液壓震動式夯平船工作原理及管理

（中交一航局第三工程有限公司船舶分公司，遼寧大連 116000）

液壓震動式夯平船兼具運行穩定、保養便捷等特性，以特殊耐磨鋼為材料制作震動板，內置減震裝置，可確保設備平穩運行。

1 工程概況

工程沉管基槽基礎換填及夯平段起訖里程K2+084～K2+951，總長867 m，含E8～E13管節。施工現場的水深約30 m，換填基槽區域的基礎厚0.19～6.41 m，換填基礎底寬37.4 m。沉管基礎換填施工使用材料為重量10～100 kg的塊石，換填方量99 162.68 m3，夯平面積60 706.35 m2。

2 液壓震動式夯平船的改造

技術人員以工程建設需求為準，組織夯平船的改造工作，涉及船舶的改造、硬件設施的配套等內容。經夯平船創新改造后，使其可在大連灣海底隧道工程中取得有效應用。根據實際建設條件可知，沉管基槽中間軟土層與兩端基巖層的平順過渡是工程的重難點內容，為解決軟土層地基易失穩的問題，應采取基礎換填和夯平措施。

傳統方式中，以50 t履帶吊和Ф1.2 m夯錘（吊重5 t）為主要施工設備，其運行效率偏低，經夯平處理后軟基的密實度易偏離設計要求。為提高施工質量，經多方探討后，提出液壓錘夯實的方法，借助液壓錘提供的激振力，使施工現場的塊石基床轉為平整、穩定的狀態，確保基床頂面可滿足平整度的要求。

（1）全面落實基礎設計工作，即船舶改造的穩定性驗算、夯平行車結構的設計、夯板結構的設計等，以便為后續工作的開展提供參考。

（2）以前述的設計資料為準，組織設備的加工、制造等相關工作。

（3）在船舶上有序將軌道、夯平行車等相關設備安裝到位，根據硬件設施開發軟件，包含船舶定位系統的創建、夯板水平度檢測技術的應用等。

（4）為系統配套電源，連接軟件與硬件，共同組成完整的體系。

（5）發現問題并及時處理。

3 系統基本工作原理

為滿足定位要求，在船體鋼軌道梁兩端配套3個GPS接收天線，以RTK方式工作，夯平船運行期間應實時監測各接收天線的大地坐標，測定船體的搖晃幅度及相對位置。以所得的數據為準，由軟件系統處理，以直觀的方式呈現船體的空間姿態。配套夯板測深儀可測定夯板高程值，可作為日常工作的參考依據[1]。

施工期間，系統可自動監測，以便掌握振動錘的懸吊位置（以坐標的方式呈現）、船舶的方位角等信息，采集的數據及繪制的圖形可通過計算機屏幕直觀顯示，供工作人員分析與管控，人機交互效果較好。

在確定夯實標高的監測結果后，結合海底地形勘察結果，綜合分析后定點、定量拋石，后續可利用聲學設備展開監測，以確定夯實后的標高及平整度，將其與設計要求對比，判斷是否滿足要求。

4 液壓震動夯平系統的基本結構

液壓震動夯平系統集多類裝置于一體，即“C”形軌道、夯平小車、行走機構、液壓系統、液壓振動錘、升降機構（具體包含兩部分，分別服務于震動錘和液壓油管）、夯板、定位及控制系統。

“C”形軌道為基礎裝置，其穩定安裝在船舶甲板處，在軌道兩端分別配備卷揚機（各1臺），提供牽引力帶動夯平小車沿鋪設好的軌道行走。GPS布置在船舶甲板處共3套，考慮到信號干擾問題，將其設置在高度6.5 m的鋼架上，確保其高出各類甲板建筑物，以免遮擋。監測控制系統布設在甲板的操作室內，以便工作人員及時管理。

