沉箱安裝調(diào)平測量監(jiān)控技術(shù)淺析
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摘要：沉箱碼頭在現(xiàn)代港航工程中取得廣泛應(yīng)用，為典型的碼頭施工形式，但其周期相對較長，易受到風(fēng)浪等因素的影響，因此難度較大。本文結(jié)合深圳港寶安綜合港區(qū)一期工程，根據(jù)沉箱安裝的特點，圍繞其測量監(jiān)控工作展開探討，分析相適應(yīng)的測量監(jiān)控技術(shù)，針對現(xiàn)有問題提出改進(jìn)措施，以便提高沉箱定位安裝的精度，確保沉箱安裝質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：沉箱安裝；測量監(jiān)控
0引言
沉箱碼頭工程量較大，通常在預(yù)制場內(nèi)由專業(yè)人員預(yù)制成型，通過半潛駁轉(zhuǎn)運至現(xiàn)場后安裝到位。沉箱下沉期間處于漂浮狀態(tài)，所在處的風(fēng)浪、潮流等均會對其造成影響，因此表現(xiàn)出不定周期性起伏，明顯加大沉箱安裝難度，若施工期間的測量監(jiān)控工作不到位，將導(dǎo)致沉箱安裝失敗，造成嚴(yán)重?fù)p失。
1工程概況
深圳港寶安綜合港區(qū)一期工程建設(shè)于深圳市西部南頭半島西側(cè)，碼頭總面積27.4萬平方米，碼頭岸線548.7m，其中北圍堰AK1+300~AK1+619段碼頭和南圍堰BK1+078~BK1+550段碼頭均采取沉箱直立式圍堤結(jié)構(gòu)，沉箱總量共計94件，型號為CX1。
2沉箱安裝調(diào)平測量監(jiān)控技術(shù)
2.1現(xiàn)階段的監(jiān)控方法
沉箱安裝包含的施工工序較多，應(yīng)按照特定的流程有序施工作業(yè)，如試吊、出運、正式安裝等。施工之前由技術(shù)部會同質(zhì)檢部等共同做好交底工作，使各參與方掌握施工目標(biāo)、可行施工方法以及注意事項等[1，2]。安裝作業(yè)對海況的要求較高，只有在風(fēng)力不超過6級同時浪高不超過2.5m時才具備施工條件。結(jié)束沉箱的安裝作業(yè)后給予1~2d的靜置時間，再次檢測位置情況，若沉箱安裝存在偏差則要靈活調(diào)整。確保沉箱無誤后觀測其沉降以及位移情況。沉箱安裝的具體工序為：施工現(xiàn)場準(zhǔn)備→方駁、起重船拋錨定位→沉箱掛吊具→起重船吊沉箱至方駁→解除吊具→沉箱運至現(xiàn)場安裝點，起重船定位→掛吊具、起吊沉箱→測量定位→沉箱安裝→安裝合格后解除吊具。
2.2沉箱安裝期間的問題
沉箱安裝前的各項操作都要依據(jù)規(guī)范落實到位，其中以沉箱的調(diào)平至關(guān)重要，具體考慮的是縱向水平與橫向傾斜度兩方面的要求，只有在確保沉箱調(diào)平到位后，才可以順利完成安裝作業(yè)，以免坐落在基床時出現(xiàn)偏位現(xiàn)象。現(xiàn)階段，水位標(biāo)尺目測法與GPS實測法是行業(yè)內(nèi)較為主流的方法。1）水位標(biāo)尺目測法水位標(biāo)尺目測法的關(guān)鍵在于將水位標(biāo)尺繪制在沉箱外壁處，待沉箱安裝到位后用于檢測各角點的吃水深度情況，以實際情況為準(zhǔn)調(diào)整沉箱的傾斜度。伴隨沉箱的持續(xù)下沉，在尚未到位前其始終處于漂浮狀態(tài)，期間沉箱四角的吃水深度并非完全一致，波動幅度通常達(dá)到50cm甚至更多。技術(shù)人員難以同時觀測到讀數(shù)，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)的時效性偏差，更傾向于通過技術(shù)人員的直觀經(jīng)驗給出判斷，此工作方式將導(dǎo)致沉箱的傾斜度難以得到有效的控制[1]。2）GPS實測法隨沉箱的逐步下沉，當(dāng)其與基床面相距達(dá)到30~50cm時，及時將各個進(jìn)水閥關(guān)閉，安排專業(yè)人員通過手持GPS的方法檢測沉箱的角點標(biāo)高，以所得結(jié)果為依據(jù)調(diào)整沉箱的位置。GPS實測法的精度相對較高，但也存在局限之處：①沉箱下放過程中始終處于漂浮狀態(tài)，導(dǎo)致各角點的標(biāo)高發(fā)生持續(xù)性的變化，測量人員只能通過自身經(jīng)驗給出判斷，以便確定沉箱角點標(biāo)高，所得結(jié)果摻雜大量主觀因素；②測量期間沉箱發(fā)生不同程度的移動，導(dǎo)致立桿難以維持豎直的狀態(tài)，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性不足；③通常GPS的數(shù)量最多為2臺，難以實現(xiàn)全方位的測量，因此各角點讀數(shù)的時效性相對較差，期間存在明顯的偶然誤差，極容易出現(xiàn)誤判調(diào)平現(xiàn)象；④測量人員的工作量較大，通常需持續(xù)2h的連續(xù)作業(yè)，長時間工作對人員的身體素質(zhì)提出較高要求，所得結(jié)果易出現(xiàn)誤差。
