一种大型钢沉井精确定位方法
【专利摘要】一种大型钢沉井精确定位方法，涉及桥梁工程施工【技术领域】。该定位方法包括：先将制作好的钢锚桩运至上、下游桩位处进行定位插打施工；再将混凝土重力锚抛锚定位在钢沉井两侧；待钢沉井浮运至墩位后，依次完成下拉缆、上拉缆及边锚绳的连接；再利用液压连续张拉设备对钢沉井的倾斜度和平面扭角进行初定位；待钢沉井注水下沉时，通过液压连续张拉设备对钢沉井进行下沉过程中的快速动态微调及注水着床时的精确定位，使钢沉井结构在可控的状态下安全着床。本发明不仅定位精准性高，施工成本、风险低，而且减小了对河床冲淤及周边环境的影响。
【专利说明】一种大型钢沉井精确定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁工程施工【技术领域】，具体涉及一种大型钢沉井精确定位方法。
【背景技术】
[0002]钢沉井作为桥梁深水基础，其质量大、施工周期长，工况复杂，施工过程中需要承受流水压力、作用在钢沉井上的风力等多种荷载，并且钢沉井在下沉着床过程中，会引起墩位附近水流流态的改变，造成河床的冲淤变化，因此，钢沉井的定位至关重要。
[0003]目前，钢沉井施工中采用的锚墩定位方案投入设备材料较大，成本较高，在钢沉井下沉过程中需对主拉缆和边缆进行倒缆和调整，施工工序复杂，加之锚链定位系统数量较多，沉井下沉过程中调整困难，精度不易控制，使得定位精准性差。另外，在倒缆和调整过程中，沉井受力容易不均匀，增加了施工风险；沉井在下沉着床过程中，因时间过长易出现下沉过缓、停滞、过速、突沉等现象，从而造成施工偏差，进而影响了河床冲淤及周边环境。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大型钢沉井精确定位方法，不仅定位精准性高，施工成本、风险低，而且减小了对河床冲淤及周边环境的影响。
[0005]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:提供一种大型钢沉井精确定位方法，包括以下步骤:
[0006]S1.制作钢沉井上、下游的钢锚粧，并将上拉缆、下拉缆的一端套入钢锚粧；将制作好的钢锚粧运至上、下游粧位处，通过定位船完成定位后进行插打施工；
[0007]S2.制作混凝土重力锚，将混凝土重力锚与边锚绳进行连接，并在钢沉井两侧的锚位水域抛锚定位；
[0008]S3.在制造好的钢沉井顶面布置导向轮、导缆器及液压连续张拉设备；
[0009]S4.待钢沉井浮运至墩位后，先依次完成上游的下拉缆、下游的下拉缆的连接，再依次完成下游的上拉缆、上游的上拉缆的连接，最后自上游开始依次对称完成钢沉井两侧的边锚绳的连接；
[0010]S5.利用液压连续张拉设备对各拉缆进行预张拉，调整上拉缆、下拉缆及边锚绳，对钢沉井的倾斜度和平面扭角进行初定位，使钢沉井基本定位在设计墩位；
[0011]S6.待钢沉井注水下沉时，先利用液压连续张拉设备对钢沉井进行平面位置的调整定位，再通过上拉缆、下拉缆及注水量对钢沉井的垂直度和扭角进行动态微调；
[0012]S7.当钢沉井距河床面6m时，计算钢沉井精确定位所需的各数据，并通过液压连续张拉设备进行初调和确认；
[0013]S8.当钢沉井距河床面4m后，结合GPS测量开始实施精确定位，并在距河床面2m时再次确认定位精度后，将钢沉井快速下沉至河床面，完成定位着床施工。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述上拉缆、下拉缆均分为钢锚粧段和钢沉井段两个分段，所述钢锚粧段的一端套于钢锚粧，另一端沉于水中；所述钢沉井段的一端与液压连续张拉设备连接，另一端绕过导向轮挂设于沉井缆绳挂架。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，完成上游的下拉缆连接的具体步骤为:将上游的钢锚粧段下拉缆、临时缆绳放置在上游的钢锚粧处的临时工作船上；利用拖轮缓慢推进钢沉井至墩中心往上游偏移，将临时缆绳牵引至钢沉井处并挂设于钢沉井侧壁；利用浮吊起吊钢锚粧段下拉缆绳头，并将钢沉井段下拉缆绳头吊至临时工作船上；将两绳头连接，完成下拉缆对接。