CN103924597B - 平台式抛石整平船及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整平船，公开了一种平台式抛石整平船及其施工方法，整平船包括：船体、分别设于船体上的第一GPS定位系统和操作室、设于船体中央的月池、横跨月池的整平导向机构、安装在整平导向机构上的抛石整平装置、以及石料输送机构。本发明船体稳定，施工效率和安全性较高，施工后的基床平面度高。且通过四根桩腿将整平船抬升离开海面/河面并进行超荷压载，保证整平船在施工过程中船体的稳定，在抛石整平过程中受波浪、水流、风等自然条件影响较小。通过抛石管顶部的第二GPS定位系统接收三维坐标数据并结合抛石管长度、抛石管倾斜角度及底部液压缸的行程进行碎石基床的标高控制，其测量精度控制精确。

Description

平台式抛石整平船及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种整平船，尤其涉及一种水底基床的平台式抛石整平船及其施工方法。

背景技术

海上(河内)沉管隧道基础的铺设整平施工中，沉管安装前需要在开挖好的基槽内进行抛石整平，然后将预制好的沉管浮至基床上部并进行沉放安装。

抛石基床用以置换原有软弱土层，以提高地基的承载能力，使得上部结构传来的荷载均匀地传至地基，以满足变形和稳定的要求，并充分利用其透水性，减小建筑物前后的水位差，避免渗流，以保护地基免受波浪和水流的淘刷。基床需要整平夯实，并保证其为一平面，要求为水平面或斜面。抛石整平船是水底碎石基床铺设整平的一种专用船舶。

目前的抛石整平船多采用漂浮在海面/河面上的整平船，在厄尔海峡沉管隧道施工中采用此抛石整平船，此整平船高程控制方法为：在岸上设置一个激光发射器，在抛石管上设置一个激光传感器用于接收激光信号，通过激光发射器的位置、激光传感器的位置、抛石管上激光传感器的安装位置、下料管的长度和抛石管底部液压缸的形成进行碎石基床的标高控制。此方法由于漂浮在海面/河面上船体受波浪影响较大和激光精度随距离的增大而降低的影响，此方法施工时要求波浪、流速及离岸局地都不能太大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的技术问题是如何减少抛石整平船在施工过程中船体受波浪、水流、风等自然条件的影响，以提高基床的平面度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种平台式抛石整平船，包括：船体；月池，所述月池设于所述船体中央；整平导向机构，所述整平导向机构横跨所述月池，用于实现抛石整平过程中的纵向和横向位移；抛石整平装置，所述抛石整平装置设于所述整平导向机构上，用于基床的抛石和整平；第一GPS定位系统，所述第一GPS定位系统安装在所述船体上，用于船体的定位；石料输送机构，所述石料输送机构为所述抛石整平装置输送石料；操作室，所述操作室供施工人员操作整平船。

其中，所述抛石整平装置包括抛石管，所述抛石管的顶部和底部分别设有第二GPS定位系统和整平头，所述抛石管安装在所述整平导向机构上；所述整平头用于基床刮平，所述第二GPS定位系统用于确认抛石管的平面位置和底标高。

其中，所述抛石管包括上下两个部分，上部为固定的主管，下部为可伸缩平衡管，所述平衡管与所述整平头连接。

其中，所述平衡管由设于所述抛石管上的多根液压缸驱动进行伸缩，多根所述液压缸均匀分布在所述平衡管上。

其中，所述整平头上设有声纳系统，所述声纳系统用于检测海底槽床和基床的标高。

其中，所述抛石管内设有用于检测料位高度的料位计。

其中，所述操作室内设有用于检测船体倾斜程度的倾斜计。

其中，所述整平导向机构包括行走大车和行走小车；所述行走大车横跨于所述月池，用于实现抛石整平过程中的纵向位移；所述抛石整平装置设于所述行走小车上，所述行走小车可移动地安装在所述行走大车上，用于实现抛石整平过程中的横向位移。

