跨海大桥箱粱预制场出海口设计及施工技术.pdf

文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２—００６８０３・设计咨询・跨海大桥箱梁预制场出海口设计及施工技术陈伯军（中铁十九局集团第五工程有限公司辽宁大连１１６０００）摘要：随着箱梁预制数量的增多，出海口施工关系到跨海大桥箱梁架设施工能否顺利进行。出海１２设计的总体思“”“”路为引进来，即在陆地上开凿装船区，避免伸出去进行大量海上作业。主要考虑因素一是确保任何时候运输船不能搁浅，航道在高潮位时进出船只；二是水中龙门吊基础根据实测海况利用低潮位时进行混凝土基础作业，最大程度地避免水中作业。本文结合日常出海口施工经验及控制要求，对出海口设计及施工要点及难点作出探讨。关键词：出海口控制爆破质量控制中图分类号：Ｕ６５６．１文献标识码：ＢＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．ｓ２．０１７ＭａｒｉｎｅＯｕｔｆａｌｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＰｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄＢｏｘＧｉｒｄｅｒｏｆ—ＣｒｏｓｓｓｅａＢｒｉｄｇｅＣｈｅｎＢｏｊｕｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１９ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ“５ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，ＤａｌｉａｎＬｉａｏｎｉｎｇ１１６０００。Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｕｍｂｅｒｏｆｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｍａｒｉｎｅｏｕｆｆａｌｌｒｅｌａｔｅｓｔｏｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｅｒｅｃｔｉｏｎｏｆｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂｒｉｄｇｅｃａｎｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｓｍｏｏｔｈｌｙ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｄｅａｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｍａｒｉｎｅｏｕｆｆａｌｌｉｓ“ｂｒｉｎｇ”ｉｎ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓｔｏｄ培ｔｈｅｌｏａｄｉｎｇａｒｅａｏｎｔｈｅｌａｎｄ，ｔｈｕｓ“ａｖｏｉｄｉｎｇｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ”ｏｕｔｔｏｃａｒｒｙｏｕｔａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｓｅａ．ＴｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｙｅａｓｆｏＨｏｗｓ：ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗｅｎｅｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｃａｎｎｏｔｓｔｒａｎｄａｔａｎｙｔｉｍｅ，ｖｅｓｓｅｌｓｃａｎｏｎｌｙｐａｓｓａｔｈｉｇｈｔｉｄｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｗｅｎｅｅｄｔｏｍａｋｅｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｔｉｄｅｗｈｉｌｅｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｗｏｒｋｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇａｎｔｒｙｃｒａｎｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｔｈｅｓｅａ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｍａｒｉｎｅｏｕｆｆａｌｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｒｉｅｓｔｏｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｍａｒｉｎｅｏｕｆｆａｌｌｄｅｓｉｇｎａｓｗｅｌｌａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅｏｕｆｆａｌｌ；ｃｏｎｔｒｏｌｂｌａｓｔｉｎｇ；ｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ１概况大连南部滨海大道工程箱梁预制二标段紧邻大连湾，此海域潮汐属于正规半日潮，每天有两次涨落潮，属于温带大陆性季风半岛气候区。老虎滩海洋站统计资料显示：星海湾海区大部分时间的浪高小于０．５ｍ，大于２ｍ浪高仅占０．４％，相对较平静¨Ｊ。装船区地貌经过人工改造后地势起伏不大，地形相对平坦，根据区域地质资料及钻孔勘探报告，场内无大型的断裂构造。出海口施工为满足大连市滨海大道工——收稿日期：２０１８０３１０作者简介：陈伯军（１９７４一），男，工程师，主要从事梁场制梁施工项目工程管理。铁道建筑技术程预制箱梁二标生产的３０７片箱梁和５４片上横梁装船运输。装船区位于箱梁二标预制场内，陆上部分自４＃制梁区对应北端起至海岸线止，装船区设计宽度２４ｍ，总长１００ｍ，港池深度按照年最低潮位线（一２．８１６Ｉｎ）及重载吃水深度设计为一７．３１６ｉｎ。２出海口主要设计思路“”出海口设计的总体思路为引进来，即在陆地“”上开凿装船区，避免伸出去进行大量海上作业。主要考虑因素一是确保任何时候运输船不能搁浅，航道在高潮位时进出船只；二是水中龙门吊基础根据实测海况利用低潮位时进行混凝土基础作业，最大化的避免海中作业。ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２１万方数据・设计咨询・２．１港池设计港池按照历年来统计的极限最低潮位一２．８１６ｍ（黄海高程）设计，主要是不受潮汐时间水位影响，采用２４ｈ装船作业，特别是在低潮时考虑了防止装船作业未完的因素，避免了船只搁浅事故发生。港池三面设计有混凝土挡墙，防止潮汐对四周土体的冲刷，同时也为防撞护弦的设置提供了可以依靠的结构旧ｊ。港池外侧三面设计有系缆桩，以便船只进出港池。２．２海中龙门吊基础设计根据历年来海况资料结合实际观测，采用了利用低潮位时进行混凝土基础施工的理念。根据实测，左侧有近４０ｍ的海底岩石在低潮时裸露，设计时充分利用该部位，同时兼顾梁场总体布局，以减少一个存梁区换取在陆地上开挖装船区，同时右侧龙门吊基础均可为陆地作业，左侧３６．７ｍ为海中作业。海中龙门吊基础设计充分考虑潮汐、涌浪及台风期间的波浪力。２．３航道设计总体上航道设计思路为潮涨时船舶通过出海口进入装船区，枯潮时不通行。船舶的调头区利用既有航道。通过以上设计理念，大幅减少海上作业量，避免大量的炸礁工程施工，在确保安全装运的基础上，最大化减少ｌＩ缶建投入，极大地减小了对海洋及周边环境的污染和破坏。装船区不受潮汐时间水位影响，采用２４ｈ装船作业。３施工特点及难点出海口施工的主要特点：一是改变水中设置栈桥的方案，直接开挖将水引入陆地形成最大枯潮期水深４．５ｍ的装船区，最大化的减少海中作业的范围；二是在海中的龙门吊基础，根据潮汐资料和现场实际的多次观测，利用退潮时不同岩层裸露的长度，分阶段进行施工，变海中施工为陆上施工，最大化的降低施工难度，减少了海中施工机械的使用。根据实际情况，该工程重难点主要为：一是水下爆破工艺复杂；二是爆破要减少对周围构造物的影响，特别是箱梁生产和存放区的影响；三是航道爆破受潮汐影响，工作时间受到限制，必须采用不∞同的施工预案ｏ；四是必须采取切实可行的措施，才能有效的利用退潮的时间和不同的岩层裸露长度来施工龙门吊基础。４施工方法出海口关键施工控制点是水下爆破Ｈ１的高程控制、安全控制和浅滩区的龙门吊基础施工利用枯潮期时间段控制和施工方法确定。４．１爆破环境拟爆破岩体与岸边山体岩石相连，东侧为黄海水域，紧邻航道；西侧为陆域，距施工区域最近建筑物为临时办公楼，距离约２３０Ｉｎ，施工场地北侧是原五二三厂码头，距离爆破区域约３１６ｍ，是本次爆破的主要保护目标Ｈ１。爆破振动和爆破飞石影响必须控制在安伞范围内（见图１）．亡＝＝＝＝］图１爆破环境示意（单位：ｍ）４．２爆破要求（１）要求设计高程以上爆破后无礁岩残余，保证航行通畅。（２）爆破振动不超过周边建筑物安全允许标准。（３）采用ｍｓ延时爆破。（４）确保人员、设备和周围设施的安全。４．３岩石爆破及开挖方案根据岩体（礁盘）的结构特点、周围环境及爆破技术要求，爆破总体方案为采用预裂爆破＋微差控制爆破，陆上一次点火炸除礁盘，水下采用每天一爆的方式。