傾斜較大鋼圓筒中超長塑料排水板的測量放樣計算

沈永興，張奎

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

傾斜較大鋼圓筒中超長塑料排水板的測量放樣計算

沈永興，張奎

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

針對鋼圓筒打設(shè)發(fā)生較大傾斜，給鋼圓筒內(nèi)打設(shè)超長塑料排水板帶來困難的實際情況，論述了鋼圓筒傾斜度的測量方法以及鋼圓筒內(nèi)塑料排水板最大可打設(shè)區(qū)域的計算方法，較好地解決了工程難題。

鋼圓筒；傾斜；塑料排水板；測量；放樣

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，島隧段工程包括聯(lián)接海底沉管隧道的東、西兩座人工島，其中東人工島平面基本呈橢圓形，從人工島擋浪墻外邊線計算，人工島東西向長625m，南北橫向最寬處約215 m，工程處天然水深的泥面標(biāo)高約-10.0m，人工島頂面交工標(biāo)高為4.26m。

島體形成時先打設(shè)59個直徑22 m，高度40.5～50.5m的鋼圓筒及59對高度32m的副格板樁形成圍護結(jié)構(gòu)，然后在鋼圓筒、副格倉內(nèi)及圓筒圍護區(qū)域內(nèi)回填中粗砂。

鋼圓筒及副格施工完成后，需要打設(shè)塑料排水板，回填砂至+5 m標(biāo)高，降水至 -16 m，使回填砂浮容重變?yōu)楦扇葜兀瑢崿F(xiàn)大超載比預(yù)壓，加快軟土地基固結(jié)[1]。

圓筒上打設(shè)塑料排水板在+2.5 m標(biāo)高上施工，塑料排水板底標(biāo)高-39.0 m，頂標(biāo)高+2.5 m，打設(shè)長度41.5m，東人工島典型斷面圖見圖1。

由于東人工島施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致個別鋼圓筒振沉困難，垂直度較難控制，即鋼圓筒傾斜度較大。鋼圓筒內(nèi)填砂至+2.5m后，在此標(biāo)高上打設(shè)塑料排水板，會出現(xiàn)部分塑料排水板打不到設(shè)計底標(biāo)高，打設(shè)套管與鋼圓筒壁相碰的情況，嚴(yán)重時會導(dǎo)致打設(shè)塑料排水板的設(shè)備損壞，如圖2所示。

因此，準(zhǔn)確測量計算出鋼圓筒的傾斜度和傾斜方向非常必要，根據(jù)測量計算結(jié)果，在+2.5 m標(biāo)高上放樣可打塑料排水板區(qū)域，避免出現(xiàn)上述不利情況。

圖1 東人工島橫斷面圖Fig.1 Cross section of east island

圖2 在傾斜鋼圓筒上打設(shè)塑料排水板Fig.2 Construct p lastic drainage p latew ithin the inclinedsteelcylinder

2 鋼圓筒的傾斜度測定

2.1 鋼圓筒振沉驗收標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計文件中，對鋼圓筒的驗收測量要求在鋼圓筒內(nèi)回填砂完成后進行，鋼圓筒振沉驗收標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[2-3]。

表1 鋼圓筒振沉驗收標(biāo)準(zhǔn)Table1 Acceptance criteria of steelcylinder vibration sinking

2.2 鋼圓筒傾斜度的測量計算

2.2.1 計算方法

如圖3所示，在空間直角坐標(biāo)系下，測出傾斜鋼圓筒頂面任意三點A、B、C的坐標(biāo)，得到矢量，其向量積，矢量垂直于鋼圓筒頂面ABC，即與鋼圓筒的軸線是相互平行的，只要求出矢量與z軸的夾角及在平面xoy上的投影位置，即可知鋼圓筒的傾斜度及傾斜方向[4]。

圖3 鋼圓筒傾斜度計算模型Fig.3 Calculationmodelof the inclination of steelcylinder

2.2.2 鋼圓筒振沉后的原始測量數(shù)據(jù)