“C”形軌道由鋼板制作，并與母船甲板焊接于一體，以保證夯平小車可在軌道上穩定運行。在夯平小車的滑動橫梁上設置滑塊（底部、頂部及外側三個區域），增添適量的潤滑脂，可減小摩擦力，使夯平小車的運行具有順暢性。為保證船舶防臺的穩定性，在夯錘組底層的夯板處焊接4個吊點（布設在夯板的四個角），在懸梁吊架上垂吊4根鋼絲繩，將其與吊點連接；在夯板上配套插銷裝置，以便與船舶舷外的固定銷孔連接，保證船舶的穩定性、安全性。按12.5 m的高度設置液壓油管吊架，可保證各類長度的油管均可被順利吊起[2]。

5 夯平施工定位系統組成

5.1 硬件

系統硬件的基本組成為GPS、激光測距儀、傾角傳感器、夯板測深儀、潮汐儀、串口服務器、工控機。

5.2 軟件

軟件的配置以各類硬件的運行特性為準，結合施工需求，合理配備軟件。依托VC++平臺開發測控軟件，基于Windows系統運行。

（2）創建并逐步完善參數數據庫，涵蓋的內容包含但不限于基準船位、傾角傳感器的標定系數等，在豐富數據庫的內容后，可根據需求及時查閱特定階段的作業情況，可作為后續質量分析的依據。

（3）創建定位參數數據庫，包含船體預定位坐標等相關信息。

（4）對接GPS接收機，以便及時讀取該裝置的數據，同時可讀取測控轉換箱等各類輔助裝置的數據，提高數據的完善性。

（5）根據前述分析可知，共配備3臺GPS，在匯總采集數據后，結合船體幾何參數，展開幾何參數計算，可確定振動錘所處懸吊位置的具體坐標，判斷其位置情；以數字顯示的方式呈現實測坐標以及其與設計坐標的差值；生成圖形，直觀顯示船體所處的位置。

（6）展開船體縱傾、橫搖角及船方位角的計算，呈現具體結果。

（7）生成夯實坐標記錄表，并將其完整保存，后續可根據需求及時調取。

（8）系統調試和定位過程中，均可呈現各子系統的實測數據，為各類設備工作狀態的判斷提供依據，可打印系統中的各項監測內容，若存在異常之處，工作人員可根據實際情況采取處理措施，切實解決問題[3]。

6 軟件使用流程

軟件的使用流程如圖1所示。

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圖1 軟件使用流程

6.1 步驟

（1）建立樁位：以設計要求為準，導入預定樁位信息。

（2）設定船體參數：包含儀器改正值、儀器應急值、平滑次數等。

（3）設定坐標參數：選擇具有可行性的坐標轉換參數，設定投影參數、橢球參數等。

（4）串口：設置并打開串口。

（5）樁位設置：根據施工需求選擇目標樁位信息，將其完整導入軟件內。

6.2 優勢

（1）采用VC++平臺，其具有功能豐富、穩定可靠的特點，開發的軟件可更好滿足日常使用需求，可在既有基礎上進行升級操作。

（2）兼容性強，可連接市面上各類主流的GNSS接收機等相關裝置，解決了受接收機類型限制的問題。

（3）可拓展性強，在Win7、Win8、Win10系統中均具有適用性。

（4）可提供豐富的內校核功能，系統能夠精準識別錯誤信息，及時做出響應，以便相關員工可根據呈現的信息及時發現問題，采取針對性的處理措施。

（5）定位精度高，在浪涌環境中可擁有較強的定位精度，平面誤差可在4 cm以內，高程誤差可在10 cm以內。

（6）可對接多個指定的PAD終端，可將移動船的相關數據輸出至指定的PAD終端，信息的溝通效率較高。

7 結語

綜上所述，通過對夯平船工作原理的探究及改進，形成軟硬件相配套的完整系統，可為海底隧道沉管基礎的夯平作業提供可靠的支持，達到筑安全、保質量、提效率、增效益的效果。

（1）液壓振動錘的夯實效率較高，可達到普通重錘夯實效率的5倍，有助于提高施工效率。

（2）在普通夯錘的使用過程中，易發生倒錘等問題，液壓振動錘的運行穩定，高差達到1 m時可以有效夯平，正常情況下夯后高差可控制在20 cm以內。

（3）通過潮位補償技術等配套技術的綜合應用，有助于提高夯平船的自動化水平。

（4）通過軟件和硬件相結合，可以軟件為驅動，帶動硬件的運行，提升夯實工作效率。