爆后设计标高以上无残孔岩埂，一次挖掘到位。钻孔采用竖直孔，采用普通乳化炸药，所有炮孔装双导爆管雷管。陆上部分爆破后，利用挖掘机挖除、自卸运输车运输至弃渣点的方法。水下部分爆破后，利用挖泥船带８ｍ３梅花抓斗挖除，４００ｍ３开体驳运输至弃渣点。４．４爆破施工程序爆破工艺应严格遵守爆破工艺流程，重点应控制测量、钻孔、装药、填塞、爆破网络连接、安全警戒和爆破后检查环节。这些环节是保证爆破安全和爆破质量的重点环节。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｔ增２）６９万方数据・设计咨询・爆破作业人员应是经过专门培训考试合格并取得合格征的人员，所有爆破作业人员应持证上岗。钻孔作业前，必须利用经检验合格的全站仪、水准仪对钻孔区域进行地表高程测量。钻孔作业应按实际标高确定钻孔深度，保证炮孔底部处于同一个水平面，以便引爆后形成同一水平的作业平台。钻孔完毕应对所有炮孔进行护孔工作，即在孔内装入套管，然后再对炮孔进行测量验收，验收合格后的炮孔方可按设计进行炸药装填、堵塞、爆破网路连接等工序。所有爆破工作准备完毕后，起爆前必须进行严格清场、严格警戒，在完全具备安全起爆条件时进行起爆。起爆后不允许撤除警戒哨，必须等爆后检查确认炮孔完全起爆无安全隐患后才能撤除警戒。４．５装药炮孔装药爆破礁岩采用连续装药结构，炸礁的炮孔深度一般大于７ｍ，单孔装药量应先进行爆破振动安全校核，经安全验算单段最大允许药量９０３８∞ｋｇＪ，单孔装药量不超过４０ｋｇ，连续装药是可行的。连续装药的优点是全炮孔装药，实际为不耦合装药，不耦合系数为１．３。装药过程中应注意保护雷管的脚线，为了加强对孔底部的冲击波作用，起爆雷管应安置在装药的中间靠孔底部位。爆破挡水墙的竖直孔可装入普通乳化炸药，单孔装药高度不超过５．０ｍ，单孔装药量不超过４０ｋｇ。４．６水下炸礁施工（１）成孔设备采用双体钻探平台，船面净作业面积为２５Ｘ８ｍ２。①钻机：平台上配备四台钻机，钻机最大钻压为２５ⅡⅡｋＮ，采用＋１４６ｎ套管护壁，８５型冲击器风动冲击钻进，冲击器直径巾１１５ｍｍ，钻杆直径巾６０ｍ１３３。②空气压缩机：配备二台日本产ＰＤＳＧ７５０Ｓ移动螺杆压缩机，最大排气量为２１．２ｒｌｌ３／ｍｉｎ，最大排气压力为１．２７ＭＰａ。③测量定位系统：陆地配全站仪一台，船上配ＧＰｓ定位仪一台。④其它设备：配备２００ｋＷ发电机一台，水泵二台。（２）成孔工艺④爆破深度：爆破深度４．５－０．０ｍ（未含超深０．５ｍ）。②测量定位ａ．定位：确定爆破范围，先确定拟施工船位。施工时，用全站仪控制船位方向，再由专人按照测量７０铁道建筑技术数据指挥平台前后移动，使船位的炮孔与设计炮孔重合，与设计炮孔误差＜２０ｃｍ。ｂ．高程测量：在施工区域适当地点竖立水尺（精度０．０１ＩＴＩ），通过验测水位差，计算出孔口标高。设凰为孔口标高；Ｈ，为孔口水深；致为水位。Ｈ３＝马一Ｈｌ。根据孑Ｌ口标高皿即可定出拟爆厚度日，由日确定出钻孔深度￡。设孔深为Ｌ，航道设计开挖控制线标高为Ａ＝一３．５３６ｍ，Ｂ为超深系数０．４ｍ，扛０．１５Ｈ。钻孔深度为：Ｌ＝Ｈ＋Ｂ＋Ｚ。（３）套管成孔准备工作完成后下入套管，用重锤把套管嵌入坚硬地层，防止施工时淤泥回流钻孑Ｌ。下入冲击器，开启钻机和气动设备，采用气动冲击回转方式成孔，成孔后清除孑Ｌ内残渣。钻孔达到设计深度拔出钻具，测量钻孔深度，检验孔深是否达到设计深度，检测合格后进行炸药装填。采用此种钻进方法钻进效率５ｍｉｎ／ｍ。由于水下岩面有一定坡度，在开钻之前，由潜水员在预钻位置人工出能固定钻具的平台。（４）超深根据水运爆破工程规范要求，实际钻孔按标高—超深１．０１．５ｍ，本工程设计钻孔超深１．５ｍ。（５）炮孔的不偶合系数为孔径与药径的比值：１１５／９０＝１．２８ｅ７｜。（６）导爆装置长１２ｍｓ延时非电导爆管起爆，为防止哑炮，采用２块起爆药包、２根导爆管，孔外采用１００～１５０ｍｍ导爆管，高能起爆仪引爆。（７）药包加工药包加工在安全地点，由专人负责。将炸药从包装箱中取出，在木桌上制作成条状。根据计算装药量把＋１００ｍｍＰＶＣ塑管截成一定尺寸作装药管。装药时要轻拿轻放，避免炸药与金属物品碰撞。（８）装药填塞炮孔达到设计深度由施工人员验收核对，确认炮孔内无残留岩心、无泥污堵塞时开始装药旧ｊ。装药在水面进行，潜水员在水下配合。药包每装填完一个，都要用水砣测量深度，装填合格才可装下一个。药包用黏土配重防止药包上浮，并在其上部用砂覆盖。潜水员在水下将导爆管从套管底部拉出，送至水面然后再起拔套管。（下转第１１４页）ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（增２）万方数据・桥梁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