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；
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。
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