沉箱安装调平测量监控技术及改进措施

王 磊

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

沉箱码头工程量较大，通常在预制场内由专业人员预制成型，通过半潜驳转运至现场后安装到位。沉箱下沉期间处于漂浮状态，所在处的风浪、潮流等均会对其造成影响，因此表现出不定周期性起伏，明显加大沉箱安装难度，若施工期间的测量监控工作不到位，将导致沉箱安装失败，造成严重损失。

1 工程概况

深圳港宝安综合港区一期工程建设于深圳市西部南头半岛西侧，码头总面积27.4 万平方米，码头岸线548.7 m，其中北围堰AK1+300～AK1+619 段码头和南围堰BK1+078～BK1+550 段码头均采取沉箱直立式围堤结构，沉箱总量共计94 件，型号为CX1。

2 沉箱安装调平测量监控技术

2.1 现阶段的监控方法

沉箱安装包含的施工工序较多，应按照特定的流程有序施工作业，如试吊、出运、正式安装等。施工之前由技术部会同质检部等共同做好交底工作，使各参与方掌握施工目标、可行施工方法以及注意事项等[1，2]。安装作业对海况的要求较高，只有在风力不超过6 级同时浪高不超过2.5 m 时才具备施工条件。结束沉箱的安装作业后给予1～2 d 的静置时间，再次检测位置情况，若沉箱安装存在偏差则要灵活调整。确保沉箱无误后观测其沉降以及位移情况。

沉箱安装的具体工序为：施工现场准备→方驳、起重船抛锚定位→沉箱挂吊具→起重船吊沉箱至方驳→解除吊具→沉箱运至现场安装点，起重船定位→挂吊具、起吊沉箱→测量定位→沉箱安装→安装合格后解除吊具。

2.2 沉箱安装期间的问题

沉箱安装前的各项操作都要依据规范落实到位，其中以沉箱的调平至关重要，具体考虑的是纵向水平与横向倾斜度两方面的要求，只有在确保沉箱调平到位后，才可以顺利完成安装作业，以免坐落在基床时出现偏位现象。现阶段，水位标尺目测法与GPS 实测法是行业内较为主流的方法。

1）水位标尺目测法

水位标尺目测法的关键在于将水位标尺绘制在沉箱外壁处，待沉箱安装到位后用于检测各角点的吃水深度情况，以实际情况为准调整沉箱的倾斜度。伴随沉箱的持续下沉，在尚未到位前其始终处于漂浮状态，期间沉箱四角的吃水深度并非完全一致，波动幅度通常达到50 cm 甚至更多。技术人员难以同时观测到读数，导致观测数据的时效性偏差，更倾向于通过技术人员的直观经验给出判断，此工作方式将导致沉箱的倾斜度难以得到有效的控制[1]。

2）GPS 实测法

随沉箱的逐步下沉，当其与基床面相距达到30～50 cm 时，及时将各个进水阀关闭，安排专业人员通过手持GPS 的方法检测沉箱的角点标高，以所得结果为依据调整沉箱的位置。

GPS 实测法的精度相对较高，但也存在局限之处：

①沉箱下放过程中始终处于漂浮状态，导致各角点的标高发生持续性的变化，测量人员只能通过自身经验给出判断，以便确定沉箱角点标高，所得结果掺杂大量主观因素；②测量期间沉箱发生不同程度的移动，导致立杆难以维持竖直的状态，所得结果的准确性不足；③通常GPS 的数量最多为2 台，难以实现全方位的测量，因此各角点读数的时效性相对较差，期间存在明显的偶然误差，极容易出现误判调平现象；④测量人员的工作量较大，通常需持续2 h 的连续作业，长时间工作对人员的身体素质提出较高要求，所得结果易出现误差。

3 改进措施

沉箱安装与调平期间都必须做好测量监控作业，针对上述所提的问题，此处提出水平管法，以期提高测量监控的精度。

沉箱调平期间的影响因素较多，主要体现在两方面：1）沉箱为漂浮状态，此过程中各角点的标高存在差异，发生持续性的变动；2）各角点的测量缺乏同步性，彼此间存在较大的间隔周期，同期数据可比性较差。对此，此处提出水平管法，其在保证测量控制精度的同时还可提高效率[2]。

