梁旭清，陳韶強，馬 磊

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 引言

沉箱安裝定位精度受影響的因素很多，傳統(tǒng)安裝方法是采用第一件沉箱“粗定位”，以第一件沉箱為參考及輔助，對第二件沉箱進行“細定位”，并最終二次安裝第一件沉箱，以達到規(guī)范所需的安裝精度［1］。但是泵房及過濾涵作為單獨個體并不能采用傳統(tǒng)安裝方法，而且其自身各約5 000 t的重量也不適合粗定位后再精確定位，必須考慮一次精準(zhǔn)安裝到位，因此如何達到一次安裝精準(zhǔn)到位就顯得特別重要。

1 工程概況

深圳某項目包含LNG碼頭工程及火炬平臺、疏浚工程、護岸工程、取水口工程、工作船碼頭工程、排水工程、陸域形成工程、地基處理工程、導(dǎo)助航施工、供電工程、船舶靠泊安全輔助系統(tǒng)工程等［2］，其中取水口工程及工作船碼頭工程為重力式結(jié)構(gòu)。

過濾涵及泵房基礎(chǔ)皆應(yīng)用于取水口工程，其中過濾涵長27 m，寬20.2 m，預(yù)制高差12.4 m，重5 100 t；泵房基礎(chǔ)長30.2 m，寬17 m，高差12.4 m，重4 960 t。兩者皆為大型異形沉箱［3］，在某預(yù)制場預(yù)制。此外取水口工程還包含6 個規(guī)則沉箱，包括2 個1 370 t 沉箱、4個1 037 t沉箱，在新會預(yù)制場預(yù)制。

過濾涵及泵房基礎(chǔ)采用“南海號”運輸至施工現(xiàn)場，在1 000 t起重船助浮下配合安裝。

2 安裝順序及重難點

取水口構(gòu)件安裝順序為：泵房?前池底板?過濾涵?1 370 t 沉箱?1 037 t 沉箱，其中泵房及過濾涵安裝又是整個工程水下構(gòu)件安裝難度最大的難點所在，如圖1所示。

圖1 取水口工程預(yù)制構(gòu)件安裝平面順序Fig.1 Installation Plan of Prefabricated Components of Water Intake Project

圖1中最右邊為泵房，中間為過濾涵，兩者中間為前池底板，兩側(cè)為1 370 t 沉箱，過濾涵外側(cè)為4 個1 037 t 沉箱。泵房與過濾涵作為獨立個體并且單體重量達到5 000 t，獨立安放時周邊無參照物，且一次安放完成后，為防止后續(xù)漲潮致使構(gòu)件漂浮，需注水確保構(gòu)件能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)［4］，注水量達2 500 m3，若二次起吊安裝，則需先抽空構(gòu)件中的水，工作量大，耗時長，且二次起吊安裝會造成基床損壞，因此不適宜二次安裝。而且其安裝精度，直接影響后續(xù)6 個沉箱的安裝。其中過濾涵非規(guī)則體，兩側(cè)有棱角突出，如果安裝精度偏差過大，還會直接導(dǎo)致兩側(cè)的沉箱不能安裝，對安裝精度提出非常嚴(yán)格的要求［5］。

從圖2 中可看出，泵房基礎(chǔ)的安放精度決定了前池底板的精度，前池底板又影響過濾涵，而泵房基礎(chǔ)與過濾涵的安放精度又決定了兩側(cè)沉箱能否順利安裝。如果是先安裝兩側(cè)沉箱，則兩側(cè)沉箱的安放精度也決定了過濾涵能否順利卡入安放。因此，最終重點還是在于單個沉箱的安裝精度必須要有保證，不能超過允許偏差［6］。

圖2 過濾涵倒角示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Filter Culvert Chamfer

3 沉箱的傳統(tǒng)安裝方法

3.1 人員與儀器配備

一般沉箱安裝定位，配有測量人員3人，岸上1人，主要使用全站儀對沉箱角點進行最終復(fù)核，沉箱上2人，主要配2套GPS對兩邊角點同時進行觀測報數(shù)。

3.2 傳統(tǒng)定位安裝方法

測量人員使用手持GPS［7］，在沉箱角點上觀測坐標(biāo)偏差后，把偏差報給指揮人員，由指揮人員對吊船進行指揮移動沉箱，而實際上在最后坐底過程中，就算在風(fēng)平浪靜的條件下，沉箱也在不斷輕微移動，從報數(shù)到吊船移動沉箱，沉箱往往已經(jīng)偏離原來位置，這就使得要一次安裝精準(zhǔn)到位非常困難。

測量人員通過手持GPS 在沉箱角點觀測偏差后再報數(shù)給指揮人員，指揮人員再依據(jù)數(shù)據(jù)進行微調(diào)整，需要2個測量人員站在沉箱的2個角點上，同時觀測并報數(shù)［8］。整個調(diào)整過程耗時較長，從報數(shù)到沉箱移位，存在時間差，沉箱實際會有幾十至一百厘米的不?；蝿樱入y以控制，如果沉箱多次坐底，還會對基床造成不同程度的損壞。因此傳統(tǒng)定位方法才有第一件沉箱粗定位，以第一件沉箱為固定輔助，對第二件沉箱細定位的做法［9］。

