供料锁固回填船在沉管隧道施工中的应用.pdf

供料锁固回填船在沉管隧道施工中的应用李有志，杨毓晓，林恒義（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）摘要：碎石基床整平和锁固回填是沉管隧道施工领域两大重要施工工序，其工作效率和施工精度对沉管安装工期有较大影响。因此设计建造了一艘集供料、锁定回填、质量检测于一体的供料锁固回填船。既简化了沉管隧道施工工艺、降低了设备成本投入，又提高了施工效率。文章详细阐述了供料锁固回填船的应用效果，可为类似工程提供借鉴。关键词：沉管隧道；整平供料；沉管锁固；回填中图分类号：U674.3文献标志码：B文章编号：2095-7874（2024）01-0085-04doi：10.7640/zggwjs202401015Application of feeding and locking backfill ship in constructionof immersed tube tunnelLI You-zhi,YANG Yu-xiao,LIN Heng-yi（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）Abstract：Gravel bed leveling and locking backfill are two important construction processes in the field of immersed tubetunnel construction,and their work efficiency and construction accuracy have a significant impact on the installation period ofimmersed tubes.Therefore,a feeding and locking backfill ship was designed and constructed that integrates feeding,lockingbackfill,and quality inspection.It simplifies the construction process of immersed tube tunnel,reduces equipment costinvestment,and improves construction efficiency.In this paper,the application effect of locking and backfill ship for feedingmaterials was described in detail,which can provide reference for similar projects.Key words：immersed tube tunnel;leveling and feeding;immersed tube locking;backfill中国港湾建设China Harbour Engineering第44卷第1期2024年1月Vol.44No.1Jan.2024收稿日期：2023-02-18修回日期：2023-04-15作者简介：李有志（1994），男，山东青岛人，助理工程师，电气工程及其自动化专业。E-mail：0引言港珠澳大桥是国内第一座集海底隧道、人工岛及桥梁于一体的综合性工程。其中海底沉管隧道长约5 990 m，是目前世界上难度、规模最大，技术最复杂的沉管隧道。碎石铺设整平和沉管安装后的锁固回填作业是沉管隧道施工最重要的2个关键工序，其作业效率对施工工期有重大影响，是沉管隧道施工作业的关键技术难点。为了保证连续高效的石料输送和准确快速的锁固回填，研制开发一艘供料锁固回填船，除具有向平台式碎石铺设整平船连续供料的能力外，还具有对已安装沉管进行锁固回填作业的能力，既保证了施工精度，又极大地提高了施工效率1-2。1供料锁固回填船供料系统设计1.1上料方式的选用采用抓斗或反铲为整平船上料，由于作业是间歇性的，石料供应不连续，会大大降低整平效率，因此采用供料锁固回填船向平台式碎石铺设整平船进行连续供料为最佳选择。石料船提前将石料倒运至供料锁固回填船存放，再利用供料锁固回填船上的皮带输送系统向整平船输送石料。皮带输送系统即在存料区的甲板下设置纵向接料中国港湾建设2024年第1期供料系统的技术性能参数如下：1）甲板料仓石料存储能力逸2 000 m3；2）供料锁固回填船重载状态向整平船供料的皮带机出料口高度逸19 m。3）1号4号皮带机：皮带宽1.2 m，输送能力不小于600 m3/h，传送速度1.6 m/s。4）旋转布料皮带机皮带长20 m，挑高6 m。5）旋转布料皮带机舷外跨度逸10 m，旋转角皮带机，由于存料区域较大，为提高装载效率，甲板上设置8个下料口，每个下料口设下料料斗，料斗具有调节下料流量的能力，为防止堵塞，下料料斗设振动电机，当某个下料料斗上石料不足时用反铲耙料于料斗上方或开启其他下料料斗3。供料锁固回填船供料模式见图1。1.2输送效率的确定平台式碎石铺设整平船配备的皮带输送系统输送能力为400 m3/h，供料锁固回填船的皮带输送系统其输送能力应大于平台式碎石铺设整平船，结合锁固回填作业效率分析，将供料锁固回填船的皮带输送能力定为不小于600 m3/h4。1.3石料的提升及计量供料锁固回填船的纵向接料皮带机不能向平台式碎石铺设整平船的接料料斗直接供料，需要另设提升皮带机将石料提升转送，受船宽和布置的限制，提升皮带机无法沿船宽方向设置，仍需纵向设置，需要在接料皮带机与提升皮带机间设置转向皮带机。