透空式半圓體高精度全天候安裝施工關鍵技術(shù)

宋永華

（中交三航局第二工程有限公司，上海200122）

關鍵字：海洋生態(tài)保護修復；透空式半圓體；弧線段；高精度；半圓體安裝

引言

作為上海首個海洋生態(tài)保護修復項目，上海臨港濱海海洋生態(tài)保護修復項目全長17.05 km，以“一帶三點”方案進行海岸帶生態(tài)保護與修復建設。由上海友為設計有限公司設計的透空式半圓體，它具有復雜的立體空間結(jié)構(gòu)，適合牡蠣固著，能為牡蠣及其他重要的底棲生物等提供棲息地，利于其個體繁殖、生長和發(fā)育，每個重量達到12 t（圖1）。

圖1 透空式半圓體Fig.1 Transparent semi-circular body

半圓體作為常用預制構(gòu)件，已經(jīng)在長江口航道整治建筑物中廣泛應用，類似工程中半圓體平面布置多是“一”字型，“Y”字型。常規(guī)安裝方式是以前一個半圓體為依托安裝下一個，在安裝時每個半圓體的角度一樣，通過控制軸線進行測量定位[1]。本工程施工區(qū)域灘面較高，礁體形狀各異，透空式半圓體需要逐個調(diào)整扭角[2]，常規(guī)的安裝技術(shù)已無法滿足現(xiàn)場施工的要求，需要進一步的優(yōu)化創(chuàng)新安裝工藝，以解決隨之凸現(xiàn)的新難點、新問題。

1 工程概況及特點

上海臨港濱海海洋生態(tài)保護修復項目位于上海市浦東新區(qū)東南的臨港岸段。項目向陸一側(cè)是已建成的世紀塘和港城大堤兩個堤段。本項目實施內(nèi)容包括堤外海灘保護與修復、潮間帶生物多樣性修復、科普管護設施配套、海岸帶生態(tài)環(huán)境跟蹤監(jiān)測，打造藍色濱?？臻g、綠色生態(tài)空間與親海近?？臻g相融共生的濱海濕地生態(tài)廊道。

低灘牡蠣礁位于±0.0 m～-0.3 m 海域區(qū)域；本工程采用砼聯(lián)鎖塊軟體排進行護底，其上為袋裝碎石墊層、拋石基床，透空式半圓體安裝于整平的基床之上。牡蠣礁形式為橢圓形弧形島式（圖2），弧線段對半圓體的安裝精度要求較高，透空式半圓體需要逐個調(diào)整扭角，起重船可作業(yè)時間短，海陸均不適宜傳統(tǒng)測量儀器架站，如何高精度全天候施工作業(yè)，必須根據(jù)工程的現(xiàn)場施工條件及自身結(jié)構(gòu)特點來確定半圓體的安裝工藝。

圖2 工程效果圖Fig.2 Oyster Reef rendering

2 自然條件

本工程位于上海的東南角，受漲落潮影響，潮差較大，且會受到臺風侵襲。一般出現(xiàn)在汛期的夏季和秋季，臺風侵襲上海時，一般都伴有大風、暴雨，易造成疊加影響。

本工程區(qū)域海域為強潮海區(qū)，最大漲落潮流速分別為2.45 m/s 和2.67 m/s，落潮大于漲潮。

該區(qū)域內(nèi)各土層分布較有規(guī)律,在勘察深度范圍內(nèi)自上而下主要有:淤泥、砂質(zhì)粉土層、粉質(zhì)黏土、粉細砂、粉質(zhì)黏土混砂。

3 安裝施工工藝流程

透空式半圓體吊裝主要施工工藝流程為：

半圓體預制→碼頭落駁→運輸船自航至起重船靠泊→專用夾具起吊半圓體并下放至拋石基床 5 cm→小型卷揚機牽拉微調(diào)半圓體至安裝角度→半圓體坐底→專用夾具摘鉤[3-4]。

4 施工工藝關鍵技術(shù)

4.1 半圓體預制

半圓體采用直立式預制，鋼筋經(jīng)檢驗合格后，在鋼筋加工場根據(jù)設計圖紙下料，進行鋼筋配料、彎曲、切斷、焊接等加工工序。鋼筋采用現(xiàn)場綁扎，保證預留孔位置準確，綁扎符合設計要求，固定牢固，保護層墊塊采用標準模具專業(yè)生產(chǎn)[5]。

砼生產(chǎn)采用拌合站集中攪拌，砼罐車運輸，泵送入模，一次澆筑成型；使用插入式振搗棒，分層布料，嚴控自由下料高度避免發(fā)生砼離析[6]。

半圓體砼澆筑完成后，采用高溫蒸汽養(yǎng)護方法，蒸養(yǎng)時間為3 d，根據(jù)現(xiàn)場測定，蒸養(yǎng)3 d 強度可達到設計強度的70 %，可大大節(jié)省場地占用時間，單個半圓體從占用場地7 d 壓縮至3 d，場地周轉(zhuǎn)率大大提高。

4.2 半圓體出運

半圓體達到設計強度的70 %時，將轉(zhuǎn)運堆放至預制廠內(nèi)的臨時堆存區(qū)，兩層堆放，出運時由臨時堆存區(qū)裝運到靠泊在碼頭的平板駁上[7]。

