透空式半圆体高精度全天候安装施工关键技术

宋永华

（中交三航局第二工程有限公司，上海200122）

关键字：海洋生态保护修复；透空式半圆体；弧线段；高精度；半圆体安装

引言

作为上海首个海洋生态保护修复项目，上海临港滨海海洋生态保护修复项目全长17.05 km，以“一带三点”方案进行海岸带生态保护与修复建设。由上海友为设计有限公司设计的透空式半圆体，它具有复杂的立体空间结构，适合牡蛎固着，能为牡蛎及其他重要的底栖生物等提供栖息地，利于其个体繁殖、生长和发育，每个重量达到12 t（图1）。

图1 透空式半圆体Fig.1 Transparent semi-circular body

半圆体作为常用预制构件，已经在长江口航道整治建筑物中广泛应用，类似工程中半圆体平面布置多是“一”字型，“Y”字型。常规安装方式是以前一个半圆体为依托安装下一个，在安装时每个半圆体的角度一样，通过控制轴线进行测量定位[1]。本工程施工区域滩面较高，礁体形状各异，透空式半圆体需要逐个调整扭角[2]，常规的安装技术已无法满足现场施工的要求，需要进一步的优化创新安装工艺，以解决随之凸现的新难点、新问题。

1 工程概况及特点

上海临港滨海海洋生态保护修复项目位于上海市浦东新区东南的临港岸段。项目向陆一侧是已建成的世纪塘和港城大堤两个堤段。本项目实施内容包括堤外海滩保护与修复、潮间带生物多样性修复、科普管护设施配套、海岸带生态环境跟踪监测，打造蓝色滨海空间、绿色生态空间与亲海近海空间相融共生的滨海湿地生态廊道。

低滩牡蛎礁位于±0.0 m～-0.3 m 海域区域；本工程采用砼联锁块软体排进行护底，其上为袋装碎石垫层、抛石基床，透空式半圆体安装于整平的基床之上。牡蛎礁形式为椭圆形弧形岛式（图2），弧线段对半圆体的安装精度要求较高，透空式半圆体需要逐个调整扭角，起重船可作业时间短，海陆均不适宜传统测量仪器架站，如何高精度全天候施工作业，必须根据工程的现场施工条件及自身结构特点来确定半圆体的安装工艺。

图2 工程效果图Fig.2 Oyster Reef rendering

2 自然条件

本工程位于上海的东南角，受涨落潮影响，潮差较大，且会受到台风侵袭。一般出现在汛期的夏季和秋季，台风侵袭上海时，一般都伴有大风、暴雨，易造成叠加影响。

本工程区域海域为强潮海区，最大涨落潮流速分别为2.45 m/s 和2.67 m/s，落潮大于涨潮。

该区域内各土层分布较有规律,在勘察深度范围内自上而下主要有:淤泥、砂质粉土层、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土混砂。

3 安装施工工艺流程

透空式半圆体吊装主要施工工艺流程为：

半圆体预制→码头落驳→运输船自航至起重船靠泊→专用夹具起吊半圆体并下放至抛石基床 5 cm→小型卷扬机牵拉微调半圆体至安装角度→半圆体坐底→专用夹具摘钩[3-4]。

4 施工工艺关键技术

4.1 半圆体预制

半圆体采用直立式预制，钢筋经检验合格后，在钢筋加工场根据设计图纸下料，进行钢筋配料、弯曲、切断、焊接等加工工序。钢筋采用现场绑扎，保证预留孔位置准确，绑扎符合设计要求，固定牢固，保护层垫块采用标准模具专业生产[5]。

砼生产采用拌合站集中搅拌，砼罐车运输，泵送入模，一次浇筑成型；使用插入式振捣棒，分层布料，严控自由下料高度避免发生砼离析[6]。

半圆体砼浇筑完成后，采用高温蒸汽养护方法，蒸养时间为3 d，根据现场测定，蒸养3 d 强度可达到设计强度的70 %，可大大节省场地占用时间，单个半圆体从占用场地7 d 压缩至3 d，场地周转率大大提高。

4.2 半圆体出运

半圆体达到设计强度的70 %时，将转运堆放至预制厂内的临时堆存区，两层堆放，出运时由临时堆存区装运到靠泊在码头的平板驳上[7]。

本工程半圆体均为水上运输到场，在预制厂码头完成装驳，装驳前需将半圆体由直立式翻转至俯卧式。为提高半圆体翻转速率，能够尽快完成装驳，根据半圆体几何对称的特点，本项目定制了专用翻转机，可快速进行翻转。