结合锁固回填的供料需要，提升皮带机设为2级，在2级设分料塔，可实现石料的转向。为防止在石料提升皮带机上的石料因船舶摇摆而甩出，提升皮带机的爬角应尽可能小，将其定为小于12毅5。石料的计量选用专用的电子称量系统，在转向皮带机上装设电子称，在中控室终端显示。1.4布料皮带机的研制由于平台式碎石铺设整平船作业时船体靠桩腿支撑，无论涨潮还是落潮接料斗的标高均不变，而供料船的甲板面标高随潮位和装载石料的多少动态变化，因此为满足连续供料要求，需保证出料口在甲板面以上高度不小于16.5 m，每次定位供料作业时，两船的相对位置难以保证一致，需要布料机的输出口应具有一定的调节能力，即布料出口可调整高度、左右和前后位置，满足潮位和船位变化时能准确对正碎石铺设整平船接料。研制了一种新型旋转皮带机，2级提升皮带机的出料口设于旋转皮带机的中心，旋转皮带机通过旋转吊架吊拉出料皮带机，由绞车控制出料口的提升或降低，旋转皮带机的旋转角度不小于120毅6。1.5供料系统的组成及技术性能参数供料系统由四级皮带机、分料塔和旋转布料皮带机组成，布置如图2所示。图1供料锁固回填船供料模式图Fig.1Feeding mode diagram for feeding and lockingbackfill ship皮带舱皮带机1号2号3号6号5号4号分料塔旋转皮带机皮带机分料塔运输船石料运输方向供料船整平船图2供料系统布置示意图Fig.2Schematic diagram of feeding system layout86窑窑2024年第1期度逸120毅。2供料锁固回填船的锁固回填系统设计2.1锁固回填布料方式的研发利用抛石船、运石料船配备吊机抓斗或装载机等传统的锁固回填方法，均存在石料抛落落点不准，落点和方量难以控制，抛填成形差，石料损耗量较大，难以进行质量检测，尤其是在流速大的深水抛填时，缺点更加明显。新研发了一套可移动升降的定量抛石回填系统。在供料锁固回填船甲板右舷设舷外平台，舷外平台与舷侧设前后2个长方形开口，在前后开口内各设1个可移动的下料溜管进行锁固回填的布料，布料时降至沉管两侧距基床一定高度实现定量抛石回填6。供料锁固回填船锁固回填模式见图3。2.2石料输送石料输送的原理同平台式碎石铺设整平船，通过设置前、后移动皮带机向回填移动下料溜管供料，前、后移动皮带机随前、后移动台车同步移动，并从分料塔接料，移动皮带机的石料出口分别与前后下料溜管的接料料斗匹配设置。2.3质量检测在船上设置2台GPS和1台倾斜仪进行船舶定位测量，施工位置（坐标）输入船舶施工监控系统，计算机实时显示船位和设置的施工位置。在每个下料溜管上部安装1台GPS天线，在底部安装1个测深仪探头，用于锁固回填平面位置和高程测量，质量检测的结果直接在中控室的施工管理系统PC终端显示7。2.4施工管理系统软件的开发开发了一套专门的施工管理系统软件，用于船舶和溜管的定位和一般回填过程中高程控制，施工管理系统具有以下功能：1）可以实时显示供料回填船本身的几何轮廓线和船舶四角的坐标，根据预先计算好的每个船位的坐标进行船舶定位；2）可以实时显示溜管的位置及溜管移动速度、溜管顶标高等数据；3）通过设置在2号皮带机上的皮带秤，可以显示开累施工数量和1个布料间距内的开累回填重量；4）自动将1个管节的回填区域按照布料间距大小分成多个网格，当1个布料间距回填完成后，自动在系统终端界面上显示。2.5锁固回填系统的组成及性能参数锁固回填系统由下料溜管、移动台车、移动皮带机、下料溜管提升架、定位设备和质量检测设备组成。锁固回填系统技术性能参数如下：1）移动皮带机皮带宽1.2 m，输送能力不小于600 m3/h；2）移动皮带机传送速度1.6 m/s；3）下料溜管尺寸准1 200 mm伊16 mm；4）下料溜管长度（重载水线下）35 m；5）前、后下料溜管的最大间距80 m；6）前移动台车移动距离21 m；7）后移动台车移动距离36 m；8）前、后移动台车移动速度0耀10 m/min。3供料锁固回填船的试验通过对供料和锁固回填系统的设计，完成了供料锁固回填船的制造，经过倾斜试验、系泊试验等CCS签证后，自航到达珠海施工现场，在锚地对主要机电设备、供料系统的设备、回填系统的设备和旋转皮带机等关键设备进行空载运转试验，待各设备连续运转稳定、正常后按照各自技术性能指标和试验要求进行综合调试8。3.1供料系统重载试验在供料船存料区存有一定量的石料后，即可进行供料系统重载试验，启动1号4号皮带机进行空转，5 min后开启石料下方料斗并将旋转皮带机的出口调至本船石料存储区上部，石料从下料口料斗落入1号皮带机上，并依次向2号、3号、4号皮带机输送，最终通过旋转皮带机卸入本船存料区内。连续进行0.5 h的石料输送，在此期间，如果某一料斗石料不足时，开启其他下料口料斗，或用反铲将石料耙在料斗上方补充石料供应。在试验过程中，同时进行电子秤的校验与标定，以便对石料输送进行准确计量。供料重载图3供料锁固回填船锁固回填模式图Fig.3Locking and backfilling mode diagram forfeeding and locking backfill ship李有志，等：供料锁固回填船在沉管隧道施工中的应用87中国港湾建设2024年第1期试验主要是验证石料输送能力是否达到设计要求。3.2沉管锁固回填重载试验在首节沉管安装后，将经纬轮拖至施工现场，按施工作业的要求抛锚就位，将6个锚缆收紧，使供料船定位于沉管一端的上方，石料供应船靠泊供料船，并进行卸料作业，当存储区石料达到一定方量后，即可进行沉管回填重载试验。