CN115369888A - 一种深水裸岩基坑成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种深水裸岩基坑成型方法,使用高分辨测量设备进行扫描测量,采用多层分开***,应用多种组合清渣设备清渣,精确确定清渣和整平复爆的位置,实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。该方法解决裸岩深埋基坑开凿的难题,避免了人工水下开凿岩层的工序,降低了施工风险;充分利用大型水上设备,缩短了施工工期,提高了开挖效率,保证了施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域,具体而言为一种深水裸岩基坑成型方法。
背景技术
随着城市发展,跨大河、海湾的特大型桥梁的日益增加,处于深水裸岩区的深埋基础承台基坑开挖成为相当棘手的问题。深水裸岩深埋承台指桥梁墩柱设计位于大江、湖泊、海洋等水体中,距离岸边1km以上,深水裸岩深埋承台顶部位于河床岩层内,需要开挖基坑方可施工承台。深水裸岩基坑指基坑位于岩层内,基坑底部到水面的距离超过20m。
由于岩层强度大,如果人工开凿,该方法必须先旋挖钻开槽安装挡水围堰,抽水进行无水开凿作业,施工作业极为繁琐,严重影响工期,且岩层裂隙涌水不可控,安全风险大。浅水地区(水深在10m以下)也有采用***清渣开挖方式,但普遍存在超爆严重,基坑不平整,水下测量不准确,水下清渣效率低下的问题,成本和质量不能保证,更不能应用于水深超过20m的基坑开挖。
因此,亟待出现一种深水裸岩基坑成型方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种深水裸岩基坑成型方法,解决现有技术中深埋裸岩基坑开凿困难、安全性差、水下清渣效率低、基坑成型质量差的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种深水裸岩基坑成型方法,使用高分辨测量设备进行扫描测量,采用多层分开***,应用多种组合清渣设备清渣,精确确定清渣和整平复爆的位置,实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。
本发明中,深水裸岩基坑指基坑位于岩层内,基坑底部到水面的距离超过20m。
上述方法,解决裸岩深埋基坑开凿的难题,充分利用大型水上设备,实现测得准、爆的平、清的干净,提高了开挖效率。
根据上述深水裸岩基坑成型方法,包括:
钻孔平台,所述钻孔平台浮于水上,所述钻孔平台能够通过定位***进行平台位置、方向定位,以及作业区域定位。所述钻孔平台通过锚拉***进行水面固定;所述钻孔平台还包括发电设备。进一步地,所述钻孔平台由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台,提供浮力。所述钻孔平台作为***组装和下放的工作平台。
定位***,所述定位***为GPS惯导定位***,惯导定位***带有液晶显示器,可显示平台方位、朝向,并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位;
锚拉***,所述锚拉***为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备,钻孔平台前后各4组。其中,当钻孔平台作业位置定位时,操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调。
发电设备,所述发电设备为柴油发电机。
钻机,所述钻机为潜孔钻机,用于在岩石中开凿细长的圆孔放置***。进一步地,所述潜孔钻机安装在钻孔平台侧面,由钻孔平台提供电源动力。其中,当所述潜孔钻机钻孔到指定深度时,投入***,破碎岩石。
空压机,所述空压机用于钻机钻进时清除孔内钻渣。
清渣设备,所述清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船。其中,抓斗船用于大块岩石的清渣,长臂挖机用于细渣的清渣;运渣船可通过开启仓底部合页,将岩石抛弃到指定位置。
测量设备,所述测量设备为多波束水下扫描***,可生成高精度水下河床地形图。
进一步地,所述测量设备还包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位***、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件;其中,显控软件为声呐工作控制软件,导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据。
进一步地,所述测量设备在测量船上组装调试。
进一步地,所述多波束水下扫描***的成果为高密度三维点云模型;所述高密度三维点云模型附带高程值,可测量基坑底的高程、平整度、面积、斜率等信息。
进一步地,清渣设备根据所述高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业。
根据上述深水裸岩基坑成型方法,包含以下步骤:
S1、绘制基坑成型作业规划图,导入定位***;
S2、钻孔平台移动到作业区域,钻机钻孔,钻孔到指定深度后,投入***破碎岩石;
S3、***后通过清渣设备进行破碎岩石清除;
S4、通过测量设备扫描水下基坑,对局部位置进行二次破碎清渣,直至满足设计要求。
进一步地,所述步骤S1还包括以下步骤:
S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量,以及分层破碎的高度;