本次計算以傾斜度較大的D50號鋼圓筒為例，D50號鋼圓筒的相關(guān)測點編號及坐標(biāo)系如圖4所示。

原始測量數(shù)據(jù)見表2，坐標(biāo)系為隧道工程坐標(biāo)系，標(biāo)高零點為85國家高程零點。

圖4 D50號鋼圓筒的測點編號Fig.4 M easuring point number of D50 steel cylinder

表2 D50號鋼圓筒測量原始數(shù)據(jù)Table 2 Initialmeasurement data of D50 steel cy linder

2.2.3 D50號鋼圓筒傾斜度及傾斜方向計算

1）坐標(biāo)變換

計算過程只要取3個點，理論上可以任意選取，現(xiàn)選擇2號、3號和4號榫槽的測點進行計算，將平面坐標(biāo)系平移至2號榫槽點位，將x軸與y軸互換，建立z軸，方向垂直于水平面向上，坐標(biāo)系如圖5所示。

圖5 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖Fig.5 Schematic diagram of coordinate system transformation

設(shè)2號榫槽頂為A點，3號榫槽頂為B點，4號榫槽頂為C點。

坐標(biāo)變換后，A點為坐標(biāo)原點，其坐標(biāo)為（0，0，0），各點轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)見表3。

表3 計算點坐標(biāo)Table3 Coordinatesofpoints

2）D50號鋼圓筒傾斜度計算0.997，可得D50號鋼圓筒的傾斜度為1∶12.88，約等于1∶13。

3）D50號鋼圓筒傾斜方向計算

由圖3可知：

可求出：y為負，則可得出D50號鋼圓筒向島側(cè)方向傾斜，如圖6所示。

圖6 D50號鋼圓筒的傾向示意圖Fig.6 Inclined d irection of D50 steel cy linder

3 鋼圓筒內(nèi)塑料排水板施打范圍的確定

傾斜的鋼圓筒與水平面的截面為一橢圓，根據(jù)計算出的傾斜度，可得到橢圓的長、短軸，其長軸等于22m/cosα=22m/0.997=22.066m，短軸即豎直鋼圓筒的直徑22 m，塑料排水板在+2.5 m標(biāo)高上的可打深度及平面如圖7所示。

只要在+2.5 m標(biāo)高平面上放出-39.0 m標(biāo)高的橢圓面，兩橢圓重疊的區(qū)域即鋼圓筒內(nèi)塑料排水板可打區(qū)域。對于D50號鋼圓筒，其可打區(qū)域面積約為310 m2，比垂直的鋼圓筒可打面積380 m2減少約70m2。

圖7 傾斜鋼圓筒上塑排可打區(qū)域示意圖Fig.7 The construction scopeofplastic drainage platewithin the inclined steelcylinder

4 結(jié)語

受地質(zhì)條件的影響，鋼圓筒打設(shè)過程中發(fā)生傾斜不可避免。當(dāng)傾斜較大時，正確確定鋼圓筒內(nèi)塑料排水板最大可打設(shè)區(qū)域，對于提高地基加固質(zhì)量，避免塑料排水板打設(shè)機與鋼圓筒碰壁造成損壞是十分重要的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測量儀器及設(shè)備越來越先進，要根據(jù)現(xiàn)場情況，利用數(shù)學(xué)知識和測量技術(shù)，化解工程難題。

[1]張麗珍，劉海欣.港珠澳大橋島隧工程大圓筒結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定分析[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（6）：9-13. ZHANG Li-zhen,LIU Hai-xin.Slope stability analysis of steel cylinder structure for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project[J].China Harbour Engineering,2015,35(6):9-13.

[2]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋施工及質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria forHongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S]. 2013.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計：東人工島島體結(jié)構(gòu)[R].2011. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:structureofeast island[R].2011.

[4]同濟大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)[M].6版.上海：高等教育出版社，2007. Department ofmathematics,Tongji University.Advanced Mathematics[M].6th ed.Shanghai:Higher Education Press,2007.

M easure lofting calculation of ultra long p lastic drainage p late in highly inclined steel cylinder

SHENYong-xing,ZHANG kui
（No.2Eng.Co.,Ltd.ofCCCCThird HarborEngineering Co.,Ltd.,Shanghai200122,China）

The construction ofsteel cylinder caused high inclined,which broughtdifficulties for setting up an ultra long plastic drainage plate within the steel cylinder.We discussed the measuring method for the inclination of steel cylinder,and the calculating method for the maximum construction scope of plastic drainage plate within the inclined steel cylinder,the construction problems can be resolved effectively.

steel cylinder;incline;plastic drainage plate;measure;lofting

U655.541；U455.4

A

2095-7874（2015）11-0035-04

10.7640/zggw js201511010

2015-10-12

沈永興（1984— ），男，江蘇人，工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：94715142@qq.com