錘好。2、前期工藝研究振動(dòng)錘浸水夯沉試驗(yàn)夯沉區(qū)域2、前期工藝研究

運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確。普通夯錘夯點(diǎn)準(zhǔn)確定位困難，而振動(dòng)錘在水中運(yùn)行非常平穩(wěn)，可以定點(diǎn)夯沉。模擬消峰試驗(yàn)2、前期工藝研究

振動(dòng)錘消峰能力強(qiáng)，普通夯錘對(duì)拋填后的高差要求高，且易出現(xiàn)”倒錘”現(xiàn)象，而振動(dòng)錘在塊石高差達(dá)到1m情況下，利用振動(dòng)錘仍能夯平，且夯后高差小于20cm。3、船機(jī)設(shè)備改造深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行施工船舶的選擇，綜合考慮船舶尺寸滿足基槽寬度及載重滿足施工備料的要求，經(jīng)比選，選用振駁28#作為本次工程施工船舶，振駁28#船機(jī)性能見下表。序號(hào)項(xiàng)目單位尺度1船體總長(m)82.02型寬(m)28.03型深(m)7.64設(shè)計(jì)吃水(m)5.25排水量（t）11838.96最大壓載水總量（t）90003、船機(jī)設(shè)備改造3.1船舶選型3、船機(jī)設(shè)備改造3.2行走系統(tǒng)滑行軌道

主甲板上設(shè)置兩條C型軌道用于小車的行走，小車下每邊設(shè)置2個(gè)滑動(dòng)體，每個(gè)滑動(dòng)體下面設(shè)置7塊抗磨滑板。由于是C型結(jié)構(gòu)，這樣限制了小車的上下左右的自由運(yùn)動(dòng)，確保其行走平穩(wěn)。為了克服水流對(duì)拋石精度的影響，采用溜管下料，確保下料位置的準(zhǔn)確性。同時(shí)為了能滿足16m～47m水深變化要求，溜管利用四節(jié)最小內(nèi)徑1.2m、壁厚2cm套管連接組成，溜管行走小車兩側(cè)設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)，根據(jù)不同水深，溜管可以通過卷揚(yáng)機(jī)自由提升。3、船機(jī)設(shè)備改造3.3拋石系統(tǒng)溜管提升卷揚(yáng)拋石溜管3、船機(jī)設(shè)備改造與傳統(tǒng)拋石工藝不易控制拋填高差不同，本次溜管拋石重點(diǎn)加強(qiáng)拋石過程控制，在溜管底部裝有多通道測深儀，可以對(duì)拋石過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保一次拋填到位，從而保證拋石質(zhì)量，提高施工效率。溜管小車沿軌道利用卷揚(yáng)牽引，可以在軌道上移動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定量拋填。由于施工水域較深，且流速較大，普通夯錘已不適用施工需求，本次夯實(shí)施工采用APE600液壓振動(dòng)錘進(jìn)行作業(yè)，為了讓其運(yùn)行平穩(wěn)，增加夯實(shí)效果，在振動(dòng)錘下方加配重夯板，兩者總重量約80噸，夯板尺寸為4m×5m，一次夯實(shí)面積達(dá)20m2

，為了減少夯板的水平移動(dòng)，在夯板下加11個(gè)“齒”，起固定作用。同樣，夯錘小車可以在軌道上精確定位。振動(dòng)錘油管吊架夯板動(dòng)力柜3、船機(jī)設(shè)備改造3.4振動(dòng)錘系統(tǒng)拋石系統(tǒng)夯實(shí)系統(tǒng)振駁28#改裝完成圖3、船機(jī)設(shè)備改造4、定位系統(tǒng)開發(fā)深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用4、定位系統(tǒng)開發(fā)為確保施工質(zhì)量，開發(fā)專用拋石夯實(shí)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由GPS、高精度激光測距儀、霍爾傳感器、傾角傳感器、多通道測深儀組成，該系統(tǒng)在施工船上建立船體坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系下確定各關(guān)鍵點(diǎn)的幾何關(guān)系。定位系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)幾何關(guān)系圖在船體兩側(cè)架設(shè)兩臺(tái)GPS流動(dòng)站，可以對(duì)船體進(jìn)行平面定位，利用測距儀實(shí)施監(jiān)測小車距離并傳輸至測量控制室，根據(jù)固定的船體參數(shù)可以反算出小車的平面位置。平面控制原理示意圖4、定位系統(tǒng)開發(fā)4.1平面控制系統(tǒng)高程控制原理示意圖4、定位系統(tǒng)開發(fā)4.2高程控制系統(tǒng)4、定位系統(tǒng)開發(fā)4.3霍爾傳感器系統(tǒng)4、定位系統(tǒng)開發(fā)4.4軟件集成開發(fā)為了便于操控，對(duì)測量定位控制系統(tǒng)進(jìn)行集成開發(fā)，軟件集成拋石、夯實(shí)功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，顯示圖形化可視界面。4、定位系統(tǒng)開發(fā)4.5總控制室測深系統(tǒng)霍爾傳感器計(jì)量系統(tǒng)軟件集成5、施工工藝及質(zhì)量控制深水域基床拋石夯實(shí)工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用船舶駐位拋填塊石倒運(yùn)塊石過程控制下放溜管5、施工工藝及質(zhì)量控制5.1拋石施工拋石與夯實(shí)作業(yè)時(shí)振駁28#橫跨基槽順流駐位，在定位系統(tǒng)的指導(dǎo)下，軸向通過移船、橫向通過小車在軌道上移動(dòng)精確定位。船舶駐位示意圖水流方向5、施工工藝及質(zhì)量控制5.1.1船舶駐位

