液压震动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，辽宁大连 116000）

液压震动式夯平船兼具运行稳定、保养便捷等特性，以特殊耐磨钢为材料制作震动板，内置减震装置，可确保设备平稳运行。

1 工程概况

工程沉管基槽基础换填及夯平段起讫里程K2+084～K2+951，总长867 m，含E8～E13管节。施工现场的水深约30 m，换填基槽区域的基础厚0.19～6.41 m，换填基础底宽37.4 m。沉管基础换填施工使用材料为重量10～100 kg的块石，换填方量99 162.68 m3，夯平面积60 706.35 m2。

2 液压震动式夯平船的改造

技术人员以工程建设需求为准，组织夯平船的改造工作，涉及船舶的改造、硬件设施的配套等内容。经夯平船创新改造后，使其可在大连湾海底隧道工程中取得有效应用。根据实际建设条件可知，沉管基槽中间软土层与两端基岩层的平顺过渡是工程的重难点内容，为解决软土层地基易失稳的问题，应采取基础换填和夯平措施。

传统方式中，以50 t履带吊和Ф1.2 m夯锤（吊重5 t）为主要施工设备，其运行效率偏低，经夯平处理后软基的密实度易偏离设计要求。为提高施工质量，经多方探讨后，提出液压锤夯实的方法，借助液压锤提供的激振力，使施工现场的块石基床转为平整、稳定的状态，确保基床顶面可满足平整度的要求。

（1）全面落实基础设计工作，即船舶改造的稳定性验算、夯平行车结构的设计、夯板结构的设计等，以便为后续工作的开展提供参考。

（2）以前述的设计资料为准，组织设备的加工、制造等相关工作。

（3）在船舶上有序将轨道、夯平行车等相关设备安装到位，根据硬件设施开发软件，包含船舶定位系统的创建、夯板水平度检测技术的应用等。

（4）为系统配套电源，连接软件与硬件，共同组成完整的体系。

（5）发现问题并及时处理。

3 系统基本工作原理

为满足定位要求，在船体钢轨道梁两端配套3个GPS接收天线，以RTK方式工作，夯平船运行期间应实时监测各接收天线的大地坐标，测定船体的摇晃幅度及相对位置。以所得的数据为准，由软件系统处理，以直观的方式呈现船体的空间姿态。配套夯板测深仪可测定夯板高程值，可作为日常工作的参考依据[1]。

施工期间，系统可自动监测，以便掌握振动锤的悬吊位置（以坐标的方式呈现）、船舶的方位角等信息，采集的数据及绘制的图形可通过计算机屏幕直观显示，供工作人员分析与管控，人机交互效果较好。

在确定夯实标高的监测结果后，结合海底地形勘察结果，综合分析后定点、定量抛石，后续可利用声学设备展开监测，以确定夯实后的标高及平整度，将其与设计要求对比，判断是否满足要求。

4 液压震动夯平系统的基本结构

液压震动夯平系统集多类装置于一体，即“C”形轨道、夯平小车、行走机构、液压系统、液压振动锤、升降机构（具体包含两部分，分别服务于震动锤和液压油管）、夯板、定位及控制系统。

“C”形轨道为基础装置，其稳定安装在船舶甲板处，在轨道两端分别配备卷扬机（各1台），提供牵引力带动夯平小车沿铺设好的轨道行走。GPS布置在船舶甲板处共3套，考虑到信号干扰问题，将其设置在高度6.5 m的钢架上，确保其高出各类甲板建筑物，以免遮挡。监测控制系统布设在甲板的操作室内，以便工作人员及时管理。

“C”形轨道由钢板制作，并与母船甲板焊接于一体，以保证夯平小车可在轨道上稳定运行。在夯平小车的滑动横梁上设置滑块（底部、顶部及外侧三个区域），增添适量的润滑脂，可减小摩擦力，使夯平小车的运行具有顺畅性。为保证船舶防台的稳定性，在夯锤组底层的夯板处焊接4个吊点（布设在夯板的四个角），在悬梁吊架上垂吊4根钢丝绳，将其与吊点连接；在夯板上配套插销装置，以便与船舶舷外的固定销孔连接，保证船舶的稳定性、安全性。按12.5 m的高度设置液压油管吊架，可保证各类长度的油管均可被顺利吊起[2]。

