倾斜较大钢圆筒中超长塑料排水板的测量放样计算

沈永兴，张奎

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

倾斜较大钢圆筒中超长塑料排水板的测量放样计算

沈永兴，张奎

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

针对钢圆筒打设发生较大倾斜，给钢圆筒内打设超长塑料排水板带来困难的实际情况，论述了钢圆筒倾斜度的测量方法以及钢圆筒内塑料排水板最大可打设区域的计算方法，较好地解决了工程难题。

钢圆筒；倾斜；塑料排水板；测量；放样

1 工程概况

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，岛隧段工程包括联接海底沉管隧道的东、西两座人工岛，其中东人工岛平面基本呈椭圆形，从人工岛挡浪墙外边线计算，人工岛东西向长625m，南北横向最宽处约215 m，工程处天然水深的泥面标高约-10.0m，人工岛顶面交工标高为4.26m。

岛体形成时先打设59个直径22 m，高度40.5～50.5m的钢圆筒及59对高度32m的副格板桩形成围护结构，然后在钢圆筒、副格仓内及圆筒围护区域内回填中粗砂。

钢圆筒及副格施工完成后，需要打设塑料排水板，回填砂至+5 m标高，降水至 -16 m，使回填砂浮容重变为干容重，实现大超载比预压，加快软土地基固结[1]。

圆筒上打设塑料排水板在+2.5 m标高上施工，塑料排水板底标高-39.0 m，顶标高+2.5 m，打设长度41.5m，东人工岛典型断面图见图1。

由于东人工岛施工区域地质条件复杂，导致个别钢圆筒振沉困难，垂直度较难控制，即钢圆筒倾斜度较大。钢圆筒内填砂至+2.5m后，在此标高上打设塑料排水板，会出现部分塑料排水板打不到设计底标高，打设套管与钢圆筒壁相碰的情况，严重时会导致打设塑料排水板的设备损坏，如图2所示。

因此，准确测量计算出钢圆筒的倾斜度和倾斜方向非常必要，根据测量计算结果，在+2.5 m标高上放样可打塑料排水板区域，避免出现上述不利情况。

图1 东人工岛横断面图Fig.1 Cross section of east island

图2 在倾斜钢圆筒上打设塑料排水板Fig.2 Construct p lastic drainage p latew ithin the inclinedsteelcylinder

2 钢圆筒的倾斜度测定

2.1 钢圆筒振沉验收标准

设计文件中，对钢圆筒的验收测量要求在钢圆筒内回填砂完成后进行，钢圆筒振沉验收标准如表1所示[2-3]。

表1 钢圆筒振沉验收标准Table1 Acceptance criteria of steelcylinder vibration sinking

2.2 钢圆筒倾斜度的测量计算

2.2.1 计算方法

如图3所示，在空间直角坐标系下，测出倾斜钢圆筒顶面任意三点A、B、C的坐标，得到矢量，其向量积，矢量垂直于钢圆筒顶面ABC，即与钢圆筒的轴线是相互平行的，只要求出矢量与z轴的夹角及在平面xoy上的投影位置，即可知钢圆筒的倾斜度及倾斜方向[4]。

图3 钢圆筒倾斜度计算模型Fig.3 Calculationmodelof the inclination of steelcylinder

2.2.2 钢圆筒振沉后的原始测量数据

本次计算以倾斜度较大的D50号钢圆筒为例，D50号钢圆筒的相关测点编号及坐标系如图4所示。

原始测量数据见表2，坐标系为隧道工程坐标系，标高零点为85国家高程零点。

图4 D50号钢圆筒的测点编号Fig.4 M easuring point number of D50 steel cylinder

表2 D50号钢圆筒测量原始数据Table 2 Initialmeasurement data of D50 steel cy linder

2.2.3 D50号钢圆筒倾斜度及倾斜方向计算

1）坐标变换

计算过程只要取3个点，理论上可以任意选取，现选择2号、3号和4号榫槽的测点进行计算，将平面坐标系平移至2号榫槽点位，将x轴与y轴互换，建立z轴，方向垂直于水平面向上，坐标系如图5所示。

