大直径筒形结构的安装方法

大直径筒形结构的安装方法
【专利摘要】本发明涉及一种大直径筒形结构的安装方法，尤其涉及一种在大直径筒形结构安装过程中通过浮吊和振沉设备实现对筒形结构进行实时纠偏的安装方法。该安装方法通过浮吊控制筒形结构下放至安装位通过浮吊控制筒形结构进行自沉施工；在自沉施工过程中通过浮吊和振沉设备对筒形结构进行自沉纠偏控制和振沉纠偏控制；自沉施工完毕后，通过振沉设备对筒形结构进行振沉施工；振沉施工结束，筒形结构在安装位安装完毕。本发明的方法通过浮吊和振沉设备在海床上振沉钢圆筒施工过程中实时对筒形结构的下沉偏位进行自沉纠偏控制和振动纠偏控制。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大直径筒形结构的安装方法，尤其涉及一种在大直径筒形结构安 装过程中通过浮吊和振沉设备实现对筒形结构进行实时纠偏的安装方法。 大直径筒形结构的安装方法

【背景技术】
[0002] 近年来随着外海人工岛、沿海海堤护岸工程项目的发展，通过振动下沉大直径筒 形结构形成围护结构快速成岛、成堤施工工艺日趋成熟，应用前景广阔。大直径筒形结构通 过专用振沉设备采用浮吊吊装打入海床或河床基础中，该过程分为自沉及振动下沉两个阶 段。在上述施工过程中，面临以下困难：（1)在自沉过程中，受水文气象条件影响筒形结构 难以精确定位；（2)自沉入泥后，受复杂地质条件影响筒形结构平面位置及垂直度难以保 证，甚至出现在入泥较深后平面偏位及垂直度出现较大偏差，形成进退两难的局面；受上述 问题影响，极易影响大直径筒形结构的安装质量及进度，进而影响工程建设总体工期及后 续工序的施工质量。
[0003] 因此，针对上述问题本发明急需提供一种大直径筒形结构的安装方法。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种大直径筒形结构的安装方法，该安装方法利用浮吊和振 沉设备实现筒形结构在安装过程中实时纠偏的目的。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种大直径筒形结构的安装方法，所 述安装方法包括以下步骤：
[0006] S1、通过浮吊控制筒形结构下放至安装位；
[0007] S2、通过浮吊控制筒形结构进行自沉施工；
[0008] S3、在自沉施工过程中通过浮吊和振沉设备对筒形结构进行自沉纠偏控制和振沉 纠偏控制；
[0009] S4、自沉施工完毕后，通过振沉设备对筒形结构进行振沉施工；
[0010] S5、振沉施工结束，筒形结构在安装位安装完毕。
[0011] 在所述步骤S1之前还包括通过浮吊对筒形结构进行姿态调整的步骤；具体包括 以下步骤：
[0012] 控制浮吊的双钩将筒形结构松放至安装位泥面上；
[0013] 通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员；
[0014] 操作人员根据姿态数据控制浮吊对筒形结构进行姿态调整；
[0015] 姿态调整完毕后，即开始筒形结构的自沉施工。
[0016] 在所述步骤S1之前还包括通过浮吊对筒形结构进行姿态调整的步骤；具体包括 以下步骤：
[0017] 控制浮吊的双钩将筒形结构松放，直至其自沉入泥；
[0018] 通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员；
[0019] 操作人员根据姿态数据控制浮吊对筒形结构进行姿态调整；
[0020] 姿态调整完毕后，即开始筒形结构的自沉施工。
[0021] 所述步骤S3中还包括如下步骤：
[0022] 通过测量人员连续报告偏位数据给操作人员；
[0023] 操作人员根据偏位数据控制浮吊对筒形结构进行自沉偏位调整；
[0024] 自沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
[0025] 所述步骤S3中还包括如下步骤：
[0026] 通过测量人员连续报告偏位数据给操作人员；
[0027] 操作人员根据偏位数据控制振沉设备对筒形结构进行自沉偏位调整；
