沉箱安装调平测量监控技术浅析

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摘要：沉箱码头在现代港航工程中取得广泛应用，为典型的码头施工形式，但其周期相对较长，易受到风浪等因素的影响，因此难度较大。本文结合深圳港宝安综合港区一期工程，根据沉箱安装的特点，围绕其测量监控工作展开探讨，分析相适应的测量监控技术，针对现有问题提出改进措施，以便提高沉箱定位安装的精度，确保沉箱安装质量。

关键词：沉箱安装；测量监控

0引言

沉箱码头工程量较大，通常在预制场内由专业人员预制成型，通过半潜驳转运至现场后安装到位。沉箱下沉期间处于漂浮状态，所在处的风浪、潮流等均会对其造成影响，因此表现出不定周期性起伏，明显加大沉箱安装难度，若施工期间的测量监控工作不到位，将导致沉箱安装失败，造成严重损失。

1工程概况

深圳港宝安综合港区一期工程建设于深圳市西部南头半岛西侧，码头总面积27.4万平方米，码头岸线548.7m，其中北围堰AK1+300~AK1+619段码头和南围堰BK1+078~BK1+550段码头均采取沉箱直立式围堤结构，沉箱总量共计94件，型号为CX1。

2沉箱安装调平测量监控技术

2.1现阶段的监控方法

沉箱安装包含的施工工序较多，应按照特定的流程有序施工作业，如试吊、出运、正式安装等。施工之前由技术部会同质检部等共同做好交底工作，使各参与方掌握施工目标、可行施工方法以及注意事项等[1，2]。安装作业对海况的要求较高，只有在风力不超过6级同时浪高不超过2.5m时才具备施工条件。结束沉箱的安装作业后给予1~2d的静置时间，再次检测位置情况，若沉箱安装存在偏差则要灵活调整。确保沉箱无误后观测其沉降以及位移情况。沉箱安装的具体工序为：施工现场准备→方驳、起重船抛锚定位→沉箱挂吊具→起重船吊沉箱至方驳→解除吊具→沉箱运至现场安装点，起重船定位→挂吊具、起吊沉箱→测量定位→沉箱安装→安装合格后解除吊具。

2.2沉箱安装期间的问题

沉箱安装前的各项操作都要依据规范落实到位，其中以沉箱的调平至关重要，具体考虑的是纵向水平与横向倾斜度两方面的要求，只有在确保沉箱调平到位后，才可以顺利完成安装作业，以免坐落在基床时出现偏位现象。现阶段，水位标尺目测法与GPS实测法是行业内较为主流的方法。1）水位标尺目测法水位标尺目测法的关键在于将水位标尺绘制在沉箱外壁处，待沉箱安装到位后用于检测各角点的吃水深度情况，以实际情况为准调整沉箱的倾斜度。伴随沉箱的持续下沉，在尚未到位前其始终处于漂浮状态，期间沉箱四角的吃水深度并非完全一致，波动幅度通常达到50cm甚至更多。技术人员难以同时观测到读数，导致观测数据的时效性偏差，更倾向于通过技术人员的直观经验给出判断，此工作方式将导致沉箱的倾斜度难以得到有效的控制[1]。2）GPS实测法随沉箱的逐步下沉，当其与基床面相距达到30~50cm时，及时将各个进水阀关闭，安排专业人员通过手持GPS的方法检测沉箱的角点标高，以所得结果为依据调整沉箱的位置。GPS实测法的精度相对较高，但也存在局限之处：①沉箱下放过程中始终处于漂浮状态，导致各角点的标高发生持续性的变化，测量人员只能通过自身经验给出判断，以便确定沉箱角点标高，所得结果掺杂大量主观因素；②测量期间沉箱发生不同程度的移动，导致立杆难以维持竖直的状态，所得结果的准确性不足；③通常GPS的数量最多为2台，难以实现全方位的测量，因此各角点读数的时效性相对较差，期间存在明显的偶然误差，极容易出现误判调平现象；④测量人员的工作量较大，通常需持续2h的连续作业，长时间工作对人员的身体素质提出较高要求，所得结果易出现误差。

3改进措施

沉箱安装与调平期间都必须做好测量监控作业，针对上述所提的问题，此处提出水平管法，以期提高测量监控的精度。沉箱调平期间的影响因素较多，主要体现在两方面：1）沉箱为漂浮状态，此过程中各角点的标高存在差异，发生持续性的变动；2）各角点的测量缺乏同步性，彼此间存在较大的间隔周期，同期数据可比性较差。对此，此处提出水平管法，其在保证测量控制精度的同时还可提高效率[2]。