4.3 起重船参数确定

为确保全天候安装，在低潮船舶搁浅时也能继续安装，起重船吊装半圆体吊距需要32 m 左右。根据现场情况，采用100 t 全回转起重船东福818吊装半圆体，该船为双钩，半圆体吊孔位于拱圈两侧，选择臂架角度45 °～60 °进行吊装。

4.4 透空式半圆体夹具的确定

本工程位于南汇嘴，该地区水流形态复杂，潮流多变，潜水员水下作业十分困难，加上安装作业强度高，因此在吊点和吊具设计上还需方便半自动作业;在恶劣的工况条件下，不宜人工挂、摘钩，半自动化作业应实现水下自动脱钩，以提高作业的安全性。为确保高精度全天候吊装半圆体,经过多次试验最终确定了透空式半圆体专用夹具（图3），专用夹具的平面尺寸5.2 m×2.4 m，高度2.2 m。专用夹具主钢丝用于起吊透空式半圆体，副钢丝用于控制专用夹具的启闭。主钢丝采用4 根32 mm 的麻芯钢丝绳，单个钢丝绳单根长2 m，副钢丝采用2 跟 10 mm 的单个钢丝绳单根长3.4 m。

图3 透空式半圆体专用夹具脱钩原理Fig.3 Special fixture unhooking principle

图4 透空式半圆体专用夹具Fig.4 Special fixture for transparent semi-circular body

图5 透空式半圆体安装图Fig.5 Installation diagram of transparent semi-circular body

4.5 测量定位

牡蛎礁形式为椭圆弧形岛式，弧线段透空式半圆体的角度各不相同，海陆均不适宜传统测量仪器架站，GPS、RTK 定位技术相对于传统测量仪器而言，具有全天候、精度高、速度快、可实时定位等优点，通过岸上架设RTK 基准站，在起重船和定制夹具上安装GPS 接收仪，并在操控电脑上安装半圆体定位系统[8]，电脑显示屏即可实时显示起重船和待安装半圆体的实时坐标信息。

4.6 透空式半圆体安装方法

在ZWCAD 中，以牡蛎礁体的设计中轴线作为控制性多段线，先计算出第一个透空式半圆体的位置和扭角，使用“最小距离判别法”，以距前一个透空式半圆体外框线最小边间距为10 cm 作为算法判断指标，依次自动生成下一个透空式半圆体的位置和扭角，并对半圆体进行编号，导入透空式半圆体定位系统作为底图。

定位系统能计算出起重船船体的空间位置坐标，专用夹具上的定位系统计算出透空式半圆体的空间位置坐标，通过计算机软件数据处理，计算出透空式半圆体和起重船的空间坐标相对位置关系。操作人员监视屏幕，了解透空式半圆体的即时位置和与设计位置的相对关系，操纵起重设备，移动透空式半圆体到设计位置，并记录下透空式半圆体的最终位置坐标值。起重船通过夹具将半圆体起吊逐个进行安装，一个区域完成后，由起重船松紧锚缆进行移位，再进行下一个断面区域安装施工[9]。

4.7 半圆体安装后测量

通过随机选取安装后的10 个半圆体轴线、相邻半圆体内边线间距，顶面标高进行测量，与半圆体的理论位置相比较，所有半圆体安装位置均符合设计要求。

表1 半圆体安装后测量Tab.1 Measurement after installation of semi-circular body

5 结语

1）结合上海临港滨海海洋生态保护修复项 目，从透空式半圆体的制作、翻转、现场定位安装三个环节着手进行重点阐述，形成透空式半圆体成套施工技术。通过和长江口深水航道整治工程直线形导堤半圆体施工技术的对比,对本工程选用的测量定位方法——“弧形成礁，圆形成泡”进行分析总结。牡蛎礁群和湿地泡半圆体需要预先绘制好定位底图，通过定位软件和GPS 的整合，将每个半圆体安放至底图预定“位置”，并不像以往直线形导堤通过控制轴线进行测量定位；

2）半圆体安装通过小型卷扬机的配合,使半圆体在起吊过程中可进行角度微调，解决了牡蛎礁透空式半圆体弧线段对安装角度的要求，提高了安装精度，简化了施工工序，提高了工作效率；

3）利用定位系统，电脑即可显示起重船和待安装半圆体的实时坐标信息，实际应用结果表明，该方法能够满足安装设计要求和现行规范规定；

4）本工艺适用于在海洋生态保护修复项目高滩高基床之上进行弧线段及其他非直线段半圆体的安装，对于提高常规半圆体的安装精度和工效，亦有参考作用。