深水域基床拋石夯實工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

外海深水塊石基床拋石、整平、振動夯實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工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

1、工程概況及特點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、工程概況及特點深水域基床拋石夯實工藝及設(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。拋填塊石總計約55萬m3，夯實面積約25萬m2。目前已拋石13萬m3，夯實4.5萬m2。1、工程概況及特點一般區(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1、工程概況及特點隧道地質(zhì)縱斷面圖1、工程概況及特點1.3地質(zhì)條件2、前期工藝研究深水域基床拋石夯實工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

由于沉管隧道基礎(chǔ)拋石夯實施工具有超水深、變水深、高精度、工期緊等施工特點，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錘對塊石基床進(jìn)行夯實。由于利用振動錘夯實工藝在國內(nèi)尚屬首次使用，為了驗證其可行性，在西人工島進(jìn)行振動錘與普通夯錘對比夯沉試驗及振動錘浸水消峰夯沉試驗。2、前期工藝研究夯沉對比試驗通過夯沉對比試驗表明，液壓振動錘夯實效果可以達(dá)到普通夯錘夯實效果，夯實效率遠(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、前期工藝研究振動錘浸水夯沉試驗夯沉區(qū)域2、前期工藝研究

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

振動錘消峰能力強，普通夯錘對拋填后的高差要求高，且易出現(xiàn)”倒錘”現(xiàn)象，而振動錘在塊石高差達(dá)到1m情況下，利用振動錘仍能夯平，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工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)工程特點進(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。序號項目單位尺度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個滑動體，每個滑動體下面設(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動，確保其行走平穩(wěn)。為了克服水流對拋石精度的影響，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)置卷揚機(jī)，根據(jù)不同水深，溜管可以通過卷揚機(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，本次溜管拋石重點加強拋石過程控制，在溜管底部裝有多通道測深儀，可以對拋石過程實時監(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牽引，可以在軌道上移動定位，實現(xiàn)定點定量拋填。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，本次夯實施工采用APE600液壓振動錘進(jìn)行作業(yè)，為了讓其運行平穩(wěn)，增加夯實效果，在振動錘下方加配重夯板，兩者總重量約80噸，夯板尺寸為4m×5m，一次夯實面積達(dá)20m2

，為了減少夯板的水平移動，在夯板下加11個“齒”，起固定作用。同樣，夯錘小車可以在軌道上精確定位。振動錘油管吊架夯板動力柜3、船機(jī)設(shè)備改造3.4振動錘系統(tǒng)拋石系統(tǒng)夯實系統(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)鍵點的幾何關(guān)系。定位系統(tǒng)各關(guān)鍵點幾何關(guān)系圖在船體兩側(cè)架設(shè)兩臺GPS流動站，可以對船體進(jìn)行平面定位，利用測距儀實施監(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、夯實功能，實現(xiàn)實時監(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工藝及設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用船舶駐位拋填塊石倒運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作業(yè)時振駁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塊石倒運及拋填

拋石點位呈矩形布設(shè)，間距為3m。在塊石拋填過程中，監(jiān)控系統(tǒng)可以對塊石頂標(biāo)高進(jìn)行實時監(jiān)測。實時監(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)量控制振動錘在水面試振振動錘入水至塊石頂5、施工工藝及質(zhì)量控制5.2塊石夯實施工開錘夯實系統(tǒng)監(jiān)控塊石頂標(biāo)高5、施工工藝及質(zhì)量控制實時監(jiān)測塊石頂標(biāo)高

直接開啟動力柜轉(zhuǎn)速至1500r/min，持續(xù)夯沉30s以上，夯實施工時鋼絲繩始終保持10t拉力，以保證夯板處于水平狀態(tài)。相鄰夯點及斷面之間搭接均為1m，避免出現(xiàn)漏夯現(xiàn)象，夯實后對塊石頂標(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小時作業(yè)（兩班）可以完成拋石2000方，或完成塊石夯實1400平米。經(jīng)過設(shè)備改善和工藝優(yōu)化，工效將會得到進(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米一個斷面，每2米一個點位進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，拋石夯實施工精度及效果滿足要求，下圖為其中一個斷面標(biāo)高曲線圖。點位斷面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夯實后標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高差值（cm）108-18-15-8根據(jù)對5個斷面數(shù)據(jù)匯總分析，夯沉后塊石頂標(biāo)高均在設(shè)計限差之內(nèi)，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求。5、施工工藝及質(zhì)量控制6、結(jié)束語深水域基