深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用

外海深水块石基床抛石、整平、振动夯实工艺让世界更畅通中交一航局一公司中交一航局港研院深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用

1、工程概况及特点3、船机设备改造Contents

2、前期工艺研究4、定位系统开发5、施工工艺及质量控制6、结束语1、工程概况及特点深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用1.1工程概况

港珠澳大桥全长约35.0km，采用桥隧组合方案，桥隧通过东、西人工岛衔接，岛隧工程是大桥的控制性关键工程。沉管隧道总长度为5664m，最大沉放水深45m，是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一。

为便于容纳淤泥且利于清除表面回淤，消除管底沉积淤泥对基础沉降的影响，在隧道基槽底与碎石层之间设置抛填10~100kg块石并夯实。抛填块石总计约55万m3，夯实面积约25万m2。目前已抛石13万m3，夯实4.5万m2。1、工程概况及特点一般区段采用2m厚块石层（局部软土区域抛填块石厚度为3.5m）。1、工程概况及特点块石施工区域

(1)施工难度大，精度要求高。施工水域气象水文条件复杂，施工水深达47米，夯实后标高控制在±30cm以内，需开发专用施工设备。(2)沉管隧道位置主航道和临时航道紧邻，来往大型船舶较多，安全管理难度突出。

1.2施工特点1、工程概况及特点隧道地质纵断面图1、工程概况及特点1.3地质条件2、前期工艺研究深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用

由于沉管隧道基础抛石夯实施工具有超水深、变水深、高精度、工期紧等施工特点，传统施工方法已不能满足工程精度及进度需求，本次施工采用溜管抛石及液压振动锤对块石基床进行夯实。由于利用振动锤夯实工艺在国内尚属首次使用，为了验证其可行性，在西人工岛进行振动锤与普通夯锤对比夯沉试验及振动锤浸水消峰夯沉试验。2、前期工艺研究夯沉对比试验通过夯沉对比试验表明，液压振动锤夯实效果可以达到普通夯锤夯实效果，夯实效率远远高于普通夯锤，约为普通夯锤25倍，且夯后平整度比普通夯锤好。2、前期工艺研究振动锤浸水夯沉试验夯沉区域2、前期工艺研究

运行平稳，定位准确。普通夯锤夯点准确定位困难，而振动锤在水中运行非常平稳，可以定点夯沉。模拟消峰试验2、前期工艺研究

振动锤消峰能力强，普通夯锤对抛填后的高差要求高，且易出现”倒锤”现象，而振动锤在块石高差达到1m情况下，利用振动锤仍能夯平，且夯后高差小于20cm。3、船机设备改造深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用根据工程特点进行施工船舶的选择，综合考虑船舶尺寸满足基槽宽度及载重满足施工备料的要求，经比选，选用振驳28#作为本次工程施工船舶，振驳28#船机性能见下表。序号项目单位尺度1船体总长(m)82.02型宽(m)28.03型深(m)7.64设计吃水(m)5.25排水量（t）11838.96最大压载水总量（t）90003、船机设备改造3.1船舶选型3、船机设备改造3.2行走系统滑行轨道

主甲板上设置两条C型轨道用于小车的行走，小车下每边设置2个滑动体，每个滑动体下面设置7块抗磨滑板。由于是C型结构，这样限制了小车的上下左右的自由运动，确保其行走平稳。为了克服水流对抛石精度的影响，采用溜管下料，确保下料位置的准确性。同时为了能满足16m～47m水深变化要求，溜管利用四节最小内径1.2m、壁厚2cm套管连接组成，溜管行走小车两侧设置卷扬机，根据不同水深，溜管可以通过卷扬机自由提升。3、船机设备改造3.3抛石系统溜管提升卷扬抛石溜管3、船机设备改造与传统抛石工艺不易控制抛填高差不同，本次溜管抛石重点加强抛石过程控制，在溜管底部装有多通道测深仪，可以对抛石过程实时监测，确保一次抛填到位，从而保证抛石质量，提高施工效率。溜管小车沿轨道利用卷扬牵引，可以在轨道上移动定位，实现定点定量抛填。由于施工水域较深，且流速较大，普通夯锤已不适用施工需求，本次夯实施工采用APE600液压振动锤进行作业，为了让其运行平稳，增加夯实效果，在振动锤下方加配重夯板，两者总重量约80吨，夯板尺寸为4m×5m，一次夯实面积达20m2