5 夯平施工定位系统组成

5.1 硬件

系统硬件的基本组成为GPS、激光测距仪、倾角传感器、夯板测深仪、潮汐仪、串口服务器、工控机。

5.2 软件

软件的配置以各类硬件的运行特性为准，结合施工需求，合理配备软件。依托VC++平台开发测控软件，基于Windows系统运行。

（2）创建并逐步完善参数数据库，涵盖的内容包含但不限于基准船位、倾角传感器的标定系数等，在丰富数据库的内容后，可根据需求及时查阅特定阶段的作业情况，可作为后续质量分析的依据。

（3）创建定位参数数据库，包含船体预定位坐标等相关信息。

（4）对接GPS接收机，以便及时读取该装置的数据，同时可读取测控转换箱等各类辅助装置的数据，提高数据的完善性。

（5）根据前述分析可知，共配备3台GPS，在汇总采集数据后，结合船体几何参数，展开几何参数计算，可确定振动锤所处悬吊位置的具体坐标，判断其位置情；以数字显示的方式呈现实测坐标以及其与设计坐标的差值；生成图形，直观显示船体所处的位置。

（6）展开船体纵倾、横摇角及船方位角的计算，呈现具体结果。

（7）生成夯实坐标记录表，并将其完整保存，后续可根据需求及时调取。

（8）系统调试和定位过程中，均可呈现各子系统的实测数据，为各类设备工作状态的判断提供依据，可打印系统中的各项监测内容，若存在异常之处，工作人员可根据实际情况采取处理措施，切实解决问题[3]。

6 软件使用流程

软件的使用流程如图1所示。

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图1 软件使用流程

6.1 步骤

（1）建立桩位：以设计要求为准，导入预定桩位信息。

（2）设定船体参数：包含仪器改正值、仪器应急值、平滑次数等。

（3）设定坐标参数：选择具有可行性的坐标转换参数，设定投影参数、椭球参数等。

（4）串口：设置并打开串口。

（5）桩位设置：根据施工需求选择目标桩位信息，将其完整导入软件内。

6.2 优势

（1）采用VC++平台，其具有功能丰富、稳定可靠的特点，开发的软件可更好满足日常使用需求，可在既有基础上进行升级操作。

（2）兼容性强，可连接市面上各类主流的GNSS接收机等相关装置，解决了受接收机类型限制的问题。

（3）可拓展性强，在Win7、Win8、Win10系统中均具有适用性。

（4）可提供丰富的内校核功能，系统能够精准识别错误信息，及时做出响应，以便相关员工可根据呈现的信息及时发现问题，采取针对性的处理措施。

（5）定位精度高，在浪涌环境中可拥有较强的定位精度，平面误差可在4 cm以内，高程误差可在10 cm以内。

（6）可对接多个指定的PAD终端，可将移动船的相关数据输出至指定的PAD终端，信息的沟通效率较高。

7 结语

综上所述，通过对夯平船工作原理的探究及改进，形成软硬件相配套的完整系统，可为海底隧道沉管基础的夯平作业提供可靠的支持，达到筑安全、保质量、提效率、增效益的效果。

（1）液压振动锤的夯实效率较高，可达到普通重锤夯实效率的5倍，有助于提高施工效率。

（2）在普通夯锤的使用过程中，易发生倒锤等问题，液压振动锤的运行稳定，高差达到1 m时可以有效夯平，正常情况下夯后高差可控制在20 cm以内。

（3）通过潮位补偿技术等配套技术的综合应用，有助于提高夯平船的自动化水平。

（4）通过软件和硬件相结合，可以软件为驱动，带动硬件的运行，提升夯实工作效率。