沉箱安裝調平測量監控技術及改進措施

王 磊

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

沉箱碼頭工程量較大，通常在預制場內由專業人員預制成型，通過半潛駁轉運至現場后安裝到位。沉箱下沉期間處于漂浮狀態，所在處的風浪、潮流等均會對其造成影響，因此表現出不定周期性起伏，明顯加大沉箱安裝難度，若施工期間的測量監控工作不到位，將導致沉箱安裝失敗，造成嚴重損失。

1 工程概況

深圳港寶安綜合港區一期工程建設于深圳市西部南頭半島西側，碼頭總面積27.4 萬平方米，碼頭岸線548.7 m，其中北圍堰AK1+300～AK1+619 段碼頭和南圍堰BK1+078～BK1+550 段碼頭均采取沉箱直立式圍堤結構，沉箱總量共計94 件，型號為CX1。

2 沉箱安裝調平測量監控技術

2.1 現階段的監控方法

沉箱安裝包含的施工工序較多，應按照特定的流程有序施工作業，如試吊、出運、正式安裝等。施工之前由技術部會同質檢部等共同做好交底工作，使各參與方掌握施工目標、可行施工方法以及注意事項等[1，2]。安裝作業對海況的要求較高，只有在風力不超過6 級同時浪高不超過2.5 m 時才具備施工條件。結束沉箱的安裝作業后給予1～2 d 的靜置時間，再次檢測位置情況，若沉箱安裝存在偏差則要靈活調整。確保沉箱無誤后觀測其沉降以及位移情況。

沉箱安裝的具體工序為：施工現場準備→方駁、起重船拋錨定位→沉箱掛吊具→起重船吊沉箱至方駁→解除吊具→沉箱運至現場安裝點，起重船定位→掛吊具、起吊沉箱→測量定位→沉箱安裝→安裝合格后解除吊具。

2.2 沉箱安裝期間的問題

沉箱安裝前的各項操作都要依據規范落實到位，其中以沉箱的調平至關重要，具體考慮的是縱向水平與橫向傾斜度兩方面的要求，只有在確保沉箱調平到位后，才可以順利完成安裝作業，以免坐落在基床時出現偏位現象?，F階段，水位標尺目測法與GPS 實測法是行業內較為主流的方法。

1）水位標尺目測法

水位標尺目測法的關鍵在于將水位標尺繪制在沉箱外壁處，待沉箱安裝到位后用于檢測各角點的吃水深度情況，以實際情況為準調整沉箱的傾斜度。伴隨沉箱的持續下沉，在尚未到位前其始終處于漂浮狀態，期間沉箱四角的吃水深度并非完全一致，波動幅度通常達到50 cm 甚至更多。技術人員難以同時觀測到讀數，導致觀測數據的時效性偏差，更傾向于通過技術人員的直觀經驗給出判斷，此工作方式將導致沉箱的傾斜度難以得到有效的控制[1]。

2）GPS 實測法

隨沉箱的逐步下沉，當其與基床面相距達到30～50 cm 時，及時將各個進水閥關閉，安排專業人員通過手持GPS 的方法檢測沉箱的角點標高，以所得結果為依據調整沉箱的位置。

GPS 實測法的精度相對較高，但也存在局限之處：

①沉箱下放過程中始終處于漂浮狀態，導致各角點的標高發生持續性的變化，測量人員只能通過自身經驗給出判斷，以便確定沉箱角點標高，所得結果摻雜大量主觀因素；②測量期間沉箱發生不同程度的移動，導致立桿難以維持豎直的狀態，所得結果的準確性不足；③通常GPS 的數量最多為2 臺，難以實現全方位的測量，因此各角點讀數的時效性相對較差，期間存在明顯的偶然誤差，極容易出現誤判調平現象；④測量人員的工作量較大，通常需持續2 h 的連續作業，長時間工作對人員的身體素質提出較高要求，所得結果易出現誤差。

3 改進措施

沉箱安裝與調平期間都必須做好測量監控作業，針對上述所提的問題，此處提出水平管法，以期提高測量監控的精度。

沉箱調平期間的影響因素較多，主要體現在兩方面：1）沉箱為漂浮狀態，此過程中各角點的標高存在差異，發生持續性的變動；2）各角點的測量缺乏同步性，彼此間存在較大的間隔周期，同期數據可比性較差。對此，此處提出水平管法，其在保證測量控制精度的同時還可提高效率[2]。

3.1 水平管法工作原理

海水的運動缺乏規律性，導致沉箱的運動情況極為復雜，引入水平管法后可更為有效地檢測各角點的高差情況，具體采用如下假設：①1 個周期內，沉箱各角點的豎向運動幅度具有一致性；②沉箱存在重心軸，其在1 個周期內為振動運動；③水平管內共同存在液體與氣體，兩者不具備相互溶解的條件，其不可壓縮。若沉箱兩端存在高差現象，此時在水柱發生變化時氣泡也隨之移動，管內液體與氣體不具有可壓縮性，因此可以確定氣泡的移動距離，即達到實際高差的1/2。若沉箱漂浮，此時可以重點選取1 個周期展開觀測，確定居中氣泡的極值。

若沉箱角點A 為最高位（對應的B 點為最低位），將此時的讀數設為x；反之，若A 點為最低位，此時讀數設為y，兩點的高差則具有如下關系：ΔH=2（x-y）。根據此公式，在ΔH ＜0 時，則A 點低；若ΔH ＞0，此條件下則為B 點低。

3.2 水平管法的具體操作流程

1）預制成型后全面檢查各角點的標高，此舉的目的在于對水平管氣泡的實際情況有初步的掌握，即確定初始偏移量。此外，配備一根帶有居中氣泡的長水平管，將其安裝到沉箱的頂部，兩端高出沉箱頂面的部分約1.5 m。

2）再次檢驗居中氣泡的位置，分析其是否設置在重心軸上，若預制期間角點出現偏差，此時需增加適量的偏移值，通過固定措施以便維持水平管的穩定性。

3）沉箱安裝到位后檢查氣泡的運動情況，并根據上述給出的公式求得角點高差，視實際情況靈活調整水閥進水量，最終完成沉箱的調平作業。需注意的是，沉箱調平期間氣泡具有特定的運行規律，將沿理論中軸刻度發生持續性的往返運動，直至坐底。

3.3 水平管法優缺點分析

通過水平管法的應用可減小人為誤差，只需確定一次差值讀數，相比于常規方法而言誤差累計值得到有效的控制，提高了觀測的便捷性，也更有助于現場控制。當然，水平管法具有優點的同時也存在不足之處：

優點：觀測便捷性大幅提高，誤差累計值相對較小；無需投入過多的測量人員，可減少人為誤差的影響，相比于單點測量而言，此處的誤差可縮減至該法的1/2；人員的工作量隨之減輕，效率得以提高；檢測所需的成本相對較低，表現出可觀的經濟效益。

缺點：沉箱出運要求高，即必須做好全面的準備工作，否則將對測量結果的精確性造成不良影響。

4 沉箱安裝施工中檢測方法

本工程中的沉箱安裝難度較大，為確保沉箱安裝質量，提出精確的要求，具體內容見表1。

表1 寶安港測量技術要求表

除上述要求外，軸線的檢查也至關重要，以經緯儀為主要設備，方式為墩式，從縱、橫2 個方向分別檢測，允許偏差150 mm；要求臨水面與施工準線的偏差不超過50 mm，可采取岸壁式檢測方法，以經緯儀和鋼尺為主要工具，檢驗前沿兩角頂部；對于臨水面錯臺檢測工作，允許偏差為岸壁式50 mm、墩式100 mm，所用工具為鋼尺；在檢測接縫寬度時，此處的允許偏差要求為岸壁式30 mm、墩式50 mm，具體采取的是使用鋼尺測量頂部的方式；最后在檢測豎向傾斜情況時，則要確保偏差在H/250 mm 以內，具體采取墩式方法或以鋼尺為檢測工具。

上述所提的H 為沉箱高度（mm），砌縫寬度反映的是實測值與設計平均縫寬的差值；接縫的最大縫寬根據沉箱的高度而確定，沉箱高度≤10 m 時，為80 mm；沉箱高度＞10 m 時，為8H/1000。

5 結語

沉箱安裝是港口碼頭建設領域的重要施工內容，安裝期間的測量監控至關重要，在保證測量精度的情況下，才能夠將沉箱安裝到位，以免沉箱坐底時出現偏位現象。作為施工單位，則為根據實際情況合理選擇測量監控方法，提高操作規范性，從而減小測量誤差。