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，完成下游的下拉缆连接的具体步骤为:将下游的钢锚粧段下拉缆、临时缆绳放置在下游的钢锚粧处的临时工作船上；待上游的下拉缆连接完成后，解除上游的临时缆绳，并利用拖轮将钢沉井拖拉至偏下游1m处，此时上游的下拉缆受力；将临时缆绳挂设于下游的钢锚粧与钢沉井之间；利用浮吊起吊下游的钢沉井段下拉缆绳头，将该绳头吊放于驳船上，并与下游的临时工作船内的卷扬机牵引绳连接；利用卷扬机牵引绳，将驳船牵引至临时工作船附近，利用浮吊将沉井段下拉缆绳头吊装至临时工作船上，并与钢锚粧段下拉缆绳头连接，完成下游的下拉缆的对接。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，完成上游的上拉缆连接的具体步骤为:将上游的钢锚粧段上拉缆放置在上游的钢锚粧处的临时工作船上；将钢沉井拖拉至偏上游1m处，利用浮吊起吊上游的钢沉井段上拉缆绳头，将该绳头吊放于驳船上，并与上游的临时工作船内的卷扬机牵引绳连接；利用卷扬机牵引绳，将驳船牵引至临时工作船附近，利用浮吊将沉井段上拉缆绳头吊装至临时工作船上，并与钢锚粧段上拉缆绳头连接，完成上游的上拉缆的对接。
[0018]在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，完成钢沉井两侧的边锚绳连接的具体步骤为:在钢沉井顶面布置卷扬机牵引绳；通过该卷扬机牵引绳将靠近上游的边锚绳牵引至钢沉井顶面的导缆器处，通过浮吊将该边锚绳绳头起吊过导缆器，与沉井顶面液压连续张拉设备进行连接；重复上述步骤，自靠近上游开始依次对称完成钢沉井两侧的边锚绳挂设。
[0019]在上述技术方案的基础上，所述步骤S6中，通过往钢沉井井壁及隔舱内对称、均匀注水，使得钢沉井下沉。
[0020]在上述技术方案的基础上，所述步骤S7中，计算钢沉井精确定位所需的各数据时，根据河床冲刷、流速情况计算钢沉井精确定位所需的各拉缆张力、预偏量的值。
[0021]在上述技术方案的基础上，所述步骤S8中，具体操作步骤如下:当钢沉井注水下沉至距河床4m后，开始调整各拉缆绳索力，根据计算的预偏量，通过GPS测量调整钢沉井的轴线、扭角及倾斜度，选择在小流速、低平潮阶段快速注水下沉至距河床2m，再次确认钢沉井定位精度后，继续加大注水速率，将钢?几井快速下?几至河床面，完成钢?几井的定位着床施工。
[0022]在上述技术方案的基础上，所述钢锚粧采用直径3.5m的钢粧制成；所述上拉缆、下拉缆采用直径114mm的钢丝绳制成。
[0023]本发明的有益效果在于:
[0024]1、本发明中，通过钢锚粧、混凝土重力锚、拉缆、边锚绳、导向轮、导缆器及液压连续张拉设备形成稳固的张拉结构；另外，辅以GPS测量技术，对各拉缆及边锚绳进行精确张拉牵引，受力明确，可准确掌握水流、潮汐变化情况下钢沉井下沉过程中的四角高差、垂直度和平面扭角等几何姿态，实现了钢沉井下沉过程中的快速动态微调及注水着床时的精确定位，使钢沉井结构在可控的状态下安全着床，定位精准性高，施工风险低，避免了对河床冲淤及周边环境的影响。
[0025]2、本发明中，上、下拉缆均采用分段对接的连接方法，且连接过程中设置专门的临时工作船和驳船，并通过临时缆绳及卷扬机牵引绳完成牵引、对接，降低了现场连接施工难度，节约了施工成本的投入，经济效益明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为钢锚粧定位、插打的施工示意图；
[0027]图2为混凝土重力锚定位施工示意图；
[0028]图3为本发明实施例的施工结构示意图；
[0029]图4为图3沿A-A '方向的剖面图；
[0030]图5为图3沿B-B '方向的剖面图；
[0031]图6为上游的下拉缆连接施工示意图；
[0032]图7为下游的下拉缆连接施工前期示意图；
[0033]图8为下游的下拉缆连接施工中期示意图；
[0034]图9为下游的下拉缆连接施工后期示意图；
[0035]图10为下游的上拉缆连接施工示意图；