[0028] 振沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
[0029] 本发明与现有技术相比具有以下的优点：
[0030] 1、本发明的方法通过浮吊和振沉设备在海床上振沉钢圆筒施工过程中实时对筒 形结构的下沉偏位进行自沉纠偏控制和振动纠偏控制；利用浮吊控制筒形结构的自沉速 度，可有效保证筒形结构自沉入泥的姿态稳定性和准确性；利用浮吊可通过简单的控制实 现对筒形结构垂直度的纠偏控制以及安装深度的控制，操作便捷快速，节省了施工时间，提 高了施工效率。
[0031] 2、本发明的方法利用振沉设备不仅可以完成对筒形结构的振沉安装过程，而且还 可以作为在筒形结构自沉施工时的辅助纠偏设备，也就是当筒形结构在自沉过程中遇到海 底土质较硬而造成偏位时，即可通过振沉设备将偏位处的土层破坏，以确保筒形结构恢复 正常位置继续顺利自沉；操作便捷快速，节省了施工时间，提高了施工效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0033] 图1是本发明的施工流程框图。

【具体实施方式】
[0034] 参见图1所示，本发明的一种大直径筒形结构的安装方法，包括以下步骤：
[0035] 1、通过浮吊对筒形结构进行姿态调整；本实施例中所述的浮吊采用双钩可变幅扒 杆浮吊，吊装时，筒形结构筒口左右两侧各吊点通过钢丝绳吊挂在浮吊左右勾头上，以通过 控制浮吊双钩的升降实现钢圆筒左右垂直度的调整；该浮吊的扒杆的吊点通过吊缆与双钩 连接，且该扒杆可以上下仰俯，该扒杆通过变幅实现筒形结构前后垂直度的调整。本发明中 所述双钩扒杆浮吊的具体结构属于现有技术，此处不再对其结构进行过多赘述。
[0036] 具体包括以下步骤：
[0037] 如在平潮时间段作业，控制浮吊的双钩同步将筒形结构松放至筒底距离海底安装 位泥面以上〇. 5-lm处；通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员；操作人员根据姿态数 据控制浮吊对筒形结构进行自沉前的姿态调整；姿态调整完毕后，即开始筒形结构的自沉 施工。
[0038] 本实施例中所述姿态数据报告的顺序及内容为：筒形结构平面扭角（即浮吊船 面）、左右和前后垂直度、平面偏位。进行平面偏位调整时，需要考虑到大质量大尺寸筒形结 构移动时因惯性而导致的滞后效应。调整平面扭角主要通过轻幅度旋转浮吊完成；左右垂 直度调整通过升降左右钩头调整，前后垂直度则通过俯仰浮吊扒杆调整。筒形结构的筒体 正位后，随即可开始入泥自沉。自沉时主要通过控制筒形结构的垂直度以使筒形结构在偏 位满足设计要求下顺利自沉。
[0039] 如在潮流较大时间段作业，控制浮吊的双钩同步将筒形结构松放至筒体自沉入 泥，此时筒底在安装位处入泥〇.5-lm之间；通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员； 操作人员根据姿态数据控制浮吊对筒形结构进行自沉前的姿态调整；姿态调整完毕后，即 开始筒形结构的自沉施工。
[0040] 姿态调整时，操作人员及时就调整结果反馈给起重指挥，如"是否调整完毕"等，起 重指挥再依据测量人员报告偏位变化相应采取下一步措施。若浮吊已进行了对应姿态调 整后，姿态偏位情况无明显改善，则缓慢起升筒形结构直至偏位出现向好趋势，中止上拔过 程，静待l-2min。通过重复上述过程，最终确定筒形结构的姿态正位后开始自沉施工。
[0041] 2、通过浮吊控制筒形结构下放至安装位；
[0042] 3、通过浮吊控制筒形结构进行入泥自沉施工；在此过程中浮吊逐渐放缆松钩以 减小浮吊力，在筒形结构自重与浮吊力的合力作用下，筒形结构开始自沉，随着自沉深度变 大，合力逐渐变小，直到自沉结束，合力为零；以此防止筒形结构因自重过大而导致的下沉 过快。
[0043] 4、在自沉施工过程中通过浮吊和振沉设备随时对筒形结构进行自沉纠偏控制和 振沉纠偏控制；本实施例中所述的振沉设备采用由多个安装在筒形结构上端口的振动锤组 成的振动锤组；关于振动锤组的具体结构属于现有技术，此处不再过多赘述。