将前移动台车移动至最前端、后移动台车移动至最后端，将前、后下料管降至设定高度，启动1号3号皮带机和5号、6号移动皮带机进行空转，5 min后开启石料下方料斗，石料从下料口料斗落入1号皮带机上，并依次向2号、3号移动皮带机、分料塔和4号、5号移动皮带机输送，最终通过下料溜管落入沉管两侧，当石料到达下料管后，启动前、后移动台车缓缓移动进行回填作业，移动速度应根据回填断面计算设定，并经反复试验后确定。一个回填断面完成回填后，供料回填船前进一个作业步长，进行下一断面的回填。沉管回填重载试验主要是验证作业效率是否达到设计要求。3.3应用效果3.3.1整平供料应用情况平台式碎石铺设整平船已完成港珠澳大桥沉管隧道全部33个沉管的基床整平，供料锁固回填船累计石料输送量约167.8万m3，实际输送效率大于400 m3/h，满足平台式碎石铺设整平船的供料要求。3.3.2锁固回填应用情况1）沉管锁固单节沉管锁定回填方量为10 600 m3，经纬轮实际施工效率约500 m3/h，管节长180 m，需移船90次，每次回填标高检验和移船约20 min，则锁定回填所需时间：T=10 600/500+90伊20/60=51 h，每天按作业14 h计算，实际完成锁固回填作业为4 d，满足工期要求。2）一般回填一般回填方量47 920 m3，经纬轮实际施工效率约500 m3/h，管节长180 m，需移船90次，考虑每次回填标高检验和移船10 min，则一般回填所需时间：T=47 920/500+90伊10/60=111 h，每天按作业14 h计算，实际完成一般回填需作业8 d，满足工期要求。4结语供料锁固回填船将存料、供料、运料船定位和锁固回填及质量检测等多个功能整合于一体，通过自身供料及锁固回填一体化系统，优化了沉管隧道施工技术，提高了工作效率和船舶使用率，满足了碎石基床铺设及锁固回填石料量巨大、高精度的要求。供料锁固回填船已经在海底隧道施工中成功应用，这对提高我国自主创新水平、引领基础设施建设的产业升级具有显著的社会效益。参考文献：1JTS 144-12010，港口工程荷载规范S.JTS 144-12010,Load code for harbour engineeringS.2中交第一航务工程局有限公司.港口工程施工手册M.北京：人民交通出版社，2014.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Handbook for harbourengineering constructionM.Beijing:China Communications Press,2014.3李一勇，刘德进，李增军，等.离岸深水港抛石基床整平关键技术J.中国港湾建设，2010，30（S1）：128-131.LI Yi-yong,LIU De-jin,LI Zeng-jun,et al.Key technologies ofrubble base leveling in offshore deepwater portJ.China HarbourEngineering,2010,30(S1):128-131.4李一勇.离岸深水港抛石基床整平关键技术研究R.天津：中交第一航务工程局有限公司，2010.LI Yi-yong.Research on key technology of rubble base leveling inoffshore deepwater portR.Tianjin:CCCC First Harbor Engineer原ing Co.,Ltd.,2010.5李一勇，刘德进，陆连洲，等.深水抛石整平船的建造与应用J.中国港湾建设，2010，30（S1）：136-141.LI Yi-yong,LIU De-jin,LU Lian-zhou,et al.Construction andapplication of the deepwater rubble base leveling shipJ.ChinaHarbour Engineering,2010,30(S1):136-141.6李增军，王立峰，刘学勇，等.抛石整平技术及装备研发的典型案例J.中国港湾建设，2010，30（S1）：142-147.LI Zeng-jun,WANG Li-feng,LIU Xue-yong,et al.Typicalinstance of development of leveling technology and equipmentJ.China Harbour Engineering,2010,30(S1):142-147.7刘洪宝，乔朝起，窦勇.深中通道供料锁固船供料锁固系统工艺设计与实现J.中国港湾建设，2020，40（3）：65-68.LIU Hong-bao,QIAO Chao-qi,DOU Yong.Design and implemen原tation of feeding and locking system technology of feeding andlocking ship in Shenzhen-Zhongshan Tunnel ProjectJ.ChinaHarbour Engineering,2020,40(3):65-68.8徐维钧.沉埋管隧道的施工技术及发展趋势J.中国港湾建设，2001，21（2）：1-5.XU Wei-jun.Construction technology and development tendencyof submerged tubular tunnelJ.China Harbour Engineering,2001,21(2):1-5.88窑窑