S12、将钻孔孔位布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中;
S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台以及清渣设备的惯导定位***中。
进一步地,所述步骤S2还包括以下步骤:
S21、将钻机和锚拉***、定位***、发电设备固定于所述钻孔平台上;
S22、根据定位***的引导,通过锚拉***将清渣设备牵引至作业区域,对覆盖层进行清除;完成后清渣设备移开作业位置;
S23、根据定位***的引导,通过锚拉***将钻孔平台牵引至作业区域;
S24、通过锚拉***将作业平台微调至指定位置,抛锚固定;
S25、待钻孔平台固定后,钻机开始钻孔,钻孔过程中可接长钻杆,并用空压机排除钻渣;同时将乳化***包串联,安装点火引线;
S26、待钻孔深度达到要求后,投入***;
S27、通过锚拉***将钻孔平台牵引出作业区域,点火激活***;
S28、重复以上步骤,直到本层区域破碎完成。
进一步地,所述步骤S3还包括以下步骤:
S31、在设计的岩层破碎结束后,将所述钻孔平台移出;将装有定位***的清渣设备牵引至作业区域,按照分垄沟的方式进行清渣;
S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置;
S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置。
进一步地,所述步骤S4还包括以下步骤:
S41、通过所述扫描***对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量,绘制水底地形高分辨率三维模型;
S42、测量三维模型高程、平整度、面积,确定二次清渣位置,引导清渣设备局部整平;
S43、整平后复测,对仍不满足设计要求位置进行重复清渣,直到满足设计要求。
本发明的有益效果在于:
本发明通过多波束水下扫描仪,针对深水基坑底部进行高精度扫描,精确还原***实际情况,进而引导水上钻孔平台精准复爆,通过多层投放***的方式,多种组合式清渣设备,实现了水下基坑的快速开挖成型,缩短了施工工期,施工时间短;避免了人工水下开凿岩层的工序,降低了施工风险。
附图说明
图1为本发明深水基坑的成型方法中钻孔平台平面布置示意图。
图2为本发明深水基坑的成型方法的实施例中钻孔布置示意图。
图3为本发明深水基坑的成型方法的实施例中钻孔立面示意图。
图4为本发明深水基坑的成型方法的实施例中分垄沟清渣示意图。
图5为本发明深水基坑的成型方法的施工步骤。
图中:
1-钻孔平台;2-钻机;3-锚拉***;4-空压机;5-发电机;6-定位***;7-钻孔孔位;8-垄沟;9-覆盖层;10-板岩;A-平台中心线;B-平台边线;C-开挖基线;D-超宽线;E-搭接宽度;F-流向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示,本实施例提供一种深水裸岩基坑的成型方法,使用高分辨测量设备进行扫描测量,采用多层分开***,应用多种组合清渣设备清渣,精确确定清渣和整平复爆的位置,实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。
如图1所示,深水裸岩基坑的成型方法包括:钻孔平台1、钻机2、锚拉***3、空压机4、发电设备5、定位***6、清渣设备以及测量设备。
其中,钻孔平台1浮于水上,由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台,提供浮力。钻孔平台1能够通过定位***6进行平台位置、方向定位,以及作业区域定位。钻孔平台1通过锚拉***3进行水面固定;钻孔平台1还包括发电设备。钻孔平台1作为***组装和下放的工作平台。
钻机2为潜孔钻机,用于在岩石中开凿细长的圆孔放置***;当潜孔钻机钻孔到指定深度时,投入***,破碎岩石。钻机2安装在钻孔平台1侧面,共四个,由钻孔平台1提供电源动力;钻机2能够固定在钻孔平台1上向下钻孔。
锚拉***3为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备,钻孔平台前后各4组。锚拉***3设置于钻孔平台1的前后端头,锚拉***3能够向平台四个方向以成一定角度的霍尔锚将钻孔平台1固定,并同时通过向一侧绞锚实现钻孔平台的平移。其中,当钻孔平台1作业位置定位时,操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调。
空压机4用于钻机钻进时清除孔内钻渣。空压机4与钻机2连接,钻机钻孔时通入高压气体,使钻孔中的钻渣喷出。
发电设备5为以上所有设备供电;本实施例中,发电设备5为柴油发电机。
定位***6安装在平台中心线A上,引导指挥员发出绞锚指令。定位***6为GPS惯导定位***,惯导定位***带有液晶显示器,可显示驳船方位、朝向,并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位。
本实施例中的清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船;其中,抓斗船用于大块岩石的清渣,长臂挖机用于细渣的清渣;运渣船可通过开启仓底部合页,将岩石抛弃到指定位置。
本实施例中的测量设备为多波束水下扫描***,详细组件包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位***、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件;其中,显控软件为声呐工作控制软件,导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据。
