梁旭清，陳韶強(qiáng)，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(duì)第二件沉箱進(jìn)行“細(xì)定位”，并最終二次安裝第一件沉箱，以達(dá)到規(guī)范所需的安裝精度［1］。但是泵房及過濾涵作為單獨(dú)個(gè)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(dá)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(xiàng)目包含LNG碼頭工程及火炬平臺(tái)、疏浚工程、護(hù)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(zhǎng)27 m，寬20.2 m，預(yù)制高差12.4 m，重5 100 t；泵房基礎(chǔ)長(zhǎng)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(chǎng)預(yù)制。此外取水口工程還包含6 個(gè)規(guī)則沉箱，包括2 個(gè)1 370 t 沉箱、4個(gè)1 037 t沉箱，在新會(huì)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制。

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

2 安裝順序及重難點(diǎn)

取水口構(gòu)件安裝順序?yàn)椋罕梅?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(gè)工程水下構(gòu)件安裝難度最大的難點(diǎn)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(gè)1 037 t 沉箱。泵房與過濾涵作為獨(dú)立個(gè)體并且單體重量達(dá)到5 000 t，獨(dú)立安放時(shí)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(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)［4］，注水量達(dá)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(shí)長(zhǎng)，且二次起吊安裝會(huì)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(gè)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(huì)直接導(dǎo)致兩側(cè)的沉箱不能安裝，對(duì)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(diǎn)還是在于單個(gè)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(cè)量人員3人，岸上1人，主要使用全站儀對(duì)沉箱角點(diǎn)進(jìn)行最終復(fù)核，沉箱上2人，主要配2套GPS對(duì)兩邊角點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)報(bào)數(shù)。

3.2 傳統(tǒng)定位安裝方法

測(cè)量人員使用手持GPS［7］，在沉箱角點(diǎn)上觀測(cè)坐標(biāo)偏差后，把偏差報(bào)給指揮人員，由指揮人員對(duì)吊船進(jìn)行指揮移動(dòng)沉箱，而實(shí)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(dòng)，從報(bào)數(shù)到吊船移動(dòng)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(cè)量人員通過手持GPS 在沉箱角點(diǎn)觀測(cè)偏差后再報(bào)數(shù)給指揮人員，指揮人員再依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)整，需要2個(gè)測(cè)量人員站在沉箱的2個(gè)角點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)并報(bào)數(shù)［8］。整個(gè)調(diào)整過程耗時(shí)較長(zhǎng)，從報(bào)數(shù)到沉箱移位，存在時(shí)間差，沉箱實(shí)際會(huì)有幾十至一百厘米的不?；蝿?dòng)，精度難以控制，如果沉箱多次坐底，還會(huì)對(duì)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(duì)第二件沉箱細(xì)定位的做法［9］。

4 采用新工藝測(cè)量安裝定位

4.1 人員與儀器配備

配有測(cè)量人員2人，岸上1人，主要使用全站儀對(duì)沉箱角點(diǎn)進(jìn)行最終復(fù)核；沉箱上1 人，主要配3 套GPS對(duì)三邊角點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)報(bào)數(shù)。另外還需配2 個(gè)360°棱鏡及3個(gè)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(dá)的定位定向軟件，對(duì)軟件提出要求并進(jìn)行優(yōu)化，由原來只能反映位置偏差到后來可以同時(shí)反映位置及高程偏差。另外自主設(shè)計(jì)了定位架，把定位架架設(shè)在沉箱角點(diǎn)上，可同時(shí)安裝GPS 及360°棱鏡，把安裝在沉箱同側(cè)的2 個(gè)角點(diǎn)GPS通過手薄軟件連接后，指揮人員可實(shí)時(shí)通過觀測(cè)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(dòng)；操作簡(jiǎn)單明了，節(jié)省了傳統(tǒng)安裝過程中需要測(cè)量人員對(duì)沉箱偏位的報(bào)數(shù)過程，通過軟件捕捉沉箱快沉底時(shí)的移動(dòng)規(guī)律，最終達(dá)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(diǎn)上，通過軟件連接2臺(tái)GPS，測(cè)量人員無需站在角點(diǎn)上觀測(cè)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(cè)量人員報(bào)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(cè)量人員再另外架設(shè)棱鏡桿給岸上人員觀測(cè)，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(shí)，節(jié)省人力。

手薄定位定向軟件連接2 臺(tái)GPS 后，通過軟件把沉箱長(zhǎng)寬及對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)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(gè)角點(diǎn)與各自設(shè)計(jì)位置的偏差，屏幕右邊定位定向顯示對(duì)應(yīng)沉箱2個(gè)角點(diǎn)的高程。軟件屏幕顯示船長(zhǎng)船寬對(duì)應(yīng)的是沉箱的長(zhǎng)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(chǎng)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(diǎn)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(gè)角點(diǎn)上加裝定位架與移動(dòng)站，觀測(cè)其高程偏差，通過3點(diǎn)高程控制整個(gè)沉箱的安裝傾斜度并對(duì)沉箱進(jìn)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(duì)沉箱沉底起指導(dǎo)意義，而實(shí)時(shí)的位置偏差，又能讓指揮人員捕捉沉箱左右晃動(dòng)的規(guī)律，通過移動(dòng)規(guī)律保留預(yù)留量，最終讓沉箱安裝精度達(dá)到規(guī)范要求。

4.5 兩種施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)對(duì)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(shí)時(shí)通過觀測(cè)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(jiǎn)單明了，節(jié)省了傳統(tǒng)安裝過程中需要測(cè)量人員對(duì)構(gòu)件偏位的報(bào)數(shù)過程，通過軟件捕捉構(gòu)件快沉底時(shí)移動(dòng)規(guī)律，最終達(dá)到構(gòu)件精準(zhǔn)坐底。深圳LNG 項(xiàng)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(jì)要求。此外，定位架、GPS 及360°棱鏡組合定位施工方法工藝簡(jiǎn)便、操作簡(jiǎn)易、實(shí)用性強(qiáng)，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。