其中，所述行走小车上分别设有夹持机构、固定架和升降机构，所述夹持机构、固定架和升降机构分别用于实现对抛石整平装置的夹持、安装固定和升降驱动。

其中，所述行走大车和行走小车分别采用齿轮齿条驱动。

其中，所述行走大车的两端和行走小车的两端分别设有多个行走台车，每个行走台车由一部电机驱动。

其中，每个所述行走台车的两侧分别设有反滚轮。

其中，所述石料输送机构包括料斗和皮带输送机，所述料斗设于所述船体上，所述皮带输送机连接所述料斗和抛石整平装置，为所述抛石整平装置输料。

其中，所述船体上还有多个桩腿，所述桩腿与船体齿连接。

其中，所述桩腿设为四根，四根所述桩腿均匀设于所述船体上。

本发明还提供一种平台式抛石整平船的施工方法，包括以下步骤：

S1、拖轮将整平船拖至施工现场后，采用第一GPS定位系统实时显示船体形状和船体位置，根据整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将整平船定位；

S2、整平船定位完成后，下降桩腿至泥面通过打入压载水或对角压载法进行超荷载压载，待桩腿稳定不再下沉，将整平船抬升至施工高度；

S3、通过移动行走大、小车将抛石管移动至抛石整平起点位置，通过抛石管顶部的第二GPS定位系统确认抛石管底标高；

S4、石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经供料船皮带机抬升输送至整平船料斗，再经整平船皮带机输送至抛石管的进料口；

S5、通过移动行走大、小车开始进行碎石基床铺设整平作业，施工过程中通过抛石管内的液压缸驱动平衡管伸缩并结合抛石管顶部的第二GPS定位系统接收到的数据进行基床标高控制；

S6、通过设于整平头上的声纳系统进行碎石基床成型检测；

S7、根据检测结果基床定标高偏差如果超过精度要求，则采用整平头进行刮平处理。

(三)有益效果

本发明提供的一种平台式抛石整平船及其施工方法，采用GPS定位系统进行船体精确定位，抛石整平装置在整平导向机构的导向作用下实现基床的碎石铺设和整平，碎石铺设施工过程中船体稳定，施工效率和安全性较高，施工后的基床平面度高。进一步地，通过桩腿将整平船抬升离开海面/河面并进行超荷压载，加强了整平船在施工过程中船体的稳定性，在抛石整平过程中受波浪、水流、风等自然条件影响较小。

附图说明

图1为本发明平台式抛石整平船的俯视图；

科2为本发明平台式抛石整平船的左视图；

图3为图2中A处放大图；

图4为本发明中声纳系统的结构示意图。

图中：1、基床；2、船体；3、月池；41、抛石管；42、整平头；51、料斗；52、皮带输送机；6、桩腿；71、行走大车；72、行走小车；721、固定架；722、升降机构；81、标准声纳；82、铺设测量声纳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的平台式抛石整平船，其特征在于，包括：船体2、设于船体2上的第一GPS定位系统、操作室、设于船体2中央的月池3、横跨月池3的整平导向机构、安装在整平导向机构上的抛石整平装置、以及石料输送机构；第一GPS定位系统用于船体1的定位，整平导向机构用于实现抛石整平过程中的纵向和横向位移，抛石整平装置用于基床的抛石和整平，石料输送机构用于为抛石整平装置输送石料，操作室用于供施工人员操作整平船。船体1设为回字形。

在船体1上设有多根桩腿6，桩腿6与船体2齿连接，可实现桩腿的旋进和旋出。桩腿可为均匀设于船体1上的多根。本实施例在船体1优选为回字形，其四个角上分别设有一根桩腿，通过该四根桩腿将整平船抬升离开海面/河面并进行超荷压载，保证整平船在施工过程中船体的稳定，