[0036]图11为上游的上拉缆连接施工示意图；
[0037]图12为靠近上游的边锚绳连接施工示意图。
[0038]附图标记:
[0039]I 一钢沉井；2 —钢销粧；3 —上拉缆；4 一下拉缆；5 —混凝土重力销；6 —边销绳；7 —导向轮；8 —导缆器；9 —液压连续张拉设备；10 —定位船；11 —临时缆绳；12 —临时工作船；13 —拖轮；14 一浮吊；15 —卷扬机牵引绳；16 —驳船。
【具体实施方式】
[0040]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0041]本发明提供一种大型钢沉井精确定位方法，包括以下步骤:
[0042]S1.在工厂制作钢沉井I上、下游的钢锚粧2，所述钢锚粧2采用直径3.5m的钢粧制成，在钢锚粧2上划定刻度及各拉缆的连接方向，并将采用直径114mm的钢丝绳制成的上拉缆3、下拉缆4的一端套入钢锚粧2的划定位置；如图1所示，将制作好的钢锚粧2运至上、下游粧位处，通过定位船10并配合GPS定位系统完成定位后进行插打施工。
[0043]S2.在岸上制作混凝土重力锚5，将混凝土重力锚5与边锚绳6、起锚钢丝绳进行连接；利用GPS定位系统调整浮吊14的位置，使浮吊14在钢沉井I两侧的锚位附近水域抛锚定位；如图2所示，调整浮吊14方向，使浮吊14的中轴线与边锚绳6设计位置垂直。
[0044]S3.在制造好的钢沉井I顶面布置导向轮7、导缆器8及液压连续张拉设备9。
[0045]S4.待钢沉井I浮运至墩位后，先依次完成上游的下拉缆4、下游的下拉缆4的连接，再依次完成下游的上拉缆3、上游的上拉缆3的连接，最后自上游开始依次对称完成钢沉井I两侧的边锚绳6的连接。完成连接后的结构如图3至图5所示。
[0046]S5.利用钢沉井I顶面布置的液压连续张拉设备9对各拉缆进行预张拉，调整上拉缆3、下拉缆4及边锚绳6，对钢沉井I的倾斜度和平面扭角进行初定位，使钢沉井I基本定位在设计墩位。
[0047]S6.往钢沉井I井壁及隔舱内对称、均匀注水，待钢沉井I下沉时，先利用液压连续张拉设备9对钢沉井I进行平面位置的调整定位，再通过上拉缆3、下拉缆4及隔舱注水量对钢沉井I的垂直度和扭角姿态进行动态微调。
[0048]S7.当钢沉井I下沉至距河床面6m时，根据河床冲刷、流速情况计算钢沉井I精确定位所需的各拉缆张力、预偏量的值，并通过液压连续张拉设备9进行初调和确认。
[0049]S8.当钢沉井I下沉至距河床面4m后，开始调整各拉缆绳索力，根据计算的预偏量，通过GPS测量调整钢沉井I的轴线、扭角及倾斜度，选择在小流速、低平潮阶段快速注水下沉至距河床2m，再次确认钢沉井I定位精度后，继续加大注水速率，将钢沉井I快速下沉至河床面，完成钢沉井I的定位着床施工。
[0050]本实施例中，所述上拉缆3、下拉缆4均分为钢锚粧段和钢沉井段两个分段，所述钢锚粧段的一端套于钢锚粧2，另一端沉于水中；所述钢沉井段的一端与液压连续张拉设备9连接，另一端绕过导向轮7挂设于沉井缆绳挂架。上拉缆3、下拉缆4均采用分段对接的连接方法，且连接过程中设置专门的临时工作船12和驳船16，并通过临时缆绳11及卷扬机牵引绳15完成牵引、对接，降低了现场连接施工难度，节约了施工成本的投入。具体的上拉缆3、下拉缆4和边锚绳6的连接方法如下:
[0051]S41.如图6所示，将上游的钢锚粧段下拉缆4、临时缆绳11放置在上游的钢锚粧处的临时工作船12上；利用拖轮13动力平衡江水流速，缓慢推进钢沉井I至墩中心往上游偏移，同时通过拖轮13将临时工作船12上的临时缆绳11牵引至钢沉井I处，并挂设于钢沉井I侧壁；利用浮吊14起吊钢锚粧段下拉缆4绳头，并将钢沉井段下拉缆4绳头吊至临时工作船12上；将两绳头连接，完成下拉缆4对接。