图5 坐标系转换示意图Fig.5 Schematic diagram of coordinate system transformation

设2号榫槽顶为A点，3号榫槽顶为B点，4号榫槽顶为C点。

坐标变换后，A点为坐标原点，其坐标为（0，0，0），各点转换后的坐标见表3。

表3 计算点坐标Table3 Coordinatesofpoints

2）D50号钢圆筒倾斜度计算0.997，可得D50号钢圆筒的倾斜度为1∶12.88，约等于1∶13。

3）D50号钢圆筒倾斜方向计算

由图3可知：

可求出：y为负，则可得出D50号钢圆筒向岛侧方向倾斜，如图6所示。

图6 D50号钢圆筒的倾向示意图Fig.6 Inclined d irection of D50 steel cy linder

3 钢圆筒内塑料排水板施打范围的确定

倾斜的钢圆筒与水平面的截面为一椭圆，根据计算出的倾斜度，可得到椭圆的长、短轴，其长轴等于22m/cosα=22m/0.997=22.066m，短轴即竖直钢圆筒的直径22 m，塑料排水板在+2.5 m标高上的可打深度及平面如图7所示。

只要在+2.5 m标高平面上放出-39.0 m标高的椭圆面，两椭圆重叠的区域即钢圆筒内塑料排水板可打区域。对于D50号钢圆筒，其可打区域面积约为310 m2，比垂直的钢圆筒可打面积380 m2减少约70m2。

图7 倾斜钢圆筒上塑排可打区域示意图Fig.7 The construction scopeofplastic drainage platewithin the inclined steelcylinder

4 结语

受地质条件的影响，钢圆筒打设过程中发生倾斜不可避免。当倾斜较大时，正确确定钢圆筒内塑料排水板最大可打设区域，对于提高地基加固质量，避免塑料排水板打设机与钢圆筒碰壁造成损坏是十分重要的。随着科学技术的发展，测量仪器及设备越来越先进，要根据现场情况，利用数学知识和测量技术，化解工程难题。

[1]张丽珍，刘海欣.港珠澳大桥岛隧工程大圆筒结构边坡稳定分析[J].中国港湾建设，2015，35（6）：9-13. ZHANG Li-zhen,LIU Hai-xin.Slope stability analysis of steel cylinder structure for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project[J].China Harbour Engineering,2015,35(6):9-13.

[2]港珠澳大桥管理局.港珠澳大桥施工及质量验收标准[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria forHongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S]. 2013.

[3]中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程岛隧工程施工图设计：东人工岛岛体结构[R].2011. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:structureofeast island[R].2011.

[4]同济大学数学系.高等数学[M].6版.上海：高等教育出版社，2007. Department ofmathematics,Tongji University.Advanced Mathematics[M].6th ed.Shanghai:Higher Education Press,2007.

M easure lofting calculation of ultra long p lastic drainage p late in highly inclined steel cylinder

SHENYong-xing,ZHANG kui
（No.2Eng.Co.,Ltd.ofCCCCThird HarborEngineering Co.,Ltd.,Shanghai200122,China）

The construction ofsteel cylinder caused high inclined,which broughtdifficulties for setting up an ultra long plastic drainage plate within the steel cylinder.We discussed the measuring method for the inclination of steel cylinder,and the calculating method for the maximum construction scope of plastic drainage plate within the inclined steel cylinder,the construction problems can be resolved effectively.

steel cylinder;incline;plastic drainage plate;measure;lofting

U655.541；U455.4

A

2095-7874（2015）11-0035-04

10.7640/zggw js201511010

2015-10-12

沈永兴（1984— ），男，江苏人，工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：94715142@qq.com