3.1 水平管法工作原理

海水的运动缺乏规律性，导致沉箱的运动情况极为复杂，引入水平管法后可更为有效地检测各角点的高差情况，具体采用如下假设：①1 个周期内，沉箱各角点的竖向运动幅度具有一致性；②沉箱存在重心轴，其在1 个周期内为振动运动；③水平管内共同存在液体与气体，两者不具备相互溶解的条件，其不可压缩。若沉箱两端存在高差现象，此时在水柱发生变化时气泡也随之移动，管内液体与气体不具有可压缩性，因此可以确定气泡的移动距离，即达到实际高差的1/2。若沉箱漂浮，此时可以重点选取1 个周期展开观测，确定居中气泡的极值。

若沉箱角点A 为最高位（对应的B 点为最低位），将此时的读数设为x；反之，若A 点为最低位，此时读数设为y，两点的高差则具有如下关系：ΔH=2（x-y）。根据此公式，在ΔH ＜0 时，则A 点低；若ΔH ＞0，此条件下则为B 点低。

3.2 水平管法的具体操作流程

1）预制成型后全面检查各角点的标高，此举的目的在于对水平管气泡的实际情况有初步的掌握，即确定初始偏移量。此外，配备一根带有居中气泡的长水平管，将其安装到沉箱的顶部，两端高出沉箱顶面的部分约1.5 m。

2）再次检验居中气泡的位置，分析其是否设置在重心轴上，若预制期间角点出现偏差，此时需增加适量的偏移值，通过固定措施以便维持水平管的稳定性。

3）沉箱安装到位后检查气泡的运动情况，并根据上述给出的公式求得角点高差，视实际情况灵活调整水阀进水量，最终完成沉箱的调平作业。需注意的是，沉箱调平期间气泡具有特定的运行规律，将沿理论中轴刻度发生持续性的往返运动，直至坐底。

3.3 水平管法优缺点分析

通过水平管法的应用可减小人为误差，只需确定一次差值读数，相比于常规方法而言误差累计值得到有效的控制，提高了观测的便捷性，也更有助于现场控制。当然，水平管法具有优点的同时也存在不足之处：

优点：观测便捷性大幅提高，误差累计值相对较小；无需投入过多的测量人员，可减少人为误差的影响，相比于单点测量而言，此处的误差可缩减至该法的1/2；人员的工作量随之减轻，效率得以提高；检测所需的成本相对较低，表现出可观的经济效益。

缺点：沉箱出运要求高，即必须做好全面的准备工作，否则将对测量结果的精确性造成不良影响。

4 沉箱安装施工中检测方法

本工程中的沉箱安装难度较大，为确保沉箱安装质量，提出精确的要求，具体内容见表1。

表1 宝安港测量技术要求表

除上述要求外，轴线的检查也至关重要，以经纬仪为主要设备，方式为墩式，从纵、横2 个方向分别检测，允许偏差150 mm；要求临水面与施工准线的偏差不超过50 mm，可采取岸壁式检测方法，以经纬仪和钢尺为主要工具，检验前沿两角顶部；对于临水面错台检测工作，允许偏差为岸壁式50 mm、墩式100 mm，所用工具为钢尺；在检测接缝宽度时，此处的允许偏差要求为岸壁式30 mm、墩式50 mm，具体采取的是使用钢尺测量顶部的方式；最后在检测竖向倾斜情况时，则要确保偏差在H/250 mm 以内，具体采取墩式方法或以钢尺为检测工具。

上述所提的H 为沉箱高度（mm），砌缝宽度反映的是实测值与设计平均缝宽的差值；接缝的最大缝宽根据沉箱的高度而确定，沉箱高度≤10 m 时，为80 mm；沉箱高度＞10 m 时，为8H/1000。

5 结语

沉箱安装是港口码头建设领域的重要施工内容，安装期间的测量监控至关重要，在保证测量精度的情况下，才能够将沉箱安装到位，以免沉箱坐底时出现偏位现象。作为施工单位，则为根据实际情况合理选择测量监控方法，提高操作规范性，从而减小测量误差。