整平导向机构包括行走大车71和行走小车72；行走大车71横跨于月池3，用于实现抛石整平过程中的纵向位移；行走小车72可移动地安装在行走大车71上，用于实现抛石整平过程中的横向位移；行走小车72上分别设有夹持机构、固定架721和升降机构722，该夹持机构、固定架721和升降机构722分别用于实现抛石整平装置的夹持、安装固定和升降，固定架用于安装整平。行走大车71和行走小车72分别采用齿轮齿条驱动，可确保抛石整平装置行车平稳。

行走大车71的两端分别设有多个行走台车，并在每个行走台车的两侧分别设有反滚轮，反滚轮的作用是限制行走台车的倾覆或跳动。本实施例中在行走大车71的两端分别设置有两个行走台车，每个行走台车由一部电机驱动，带动整个行走大车71移动。同理，在行走小车72的两端分别设有多个行走台车，并在每个行走台车的两侧分别设有反滚轮，反滚轮的作用是限制行走台车的倾覆或跳动。本实施例中在行走小车72的两端分别设置有两个行走台车，每个行走台车由一部电机驱动，带动整个行走小车72移动。

抛石整平装置包括抛石管41，抛石管41的顶部和底部分别设有第二GPS定位系统和整平头42，抛石管41安装在固定架721上，抛石管41上设有多段进料口，可为5-10段，优选为自上而下的8段进料口，整平头42用于基床刮平，第二GPS定位系统用于确认抛石管41的平面位置和底标高。如图3所示，抛石管升降机构722采用升降绞车，驱动抛石管41的升降。抛石管41的底部还设有倾斜传感器，对抛石管的倾斜程度进行测量，用于修正抛石管的位置和高度。

抛石管包括上下两部分，上部为固定的主管，下部为可伸缩的平衡管，平衡管与整平头42连接。平衡管由设于抛石管1上的多根液压缸驱动进行伸缩，多根液压缸均匀分布在平衡管上，同时作用调节平衡管的长度，以满足抛石整平的精度要求；并在每根液压缸上设有液压缸伸缩传感器，液压缸伸缩传感器用于精确测量液压缸的伸缩行程。液压缸的根数根据平衡头的尺寸而定，可设为三、四、五根。

采用第一GPS定位系统使得船体定位后，要进行声纳校准，声纳系统设置在整平头42上，该声纳系统用于检测海底槽床和基床标高，如图4所示，声纳系统包括标准声纳81和基床1的铺设测量声纳82，将标准声纳81的声纳音速调至一个合适的值，然后将基床1的铺设测量声纳82的音速调至与标准声纳81相同。由于声纳受水深、水温、盐分浓度等因素的影响使测量值产生误差，因此每次测量时需要进行校准。

通过第二GPS定位系统确认抛石管41的平面位置及底标高，并通过行走大车和行走小车将抛石管41定位于施工位置，在抛石管定位后，平衡管反复伸缩进行行程确认，确保液压缸伸缩长度能够满足一个船位铺设需要，由此，在一个船位的铺设过程中不用再升降抛石管了。

抛石管41内设有用于检测料位高度的料位计，该料位计可采用重锤式料位计。通过重锤测量将抛石管内料位高度控制在一定范围内，测量时需要停止输料后再采用重锤进行测量，其原因是避免重锤被下落的石料埋掉，提起重锤时损坏钢丝绳。铺设过程中，重锤可以以一定频率连续不断的测量抛石管内的料位高度。控制重锤的绞车的拉力不能过小，过小的话由于铺设速度快使得重锤有可能随着碎石铺入基床，使得重锤无法收回，应控制拉力保持重锤落至料面时停止。

操作室内设有用于检测船体倾斜程度的倾斜计，根据倾斜计所检测到的船体2的倾斜程度通过移动行走大、小车71、72来进行船体2水平调整，顶升结束后根据倾斜计确认是否还存在桩腿下沉的现象。