3.1水平管法工作原理

海水的运动缺乏规律性，导致沉箱的运动情况极为复杂，引入水平管法后可更为有效地检测各角点的高差情况，具体采用如下假设：①1个周期内，沉箱各角点的竖向运动幅度具有一致性；②沉箱存在重心轴，其在1个周期内为振动运动；③水平管内共同存在液体与气体，两者不具备相互溶解的条件，其不可压缩。若沉箱两端存在高差现象，此时在水柱发生变化时气泡也随之移动，管内液体与气体不具有可压缩性，因此可以确定气泡的移动距离，即达到实际高差的1/2。若沉箱漂浮，此时可以重点选取1个周期展开观测，确定居中气泡的极值。若沉箱角点A为最高位（对应的B点为最低位），将此时的读数设为x；反之，若A点为最低位，此时读数设为y，两点的高差则具有如下关系：ΔH=2（x-y）。根据此公式，在ΔH＜0时，则A点低；若ΔH＞0，此条件下则为B点低。

3.2水平管法的具体操作流程

1）预制成型后全面检查各角点的标高，此举的目的在于对水平管气泡的实际情况有初步的掌握，即确定初始偏移量。此外，配备一根带有居中气泡的长水平管，将其安装到沉箱的顶部，两端高出沉箱顶面的部分约1.5m。2）再次检验居中气泡的位置，分析其是否设置在重心轴上，若预制期间角点出现偏差，此时需增加适量的偏移值，通过固定措施以便维持水平管的稳定性。3）沉箱安装到位后检查气泡的运动情况，并根据上述给出的公式求得角点高差，视实际情况灵活调整水阀进水量，最终完成沉箱的调平作业。需注意的是，沉箱调平期间气泡具有特定的运行规律，将沿理论中轴刻度发生持续性的往返运动，直至坐底。

3.3水平管法优缺点分析

通过水平管法的应用可减小人为误差，只需确定一次差值读数，相比于常规方法而言误差累计值得到有效的控制，提高了观测的便捷性，也更有助于现场控制。当然，水平管法具有优点的同时也存在不足之处：优点：观测便捷性大幅提高，误差累计值相对较小；无需投入过多的测量人员，可减少人为误差的影响，相比于单点测量而言，此处的误差可缩减至该法的1/2；人员的工作量随之减轻，效率得以提高；检测所需的成本相对较低，表现出可观的经济效益。缺点：沉箱出运要求高，即必须做好全面的准备工作，否则将对测量结果的精确性造成不良影响。

4沉箱安装施工中检测方法

本工程中的沉箱安装难度较大，为确保沉箱安装质量，提出精确的要求，具体内容见表1。除上述要求外，轴线的检查也至关重要，以经纬仪为主要设备，方式为墩式，从纵、横2个方向分别检测，允许偏差150mm；要求临水面与施工准线的偏差不超过50mm，可采取岸壁式检测方法，以经纬仪和钢尺为主要工具，检验前沿两角顶部；对于临水面错台检测工作，允许偏差为岸壁式50mm、墩式100mm，所用工具为钢尺；在检测接缝宽度时，此处的允许偏差要求为岸壁式30mm、墩式50mm，具体采取的是使用钢尺测量顶部的方式；最后在检测竖向倾斜情况时，则要确保偏差在H/250mm以内，具体采取墩式方法或以钢尺为检测工具。上述所提的H为沉箱高度（mm），砌缝宽度反映的是实测值与设计平均缝宽的差值；接缝的最大缝宽根据沉箱的高度而确定，沉箱高度≤10m时，为80mm；沉箱高度＞10m时，为8H/1000。

5结语

沉箱安装是港口码头建设领域的重要施工内容，安装期间的测量监控至关重要，在保证测量精度的情况下，才能够将沉箱安装到位，以免沉箱坐底时出现偏位现象。作为施工单位，则为根据实际情况合理选择测量监控方法，提高操作规范性，从而减小测量误差。

参考文献：

[1]于国军.重力式码头沉箱安装技术探讨[J].江西建材，2019,(02):109+111.

[2]林志颖，杨成龙.深水基床整平及沉箱安装施工工艺探讨[J].珠江水运，2018,(11):50-51.

作者:王磊 单位:中交四航局第二工程有限公司