[0052]S42.如图7至图9所示，将下游的钢锚粧段下拉缆4、临时缆绳11放置在下游的钢锚粧处的临时工作船12上，所述临时工作船12内设置有卷扬机牵引绳15 ;待上游的下拉缆4连接完成后，利用拖轮13将钢沉井I往上游侧拖拉浮运，解除上游的临时缆绳11，临时缆绳11解除后利用拖轮13将钢沉井I拖拉至偏下游1m处，此时上游的下拉缆4受力，保持钢沉井I稳定；利用拖轮13将临时缆绳11挂设于下游的钢锚粧2与钢沉井I之间；利用浮吊14起吊下游的钢沉井段下拉缆4绳头，将该绳头吊放于驳船16上，并与下游的临时工作船12内的卷扬机牵引绳15连接；利用卷扬机牵引绳15，将驳船16牵引至临时工作船12附近，满足下拉缆4挂缆吊距要求后，利用浮吊14将沉井段下拉缆4绳头吊装至临时工作船12上，并与钢锚粧段下拉缆4绳头连接，完成下游的下拉缆4的对接。
[0053]S43.如图10所示，待下游的下拉缆4连接完成后，开始完成下游的上拉缆3的连接，其具体操作重复步骤S42，此处不详述。
[0054]S44.如图11所示，将上游的钢锚粧段上拉缆3放置在上游的钢锚粧处的临时工作船12上，所述临时工作船12内设置有卷扬机牵引绳15 ;通过液压连续张拉设备9张拉上游的下拉缆4并辅以拖轮13，将钢沉井I拖拉至偏上游1m处，利用浮吊14起吊上游的钢沉井段上拉缆3绳头，将该绳头吊放于驳船16上，并与上游的临时工作船12内的卷扬机牵引绳15连接；通过临时工作船12内的卷扬机牵引绳15，将驳船16及船内的钢沉井段上拉缆3绳头牵引至临时工作船12附近，满足上拉缆3挂缆吊距要求后，利用浮吊14将沉井段上拉缆3绳头吊装至临时工作船12上，并与钢锚粧段上拉缆3绳头连接，完成上游的上拉缆3的对接。
[0055]S45.如图12所示，在钢沉井I顶面布置卷扬机牵引绳15 ;通过该卷扬机牵引绳15将靠近上游的边锚绳6牵引至钢沉井I顶面的导缆器8处，通过浮吊14将该边锚绳6绳头起吊过导缆器8，与沉井顶面液压连续张拉设备9进行连接；重复上述步骤，自靠近上游开始依次对称完成钢沉井I两侧的边锚绳6挂设。
[0056]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种大型钢沉井精确定位方法，其特征在于，包括以下步骤: 51.制作钢沉井⑴上、下游的钢锚粧(2)，并将上拉缆(3)、下拉缆(4)的一端套入钢锚粧(2);将制作好的钢锚粧(2)运至上、下游粧位处，通过定位船(10)完成定位后进行插打施工； 52.制作混凝土重力锚(5)，将混凝土重力锚(5)与边锚绳(6)进行连接，并在钢沉井(I)两侧的锚位水域抛锚定位； 53.在制造好的钢沉井(I)顶面布置导向轮(7)、导缆器(8)及液压连续张拉设备(9); 54.待钢沉井(I)浮运至墩位后，先依次完成上游的下拉缆(4)、下游的下拉缆(4)的连接，再依次完成下游的上拉缆(3)、上游的上拉缆(3)的连接，最后自上游开始依次对称完成钢?几井(I)两侧的边销绳(6)的连接； 55.利用液压连续张拉设备(9)对各拉缆进行预张拉，调整上拉缆(3)、下拉缆(4)及边锚绳￠)，对钢沉井(I)的倾斜度和平面扭角进行初定位，使钢沉井(I)基本定位在设计墩位； 56.待钢沉井(I)注水下沉时，先利用液压连续张拉设备(9)对钢沉井(I)进行平面位置的调整定位，再通过上拉缆(3)、下拉缆(4)及注水量对钢沉井(I)的垂直度和扭角进行动态微调； 57.当钢沉井(I)距河床面6m时，计算钢沉井(I)精确定位所需的各数据，并通过液压连续张拉设备(9)进行初调和确认； 58.当钢沉井(I)距河床面4m后，结合GPS测量开始实施精确定位，并在距河床面2m时再次确认定位精度后，将钢沉井(I)快速下沉至河床面，完成定位着床施工。
2.如权利要求1所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述上拉缆(3)、下拉缆(4)均分为钢锚粧段和钢沉井段两个分段，所述钢锚粧段的一端套于钢锚粧(2)，另一端沉于水中；所述钢沉井段的一端与液压连续张拉设备(9)连接，另一端绕过导向轮(7)挂设于沉井缆绳挂架。
3.如权利要求2所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S4中，完成上游的下拉缆(4)连接的具体步骤为:将上游的钢锚粧段下拉缆(4)、临时缆绳(11)放置在上游的钢锚粧(2)处的临时工作船(12)上；利用拖轮(13)缓慢推进钢沉井(I)至墩中心往上游偏移，将临时缆绳(11)牵引至钢沉井(I)处并挂设于钢沉井(I)侧壁；利用浮吊(14)起吊钢锚粧段下拉缆(4)绳头，并将钢沉井段下拉缆(4)绳头吊至临时工作船(12)上；将两绳头连接，完成下拉缆(4)对接。