4 采用新工藝測量安裝定位

4.1 人員與儀器配備

配有測量人員2人，岸上1人，主要使用全站儀對沉箱角點進行最終復(fù)核；沉箱上1 人，主要配3 套GPS對三邊角點同時進行觀測報數(shù)。另外還需配2 個360°棱鏡及3個定位架。

4.2 安裝使用儀器（見表1）

表1 安裝使用儀器Tab.1 Instrument List for Installation and Use

4.3 新工藝安裝定位流程（見圖3）

圖3 安裝定位流程示意圖Fig.3 Installation and Positioning Flow Diagram

4.4 定位方法

經(jīng)過探討，我們選擇了中海達的定位定向軟件，對軟件提出要求并進行優(yōu)化，由原來只能反映位置偏差到后來可以同時反映位置及高程偏差。另外自主設(shè)計了定位架，把定位架架設(shè)在沉箱角點上，可同時安裝GPS 及360°棱鏡，把安裝在沉箱同側(cè)的2 個角點GPS通過手薄軟件連接后，指揮人員可實時通過觀測軟件上的整體偏位及高程偏差直接指揮起重船吊勾及船舶移動；操作簡單明了，節(jié)省了傳統(tǒng)安裝過程中需要測量人員對沉箱偏位的報數(shù)過程，通過軟件捕捉沉箱快沉底時的移動規(guī)律，最終達到沉箱精準(zhǔn)坐底。

定位架與GPS、360°棱鏡的連接如圖4、圖5所示。

定位架直接架設(shè)在沉箱角點上，通過軟件連接2臺GPS，測量人員無需站在角點上觀測偏差，指揮人員可直接查看軟件上沉箱整體偏位指揮吊船安裝，無需測量人員報告偏位。

360°棱鏡用于沉箱初安裝后，岸上通過全站儀復(fù)核，而且安裝360°棱鏡，不需要測量人員再另外架設(shè)棱鏡桿給岸上人員觀測，在確保最終安裝精度的過程中，可提高工作效率，保證精度的同時，節(jié)省人力。

手薄定位定向軟件連接2 臺GPS 后，通過軟件把沉箱長寬及對應(yīng)設(shè)計坐標(biāo)輸入，既可得出定位定向的位置偏差；軟件屏幕左邊定位定向?qū)?yīng)的是沉箱2個角點與各自設(shè)計位置的偏差，屏幕右邊定位定向顯示對應(yīng)沉箱2個角點的高程。軟件屏幕顯示船長船寬對應(yīng)的是沉箱的長寬。

圖4 定位架三維示意圖Fig.4 3D Sketch of Positioning Frame

圖5 定位架、GPS、360°棱鏡現(xiàn)場連接示意圖Fig.5 Site Connection Diagram of Positioning Frame，GPS and 360 Degree Prism

考慮到泵房與過濾涵尺寸較大，只有2 點高程并不能全面反映安裝過程中的沉箱傾斜度，因此在第3個角點上加裝定位架與移動站，觀測其高程偏差，通過3點高程控制整個沉箱的安裝傾斜度并對沉箱進行調(diào)平。而且通過軟件高程可反算沉箱底與基床的距離，對沉箱沉底起指導(dǎo)意義，而實時的位置偏差，又能讓指揮人員捕捉沉箱左右晃動的規(guī)律，通過移動規(guī)律保留預(yù)留量，最終讓沉箱安裝精度達到規(guī)范要求。

4.5 兩種施工工藝優(yōu)缺點對比

由表2可知，采用定位架與GPS、360°棱鏡連接施工工藝，操作簡便明了，安裝精度高，大中小型沉箱皆可一次定位安裝完成，因此本工程采用定位架與GPS、360°棱鏡連接施工工藝安裝沉箱。

表2 兩種施工工藝優(yōu)缺點對比Tab.2 Comparison of Advantages and Disadvantages of Two Construction Technologies

5 總結(jié)

采用定位架、GPS及360°棱鏡組合定位施工工藝，可實時通過觀測軟件上的整體偏位及高程偏差調(diào)整構(gòu)件安裝位置，操作簡單明了，節(jié)省了傳統(tǒng)安裝過程中需要測量人員對構(gòu)件偏位的報數(shù)過程，通過軟件捕捉構(gòu)件快沉底時移動規(guī)律，最終達到構(gòu)件精準(zhǔn)坐底。深圳LNG 項目取水口工程構(gòu)件安裝最大偏差96 mm，最小偏差35 mm，滿足設(shè)計要求。此外，定位架、GPS 及360°棱鏡組合定位施工方法工藝簡便、操作簡易、實用性強，可為類似工程大型構(gòu)件安裝提供參考，具有很大的推廣意義。