本工程半圓體均為水上運輸?shù)綀?，在預制廠碼頭完成裝駁，裝駁前需將半圓體由直立式翻轉(zhuǎn)至俯臥式。為提高半圓體翻轉(zhuǎn)速率，能夠盡快完成裝駁，根據(jù)半圓體幾何對稱的特點，本項目定制了專用翻轉(zhuǎn)機，可快速進行翻轉(zhuǎn)。

4.3 起重船參數(shù)確定

為確保全天候安裝，在低潮船舶擱淺時也能繼續(xù)安裝，起重船吊裝半圓體吊距需要32 m 左右。根據(jù)現(xiàn)場情況，采用100 t 全回轉(zhuǎn)起重船東福818吊裝半圓體，該船為雙鉤，半圓體吊孔位于拱圈兩側(cè)，選擇臂架角度45 °～60 °進行吊裝。

4.4 透空式半圓體夾具的確定

本工程位于南匯嘴，該地區(qū)水流形態(tài)復雜，潮流多變，潛水員水下作業(yè)十分困難，加上安裝作業(yè)強度高，因此在吊點和吊具設計上還需方便半自動作業(yè);在惡劣的工況條件下，不宜人工掛、摘鉤，半自動化作業(yè)應實現(xiàn)水下自動脫鉤，以提高作業(yè)的安全性。為確保高精度全天候吊裝半圓體,經(jīng)過多次試驗最終確定了透空式半圓體專用夾具（圖3），專用夾具的平面尺寸5.2 m×2.4 m，高度2.2 m。專用夾具主鋼絲用于起吊透空式半圓體，副鋼絲用于控制專用夾具的啟閉。主鋼絲采用4 根32 mm 的麻芯鋼絲繩，單個鋼絲繩單根長2 m，副鋼絲采用2 跟 10 mm 的單個鋼絲繩單根長3.4 m。

圖3 透空式半圓體專用夾具脫鉤原理Fig.3 Special fixture unhooking principle

圖4 透空式半圓體專用夾具Fig.4 Special fixture for transparent semi-circular body

圖5 透空式半圓體安裝圖Fig.5 Installation diagram of transparent semi-circular body

4.5 測量定位

牡蠣礁形式為橢圓弧形島式，弧線段透空式半圓體的角度各不相同，海陸均不適宜傳統(tǒng)測量儀器架站，GPS、RTK 定位技術(shù)相對于傳統(tǒng)測量儀器而言，具有全天候、精度高、速度快、可實時定位等優(yōu)點，通過岸上架設RTK 基準站，在起重船和定制夾具上安裝GPS 接收儀，并在操控電腦上安裝半圓體定位系統(tǒng)[8]，電腦顯示屏即可實時顯示起重船和待安裝半圓體的實時坐標信息。

4.6 透空式半圓體安裝方法

在ZWCAD 中，以牡蠣礁體的設計中軸線作為控制性多段線，先計算出第一個透空式半圓體的位置和扭角，使用“最小距離判別法”，以距前一個透空式半圓體外框線最小邊間距為10 cm 作為算法判斷指標，依次自動生成下一個透空式半圓體的位置和扭角，并對半圓體進行編號，導入透空式半圓體定位系統(tǒng)作為底圖。

定位系統(tǒng)能計算出起重船船體的空間位置坐標，專用夾具上的定位系統(tǒng)計算出透空式半圓體的空間位置坐標，通過計算機軟件數(shù)據(jù)處理，計算出透空式半圓體和起重船的空間坐標相對位置關系。操作人員監(jiān)視屏幕，了解透空式半圓體的即時位置和與設計位置的相對關系，操縱起重設備，移動透空式半圓體到設計位置，并記錄下透空式半圓體的最終位置坐標值。起重船通過夾具將半圓體起吊逐個進行安裝，一個區(qū)域完成后，由起重船松緊錨纜進行移位，再進行下一個斷面區(qū)域安裝施工[9]。

4.7 半圓體安裝后測量

通過隨機選取安裝后的10 個半圓體軸線、相鄰半圓體內(nèi)邊線間距，頂面標高進行測量，與半圓體的理論位置相比較，所有半圓體安裝位置均符合設計要求。

表1 半圓體安裝后測量Tab.1 Measurement after installation of semi-circular body

5 結(jié)語

1）結(jié)合上海臨港濱海海洋生態(tài)保護修復項 目，從透空式半圓體的制作、翻轉(zhuǎn)、現(xiàn)場定位安裝三個環(huán)節(jié)著手進行重點闡述，形成透空式半圓體成套施工技術(shù)。通過和長江口深水航道整治工程直線形導堤半圓體施工技術(shù)的對比,對本工程選用的測量定位方法——“弧形成礁，圓形成泡”進行分析總結(jié)。牡蠣礁群和濕地泡半圓體需要預先繪制好定位底圖，通過定位軟件和GPS 的整合，將每個半圓體安放至底圖預定“位置”，并不像以往直線形導堤通過控制軸線進行測量定位；

2）半圓體安裝通過小型卷揚機的配合,使半圓體在起吊過程中可進行角度微調(diào)，解決了牡蠣礁透空式半圓體弧線段對安裝角度的要求，提高了安裝精度，簡化了施工工序，提高了工作效率；

3）利用定位系統(tǒng)，電腦即可顯示起重船和待安裝半圓體的實時坐標信息，實際應用結(jié)果表明，該方法能夠滿足安裝設計要求和現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定；

4）本工藝適用于在海洋生態(tài)保護修復項目高灘高基床之上進行弧線段及其他非直線段半圓體的安裝，對于提高常規(guī)半圓體的安裝精度和工效，亦有參考作用。