本实施例中,测量设备8多波束测量设备成果为间距为25cm的高密度三维点云模型;高密度三维点云模型附带高程值,可测量基坑底的高程,平整度,面积,斜率等信息;清渣设备根据高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业;
钻机2按照图2所示的钻孔孔位7钻孔。
该实施例中,如图3所示,B为平台边线,附图标记9为覆盖层,附图标记10为板岩。
如图4所示,C为开挖基线,D为超宽线,E为每层开挖的搭接宽度。其中搭接宽度不小于1m。清渣设备按照垄沟8的规划逐块清渣。如完成DM1-DM2之间垄沟8的清渣后,继续对DM2-DM3之间垄沟8的清渣,直至清理完成。通过测量设备对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量,绘制水底地形高分辨率三维模型;测量三维模型高程、平整度、面积,确定二次清渣位置,引导清渣设备局部整平。
该实施例,通过钻孔平台上的钻孔破裂岩石,并通过高精度扫描三维模型,请准清渣整平,缩短了深水基坑的开凿施工工期,施工时间短;结构简单,施工成本低,适合推广应用。
如图5所示,上述深水基坑成型方法,包括以下步骤:
S1、绘制基坑成型钻孔孔位7作业规划图,导入定位***6;
S2、钻孔平台1移动到作业区域,钻机2钻孔,钻孔到指定深度后,投入***破碎岩石;
S3、破碎后通过清渣设备进行破碎岩石清除;
S4、通过测量设备8扫描水下基坑,对局部位置进行二次破碎清渣,直至满足设计要求。
进一步地,步骤S1还包括以下步骤:
S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量,以及分层破碎的高度;
S12、将钻孔孔位7的布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中;
S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台1以及清渣设备的惯导定位***6中。
进一步地,步骤S2还包括以下步骤:
S21、将钻机2和锚拉***3、定位设备6、发电设备5固定于所述钻孔平台1上;
S22、根据定位***6的引导,通过锚拉***3将清渣设备牵引至作业区域,对覆盖层9进行清除;完成后清渣设备移开作业位置。
S23、根据定位设备的引导,通过锚拉***3将钻孔平台1牵引至作业区域;
S24、通过锚拉***3将作业平台1微调至指定位置,抛锚固定;
S25、待钻孔平台1固定后,钻机2开始钻孔,钻孔过程中可接长钻杆,并用空压机4排除钻渣;同时将乳化***包串联,安装点火引线;
S26、待钻孔深度达到要求后,投入***;
S27、通过锚拉***3将钻孔平台1牵引出作业区域,点火激活***;
S28、重复以上步骤,直到本层区域破碎完成。
进一步地,步骤S3还包括以下步骤:
S31、在设计的岩层破碎结束后,将钻孔平台1移出;将装有定位***6的清渣设备牵引至作业区域,按照分垄沟8的方式进行清渣;
S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置。
S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置。
进一步地,步骤S4还包括以下步骤:
S41、通过所述的扫描***对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量,绘制水底地形高分辨率三维模型。
S42、测量三维模型高程、平整度、面积,确定二次清渣位置,引导清渣设备局部整平。
S42、整平后复测,对仍不满足设计要求位置进行重复清渣,直到满足设计要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的保护范围作任何形式上的限制。对本领域技术人员而言,可以根据工程实际进行优化选择。凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种深水裸岩基坑成型方法,所述深水裸岩基坑指基坑位于岩层内,基坑底部到水面的距离超过20m,其特征在于:
使用高分辨测量设备进行扫描测量,采用多层分开***,应用多种组合清渣设备清渣,精确确定清渣和整平复爆的位置,实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。
2.根据权利要求1所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
该方法包括:
钻孔平台(1),所述钻孔平台(1)浮于水上,所述钻孔平台(1)能够通过定位***(6)进行平台位置、方向定位,以及作业区域定位;所述钻孔平台(1)通过锚拉***(3)进行水面固定;所述钻孔平台(1)还包括发电设备(5);
定位***(6),所述定位***(6)为GPS惯导定位***,惯导定位***带有液晶显示器,可显示平台方位、朝向,并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位;
锚拉***(3),锚拉***(3)为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备,钻孔平台(1)前后各4组;其中,当钻孔平台(1)作业位置定位时,操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调;
钻机(2),用于在岩石中开凿细长的圆孔放置***;
空压机,所述空压机用于钻机钻进时清除孔内钻渣;