4.如权利要求2所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S4中，完成下游的下拉缆(4)连接的具体步骤为:将下游的钢锚粧段下拉缆(4)、临时缆绳(11)放置在下游的钢锚粧(2)处的临时工作船(12)上；待上游的下拉缆(4)连接完成后，解除上游的临时缆绳(11)，并利用拖轮(13)将钢沉井(I)拖拉至偏下游1m处，此时上游的下拉缆(4)受力；将临时缆绳(11)挂设于下游的钢锚粧(2)与钢沉井⑴之间；利用浮吊(14)起吊下游的钢沉井段下拉缆⑷绳头，将该绳头吊放于驳船(16)上，并与下游的临时工作船(12)内的卷扬机牵引绳(15)连接；利用卷扬机牵引绳(15)，将驳船(16)牵引至临时工作船(12)附近，利用浮吊(14)将沉井段下拉缆⑷绳头吊装至临时工作船(12)上，并与钢锚粧段下拉缆(4)绳头连接，完成下游的下拉缆(4)的对接。
5.如权利要求2所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S4中，完成上游的上拉缆(3)连接的具体步骤为:将上游的钢锚粧段上拉缆(3)放置在上游的钢锚粧(2)处的临时工作船(12)上；将钢沉井⑴拖拉至偏上游1m处，利用浮吊(14)起吊上游的钢沉井段上拉缆(3)绳头，将该绳头吊放于驳船(16)上，并与上游的临时工作船(12)内的卷扬机牵引绳(15)连接；利用卷扬机牵引绳(15)，将驳船(16)牵引至临时工作船(12)附近，利用浮吊(14)将沉井段上拉缆(3)绳头吊装至临时工作船(12)上，并与钢锚粧段上拉缆(3)绳头连接，完成上游的上拉缆(3)的对接。
6.如权利要求1所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S4中，完成钢沉井(I)两侧的边锚绳(6)连接的具体步骤为:在钢沉井(I)顶面布置卷扬机牵引绳(15);通过该卷扬机牵引绳(15)将靠近上游的边锚绳(6)牵引至钢沉井(I)顶面的导缆器(8)处，通过浮吊(14)将该边锚绳(6)绳头起吊过导缆器(8)，与沉井顶面液压连续张拉设备(9)进行连接；重复上述步骤，自靠近上游开始依次对称完成钢沉井(I)两侧的边锚绳(6)挂设。
7.如权利要求1所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S6中，通过往钢沉井(I)井壁及隔舱内对称、均匀注水，使得钢沉井(I)下沉。
8.如权利要求1所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S7中，计算钢沉井(I)精确定位所需的各数据时，根据河床冲刷、流速情况计算钢沉井(I)精确定位所需的各拉缆张力、预偏量的值。
9.如权利要求8所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述步骤S8中，具体操作步骤如下:当钢沉井(I)注水下沉至距河床4m后，开始调整各拉缆绳索力，根据计算的预偏量，通过GPS测量调整钢沉井(I)的轴线、扭角及倾斜度，选择在小流速、低平潮阶段快速注水下沉至距河床2m，再次确认钢沉井(I)定位精度后，继续加大注水速率，将钢沉井(I)快速下沉至河床面，完成钢沉井(I)的定位着床施工。
10.如权利要求1至9任一项所述的大型钢沉井精确定位方法，其特征在于:所述钢锚粧(2)采用直径3.5m的钢粧制成；所述上拉缆(3)、下拉缆(4)采用直径114mm的钢丝绳制成。
【文档编号】E02D27/52GK104480865SQ201410815510
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】李军堂, 陈开桥, 邱琼海, 陈涛, 毛伟琦, 涂满明, 许佳平, 李方峰, 唐勇, 张文斌, 黄辉 申请人:中铁大桥局集团有限公司