根據(jù)該區(qū)域水深條件控制溜管下放高度。溜管橫跨船舷溜管豎直狀態(tài)5、施工工藝及質(zhì)量控制5.1.2下放拋石溜管石料倒運(yùn)至施工船舶塊石拋填5、施工工藝及質(zhì)量控制5.1.3塊石倒運(yùn)及拋填

拋石點(diǎn)位呈矩形布設(shè)，間距為3m。在塊石拋填過程中，監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)塊石頂標(biāo)高進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。實(shí)時(shí)監(jiān)測塊石拋填標(biāo)高塊石拋填標(biāo)高控制示意圖系統(tǒng)監(jiān)測拋填標(biāo)高5、施工工藝及質(zhì)量控制5.1.4拋石過程質(zhì)量控制振動(dòng)錘在水面試振振動(dòng)錘入水至塊石頂5、施工工藝及質(zhì)量控制5.2塊石夯實(shí)施工開錘夯實(shí)系統(tǒng)監(jiān)控塊石頂標(biāo)高5、施工工藝及質(zhì)量控制實(shí)時(shí)監(jiān)測塊石頂標(biāo)高

直接開啟動(dòng)力柜轉(zhuǎn)速至1500r/min，持續(xù)夯沉30s以上，夯實(shí)施工時(shí)鋼絲繩始終保持10t拉力，以保證夯板處于水平狀態(tài)。相鄰夯點(diǎn)及斷面之間搭接均為1m，避免出現(xiàn)漏夯現(xiàn)象，夯實(shí)后對(duì)塊石頂標(biāo)高及平整度進(jìn)行檢測，達(dá)到施工質(zhì)量要求。5、施工工藝及質(zhì)量控制

綜合考慮設(shè)備維修、天氣等因素的影響，平均每天24小時(shí)作業(yè)（兩班）可以完成拋石2000方，或完成塊石夯實(shí)1400平米。經(jīng)過設(shè)備改善和工藝優(yōu)化，工效將會(huì)得到進(jìn)一步提高。在近階段施工中，先后創(chuàng)下單日拋填塊石3000方，單日夯實(shí)塊石2500平米施工記錄。5.3施工工效分析

取沿基槽軸線50米施工區(qū)域，每10米一個(gè)斷面，每2米一個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，拋石夯實(shí)施工精度及效果滿足要求，下圖為其中一個(gè)斷面標(biāo)高曲線圖。點(diǎn)位斷面15、施工工藝及質(zhì)量控制5.4施工質(zhì)量分析斷面12345項(xiàng)目拋前基槽底平均標(biāo)高（m）-44.79-44.91-45.02-45.36-45.29拋后塊石頂平均標(biāo)高（m）-42.54-42.77-43.21-43.28-43.31夯后塊石頂平均標(biāo)高（m）-42.8-43-43.41-43.49-43.5夯沉量（cm）2623202119夯實(shí)后標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差值（cm）108-18-15-8根據(jù)對(duì)5個(gè)斷面數(shù)據(jù)匯總分析，夯沉后塊石頂標(biāo)高均在設(shè)計(jì)限差之內(nèi)，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。5、施工工藝及質(zhì)量控制6、結(jié)束語深水域基