清渣设备,所述清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船;其中,抓斗船用于大块岩石的清渣,长臂挖机用于细渣的清渣;运渣船可通过开启仓底部合页,将岩石抛弃到指定位置;
测量设备,所述测量设备为多波束水下扫描***,可生成高精度水下河床地形图。
3.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述钻孔平台由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台,提供浮力;所述钻孔平台作为***组装和下放的工作平台。
4.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述发电设备为柴油发电机。
5.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述钻机(2)为潜孔钻机,所述潜孔钻机安装在钻孔平台侧面,由钻孔平台提供电源动力;当所述潜孔钻机钻孔到指定深度时,投入***,破碎岩石。
6.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述测量设备还包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位***、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件;
其中,显控软件为声呐工作控制软件,导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据;
所述测量设备在测量船上组装调试。
7.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述多波束水下扫描***的成果为高密度三维点云模型;所述高密度三维点云模型附带高程值,可测量基坑底的高程、平整度、面积、斜率信息。
8.根据权利要求7所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
清渣设备根据所述高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业。
9.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的深水裸岩基坑成型方法,包含以下步骤:
S1、绘制基坑成型作业规划图,导入定位***(6);
S2、钻孔平台(1)移动到作业区域,钻机(2)钻孔,钻孔到指定深度后,投入***破碎岩石;
S3、***后通过清渣设备进行破碎岩石清除;
S4、通过测量设备扫描水下基坑,对局部位置进行二次破碎清渣,直至满足设计要求。
10.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述步骤S1还包括以下步骤:
S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量,以及分层破碎的高度;
S12、将钻孔孔位(7)布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中;
S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台(1)以及清渣设备的惯导定位***中。
11.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述步骤S2还包括以下步骤:
S21、将钻机(2)和锚拉***(3)、定位***(6)、发电设备(5)固定于所述钻孔平台(1)上;
S22、根据定位***(6)的引导,通过锚拉***(3)将清渣设备牵引至作业区域,对覆盖层(9)进行清除;完成后清渣设备移开作业位置;
S23、根据定位***(6)的引导,通过锚拉***(3)将钻孔平台(1)牵引至作业区域;
S24、通过锚拉***(3)将作业平台(1)微调至指定位置,抛锚固定;
S25、待钻孔平台(1)固定后,钻机(2)开始钻孔,钻孔过程中可接长钻杆,并用空压机(4)排除钻渣;同时将乳化***包串联,安装点火引线;
S26、待钻孔深度达到要求后,投入***;
S27、通过锚拉***(3)将钻孔平台(1)牵引出作业区域,点火激活***;
S28、重复以上步骤,直到本层区域破碎完成。
12.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述步骤S3还包括以下步骤:
S31、在设计的岩层破碎结束后,将所述钻孔平台(1)移出;将装有定位***(6)的清渣设备牵引至作业区域,按照分垄沟(8)的方式进行清渣;
S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置;
S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上;清渣船满后,将岩渣抛弃到指定位置。
13.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法,其特征在于:
所述步骤S4还包括以下步骤:
S41、通过所述扫描***对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量,绘制水底地形高分辨率三维模型;
S42、测量三维模型高程、平整度、面积,确定二次清渣位置,引导清渣设备局部整平;
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