3改進(jìn)措施
沉箱安裝與調(diào)平期間都必須做好測量監(jiān)控作業(yè)，針對上述所提的問題，此處提出水平管法，以期提高測量監(jiān)控的精度。沉箱調(diào)平期間的影響因素較多，主要體現(xiàn)在兩方面：1）沉箱為漂浮狀態(tài)，此過程中各角點的標(biāo)高存在差異，發(fā)生持續(xù)性的變動；2）各角點的測量缺乏同步性，彼此間存在較大的間隔周期，同期數(shù)據(jù)可比性較差。對此，此處提出水平管法，其在保證測量控制精度的同時還可提高效率[2]。
3.1水平管法工作原理
海水的運動缺乏規(guī)律性，導(dǎo)致沉箱的運動情況極為復(fù)雜，引入水平管法后可更為有效地檢測各角點的高差情況，具體采用如下假設(shè)：①1個周期內(nèi)，沉箱各角點的豎向運動幅度具有一致性；②沉箱存在重心軸，其在1個周期內(nèi)為振動運動；③水平管內(nèi)共同存在液體與氣體，兩者不具備相互溶解的條件，其不可壓縮。若沉箱兩端存在高差現(xiàn)象，此時在水柱發(fā)生變化時氣泡也隨之移動，管內(nèi)液體與氣體不具有可壓縮性，因此可以確定氣泡的移動距離，即達(dá)到實際高差的1/2。若沉箱漂浮，此時可以重點選取1個周期展開觀測，確定居中氣泡的極值。若沉箱角點A為最高位（對應(yīng)的B點為最低位），將此時的讀數(shù)設(shè)為x；反之，若A點為最低位，此時讀數(shù)設(shè)為y，兩點的高差則具有如下關(guān)系：ΔH=2（x-y）。根據(jù)此公式，在ΔH＜0時，則A點低；若ΔH＞0，此條件下則為B點低。
3.2水平管法的具體操作流程
1）預(yù)制成型后全面檢查各角點的標(biāo)高，此舉的目的在于對水平管氣泡的實際情況有初步的掌握，即確定初始偏移量。此外，配備一根帶有居中氣泡的長水平管，將其安裝到沉箱的頂部，兩端高出沉箱頂面的部分約1.5m。2）再次檢驗居中氣泡的位置，分析其是否設(shè)置在重心軸上，若預(yù)制期間角點出現(xiàn)偏差，此時需增加適量的偏移值，通過固定措施以便維持水平管的穩(wěn)定性。3）沉箱安裝到位后檢查氣泡的運動情況，并根據(jù)上述給出的公式求得角點高差，視實際情況靈活調(diào)整水閥進(jìn)水量，最終完成沉箱的調(diào)平作業(yè)。需注意的是，沉箱調(diào)平期間氣泡具有特定的運行規(guī)律，將沿理論中軸刻度發(fā)生持續(xù)性的往返運動，直至坐底。
3.3水平管法優(yōu)缺點分析
通過水平管法的應(yīng)用可減小人為誤差，只需確定一次差值讀數(shù)，相比于常規(guī)方法而言誤差累計值得到有效的控制，提高了觀測的便捷性，也更有助于現(xiàn)場控制。當(dāng)然，水平管法具有優(yōu)點的同時也存在不足之處：優(yōu)點：觀測便捷性大幅提高，誤差累計值相對較小；無需投入過多的測量人員，可減少人為誤差的影響，相比于單點測量而言，此處的誤差可縮減至該法的1/2；人員的工作量隨之減輕，效率得以提高；檢測所需的成本相對較低，表現(xiàn)出可觀的經(jīng)濟(jì)效益。缺點：沉箱出運要求高，即必須做好全面的準(zhǔn)備工作，否則將對測量結(jié)果的精確性造成不良影響。
4沉箱安裝施工中檢測方法
本工程中的沉箱安裝難度較大，為確保沉箱安裝質(zhì)量，提出精確的要求，具體內(nèi)容見表1。除上述要求外，軸線的檢查也至關(guān)重要，以經(jīng)緯儀為主要設(shè)備，方式為墩式，從縱、橫2個方向分別檢測，允許偏差150mm；要求臨水面與施工準(zhǔn)線的偏差不超過50mm，可采取岸壁式檢測方法，以經(jīng)緯儀和鋼尺為主要工具，檢驗前沿兩角頂部；對于臨水面錯臺檢測工作，允許偏差為岸壁式50mm、墩式100mm，所用工具為鋼尺；在檢測接縫寬度時，此處的允許偏差要求為岸壁式30mm、墩式50mm，具體采取的是使用鋼尺測量頂部的方式；最后在檢測豎向傾斜情況時，則要確保偏差在H/250mm以內(nèi)，具體采取墩式方法或以鋼尺為檢測工具。上述所提的H為沉箱高度（mm），砌縫寬度反映的是實測值與設(shè)計平均縫寬的差值；接縫的最大縫寬根據(jù)沉箱的高度而確定，沉箱高度≤10m時，為80mm；沉箱高度＞10m時，為8H/1000。
5結(jié)語
沉箱安裝是港口碼頭建設(shè)領(lǐng)域的重要施工內(nèi)容，安裝期間的測量監(jiān)控至關(guān)重要，在保證測量精度的情況下，才能夠?qū)⒊料浒惭b到位，以免沉箱坐底時出現(xiàn)偏位現(xiàn)象。作為施工單位，則為根據(jù)實際情況合理選擇測量監(jiān)控方法，提高操作規(guī)范性，從而減小測量誤差。
參考文獻(xiàn)：
[1]于國軍.重力式碼頭沉箱安裝技術(shù)探討[J].江西建材，2019,(02):109+111.
[2]林志穎，楊成龍.深水基床整平及沉箱安裝施工工藝探討[J].珠江水運，2018,(11):50-51.
作者:王磊 單位:中交四航局第二工程有限公司