[0044] 当自沉过程出现偏位而需要进行自沉纠偏控制时，通过测量人员连续报告偏位数 据给操作人员；在接到偏位数据后，操作人员立即通过浮吊控制筒形结构中止自沉，并根据 偏位数据控制浮吊对筒形结构进行自沉偏位调整；自沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
[0045] 入泥自沉施工开始后，潮流对圆筒偏位的影响减弱到可忽略不计。自沉施工过程 中，由于吊重的逐渐减轻，浮吊上浮而至扒杆相对上扬，同时由于圆筒自沉区域地质分布的 差别等，难以避免的造成筒形结构的垂直度甚至偏位出现变化。若地质情况较好，如均为淤 泥质均匀地层，随着自沉的进行，入泥深度的增加，双钩吊重的递减呈现较为均匀连续的趋 势。此时，只需根据测量人员报告的偏位情况作出相应调整即可。值得注意的是，吊重每下 降一定程度后或筒体前后出现明显倾斜变化时，应停止下沉，并调整扒杆变幅。此外，由于 浮吊左右钩头起降速率存在固有差别，左右钩的松钩过程自然而然的导致左右倾斜，应及 时调整。如垂直度的调整不及时，甚至容易引起筒体平面偏位朝倾斜方向加剧的后果。
[0046] 当出现自沉偏位而需要振沉纠偏控制时，通过测量人员连续报告偏位数据给操作 人员；在接到偏位数据后，操作人员立即通过浮吊控制筒形结构中止自沉，并根据偏位数据 控制振沉设备对筒形结构进行振沉偏位调整；振沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
[0047] 若地质情况较为复杂，主要表现为安装位较浅深度内土质软硬分布不均或坚硬土 层分布较浅，则易导致筒形结构的筒体自沉较浅便发生倾斜，甚至滑移。当需要振沉纠偏控 制时，从测量偏位数据反映则表现为偏位数据陡然增大，从双钩吊重反映则表现为左右钩 头吊重出现较大差值，具体差值由筒体自重及地质土层分布情况而有所不同。此时，如按照 自沉纠偏方式进行调整，如偏位出现恢复垂直度能够满足设计要求的变化，则无需上拔筒 体，既可直接进行振动纠偏。振动纠偏控制大体可分为静态纠偏及动态纠偏，即振动不上拔 纠偏和振动上拔纠偏。其中静态纠偏为地质情况十分恶劣的情况采取的分解纠偏环节，精 细控制，过程相对繁琐；动态纠偏为地质情况较为恶劣情况下，通过在振沉过程中，发出纠 偏指令，动态完成纠偏及振沉过程。
[0048] 对于软硬不均的土质或土层呈倾斜分布所造成的筒体倾斜，纠偏过程主要通过不 松钩振沉、振动下沉、升降单个钩头、仰俯扒杆等措施相结合，最终使偏位参数满足设计要 求。具体振沉纠偏控制过程如下：
[0049] 中止筒形结构自沉后，保持两钩自沉结束时吊重差值，起升至筒身与振沉设备组 合体的总吊重的3/4。
[0050] 依据测量监测前后垂直度数据，调整扒杆进行变幅；如筒体向后侧倾斜，则适当降 低扒杆变幅，反之亦反。
[0051] 以上步骤完成后，开启振动锤进行不松钩振沉；不松钩振沉一般需持续l_2min以 观察偏位变化，此过程应用测量工具不间断报告偏位数据以及浮吊驾驶室显示的双钩吊重 变化，从而决定是否松钩。
[0052] 如偏位趋势向好或吊重增加，则说明振动锤产生的高频振动已破坏土体（受振动 部分土体硬度变小且相对均匀），此时，可缓慢松钩开始振动下沉。
[0053] 振动下沉过程中，可依据测量报告的筒体左右垂直度，动态调整左右钩吊重；例如 筒体呈右倾斜，则保持右钩不松，左钩按照50t -级缓慢松钩，反之亦反；直至筒形结构的 垂直度满足施工要求，继续双钩同步减轻吊重；此外，若自沉速率较快，且筒体向前倾斜，在 保证垂直度及平面偏位可控的前提下，可通过迅速减轻双钩吊重利用浮吊上浮，扒杆上扬 的特点控制前后垂直度变化。若出现垂直度倾斜明显增大且超出设计允许范围，则应立即 停止振动下沉，并重复上述过程，重新进行纠偏。若平面偏位出现恢复垂直度依然难以满足 设计要求的情况，应立刻中止自沉，浮吊直接上拔或通过振动锤辅助上拔筒形结构，并依据 偏位变化趋势余留变化量重新进行自沉施工。通过此过程至筒形结构入泥8m-10m后，偏位 情况基本固定，不会再发生较大变化，振沉纠偏完成。