，为了减少夯板的水平移动，在夯板下加11个“齿”，起固定作用。同样，夯锤小车可以在轨道上精确定位。振动锤油管吊架夯板动力柜3、船机设备改造3.4振动锤系统抛石系统夯实系统振驳28#改装完成图3、船机设备改造4、定位系统开发深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用4、定位系统开发为确保施工质量，开发专用抛石夯实定位系统，该系统是由GPS、高精度激光测距仪、霍尔传感器、倾角传感器、多通道测深仪组成，该系统在施工船上建立船体坐标系，在此坐标系下确定各关键点的几何关系。定位系统各关键点几何关系图在船体两侧架设两台GPS流动站，可以对船体进行平面定位，利用测距仪实施监测小车距离并传输至测量控制室，根据固定的船体参数可以反算出小车的平面位置。平面控制原理示意图4、定位系统开发4.1平面控制系统高程控制原理示意图4、定位系统开发4.2高程控制系统4、定位系统开发4.3霍尔传感器系统4、定位系统开发4.4软件集成开发为了便于操控，对测量定位控制系统进行集成开发，软件集成抛石、夯实功能，实现实时监测，显示图形化可视界面。4、定位系统开发4.5总控制室测深系统霍尔传感器计量系统软件集成5、施工工艺及质量控制深水域基床抛石夯实工艺及设备的开发与应用船舶驻位抛填块石倒运块石过程控制下放溜管5、施工工艺及质量控制5.1抛石施工抛石与夯实作业时振驳28#横跨基槽顺流驻位，在定位系统的指导下，轴向通过移船、横向通过小车在轨道上移动精确定位。船舶驻位示意图水流方向5、施工工艺及质量控制5.1.1船舶驻位

根据该区域水深条件控制溜管下放高度。溜管横跨船舷溜管竖直状态5、施工工艺及质量控制5.1.2下放抛石溜管石料倒运至施工船舶块石抛填5、施工工艺及质量控制5.1.3块石倒运及抛填

抛石点位呈矩形布设，间距为3m。在块石抛填过程中，监控系统可以对块石顶标高进行实时监测。实时监测块石抛填标高块石抛填标高控制示意图系统监测抛填标高5、施工工艺及质量控制5.1.4抛石过程质量控制振动锤在水面试振振动锤入水至块石顶5、施工工艺及质量控制5.2块石夯实施工开锤夯实系统监控块石顶标高5、施工工艺及质量控制实时监测块石顶标高

直接开启动力柜转速至1500r/min，持续夯沉30s以上，夯实施工时钢丝绳始终保持10t拉力，以保证夯板处于水平状态。相邻夯点及断面之间搭接均为1m，避免出现漏夯现象，夯实后对块石顶标高及平整度进行检测，达到施工质量要求。5、施工工艺及质量控制

综合考虑设备维修、天气等因素的影响，平均每天24小时作业（两班）可以完成抛石2000方，或完成块石夯实1400平米。经过设备改善和工艺优化，工效将会得到进一步提高。在近阶段施工中，先后创下单日抛填块石3000方，单日夯实块石2500平米施工记录。5.3施工工效分析

取沿基槽轴线50米施工区域，每10米一个断面，每2米一个点位进行数据比较分析，抛石夯实施工精度及效果满足要求，下图为其中一个断面标高曲线图。点位断面15、施工工艺及质量控制5.4施工质量分析断面12345项目抛前基槽底平均标高（m）-44.79-44.91-45.02-45.36-45.29抛后块石顶平均标高（m）-42.54-42.77-43.21-43.28-43.31夯后块石顶平均标高（m）-42.8-43-43.41-43.49-43.5夯沉量（cm）2623202119夯实后标高与设计标高差值（cm）108-18-15-8根据对5个断面数据汇总分析，夯沉后块石顶标高均在设计限差之内，施工质量达到设计及规范要求。5、施工工艺及质量控制6、结束语深水域基