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        定位架、GPS及360°棱鏡組合技術(shù)在沉箱安裝中的應(yīng)用

        2020-04-07 02:41:56梁旭清陳韶強(qiáng)
        廣東土木與建筑 2020年3期
        關(guān)鍵詞:沉箱泵房角點(diǎn)

        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。

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