[0054] 另外，对于不同土质以及同一种土质不同的软硬度，振动下沉终吊重的选择对振 沉及纠偏的效果亦存在较大影响。如对于较软的土质，两钩吊重可缓慢下降，最终维持在振 沉设备吊具吊重左右即可。这样的选择可避免振沉设备缓冲装置出现损坏，同时也使得下 沉的速率维持在合理的区间；对于较硬的土质，在偏位情况可控的前提下，宜快速松钩，最 终吊重维持在较低范围即可。这样的选择有利于提高静定荷载（这里指落在振动锤组上的 荷载）以增加打桩力（打桩力为静定荷载与激振力之和），自然有利于提升下沉速率。
[0055] 此外，如振沉设备为液压式振动锤，其动力柜发动机转速的选择同样是影响振沉 及纠偏效果的一个关键因素。对于流塑状淤泥质土及可塑状粘土动力柜转速一般可选用较 低转速；对于软塑状粘土及中密的中粗砂层，转速宜提高以增加激振力；但是，片面的提高 动力柜转速以提高激振力能取得的效果十分有限，其原因为：
[0056] 筒形结构因为尺寸过大，一般可视为薄壁结构，刚度并不大，过高提高转速后，激 振力因筒体的径向高频颤抖而大量损失，实际传递至筒底液化土体的力反而较小（粘土不 能液化）；
[0057] 土体液化存在固有频率，只有当振动锤激振频率接近土体固有频率时才能产生明 显液化效果，因此合适的频率而不只是片面的提高频率能够改善振沉效率；
[0058] 对于大部分可塑或硬塑状粘土，由于其粘性较好，在某种意义上类似于弹性土质， 提高振动锤的振幅而不只是频率才能破坏土体。而振幅只和总振动质量及偏心力矩有关。
[0059] 5自沉施工完毕后，通过振沉设备对筒形结构进行振沉施工；可调整扒杆变幅及 左右吊钩的吊重后直接开启振沉设备将筒形结构振沉到安装位上直至其深度符合设计泥 面。振沉施工结束，筒形结构在安装位安装完毕。
【权利要求】
1. 一种大直径筒形结构的安装方法，其特征在于：所述安装方法包括以下步骤： 51、 通过浮吊控制筒形结构下放至安装位； 52、 通过浮吊控制筒形结构进行自沉施工； 53、 在自沉施工过程中通过浮吊和振沉设备对筒形结构进行自沉纠偏控制和振沉纠偏 控制； 54、 自沉施工完毕后，通过振沉设备对筒形结构进行振沉施工； 55、 振沉施工结束，筒形结构在安装位安装完毕。
2. 根据权利要求1所述的大直径筒形结构的安装方法，其特征在于：在所述步骤S1之 前还包括通过浮吊对筒形结构进行姿态调整的步骤；具体包括以下步骤： 控制浮吊的双钩将筒形结构松放至安装位泥面上； 通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员； 操作人员根据姿态数据控制浮吊对筒形结构进行姿态调整； 姿态调整完毕后，即开始筒形结构的自沉施工。
3. 根据权利要求1所述的大直径筒形结构的安装方法，其特征在于：在所述步骤S1之 前还包括通过浮吊对筒形结构进行姿态调整的步骤；具体包括以下步骤： 控制浮吊的双钩将筒形结构松放，直至其自沉入泥； 通过测量人员连续报告姿态数据给操作人员； 操作人员根据姿态数据控制浮吊对筒形结构进行姿态调整； 姿态调整完毕后，即开始筒形结构的自沉施工。
4. 根据权利要求1所述的大直径筒形结构的安装方法，其特征在于：所述步骤S3中还 包括如下步骤： 通过测量人员连续报告偏位数据给操作人员； 操作人员根据偏位数据控制浮吊对筒形结构进行自沉偏位调整； 自沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
5. 根据权利要求1所述的大直径筒形结构的安装方法，其特征在于：所述步骤S3中还 包括如下步骤： 通过测量人员连续报告偏位数据给操作人员； 操作人员根据偏位数据控制振沉设备对筒形结构进行自沉偏位调整； 振沉偏位调整完毕后，继续自沉施工。
【文档编号】E02B17/00GK104110019SQ201410311708
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】林鸣, 孟凡利, 孔令磊, 张怡戈, 刘昊槟, 丰贯凌, 沈家海, 杨润来, 李建明, 靳胜, 刘明, 孟令月 申请人:中交一航局第一工程有限公司, 中交第一航务工程局有限公司