石料输送机构包括料斗51和皮带输送机52，料斗51设于船体1上，皮带输送机52连接料斗51和抛石整平装置的抛石管41，为抛石管41输料，该皮带输送机52可采用固定式和带移动尾车的移动式皮带机。料斗51内与石料接触的部位设有可拆卸的耐磨衬板，该耐磨板采用具备足够强度、钢带和耐磨性的耐磨材料制成，更换方便。根据船体和整平装置的结构和尺寸，可采用多台皮带输送机52进行多次抬升来输料，本实施例采用三台皮带输送机52进行三次抬升为抛石管41的进料口输料。

皮带输送机52上还设有安全保护和检测装置，包括：跑偏检测装置、紧急停机拉绳开关和皮带重量仪，当石料输送过程中出现跑偏的状况，跑偏检测装置会及时提醒工作人员采取相应的措施。皮带重量仪的称量误差应在±0.25％内，其皮带称系统测量误差应在±2％内，具有瞬时流量和累加量显示功能，并具有流量输出功能、带载启动功能和防逆转功能。

石料通过皮带运输船运至施工现场并输送至供料船，经供料船抬升并输送至料斗51，再经皮带输送机52多次抬升接力进入抛石管41的进料口。

本发明一种平台式抛石整平船的施工步骤具体包括为：

S1、整平船移船定位步骤：拖轮将整平船拖至施工现场后，采用第一GPS定位系统实时显示船体形状和船体位置，根据整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将整平船定位精度控制在±10cm之内；

S2、整平船插桩压载抬升步骤：整平船定位完成后，下降桩腿至泥面通过打入压载水或对角压载法进行超荷载压载，待桩腿稳定不再下沉，气隙不再变化时，将整平船抬升至施工高度；

施工气隙高度为：可预测的高潮位+预测最大波高/2+富余高度(0.5m)，这样可以避免波浪对船体的碰撞从而保证基床铺设整平精度；

S3、抛石管定位步骤：通过移动行走大、小车将抛石管移动至抛石整平起点位置，通过抛石管顶部的第二GPS定位系统确认抛石管底标高；

S4、供料船就位供料步骤：石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经供料船皮带机抬升输送至整平船料斗，再经整平船皮带机三次抬升进入抛石管的进料口；

S5、开始铺设整平作业步骤：通过移动行走大、小车开始进行碎石基床铺设整平作业，施工过程中通过抛石管内的液压缸驱动平衡管伸缩并结合抛石管顶部的第二GPS定位系统接收到的数据进行基床标高控制；

基床的碎石铺设可分两层进行铺设，先进行底层铺设，再进行顶层铺设，以保证顶层铺设时每条袭的底标高一致；

S6、成型检测步骤：通过设于整平头上的声纳系统进行碎石基床成型检测；

S7、不合格处理步骤：根据检测结果基床定标高偏差如果超过精度要求，可采用整平头进行刮平处理；本实施例中的基床定标高精度要求为±40mm。

上述技术方案所提供的平台式抛石整平船及其施工方法，采用GPS定位系统进行船体精确定位，抛石整平装置在整平导向机构的导向作用下实现基床的碎石铺设和整平，碎石铺设施工过程中船体稳定，施工效率和安全性较高，施工后的基床平面度高。通过桩腿将整平船抬升离开海面/河面并进行超荷压载，加强了整平船在施工过程中船体的稳定性，在抛石整平过程中受波浪、水流、风等自然条件影响较小。通过抛石管顶部的第二GPS定位系统接收三维坐标数据并结合抛石管长度、抛石管倾斜角度及底部液压缸的行程进行碎石基床的标高控制，其测量精度控制精确。进一步地。为了提高基床抛石整平工作效率，可在月池3的两端分别设有一套整平导向机构和一套抛石整平装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种平台式抛石整平船，其特征在于，包括：

船体；

月池，所述月池设于所述船体中央；

整平导向机构，所述整平导向机构横跨所述月池，用于实现抛石整平过程中的纵向和横向位移；

抛石整平装置，所述抛石整平装置设于所述整平导向机构上，用于基床的抛石和整平；

第一GPS定位系统，所述第一GPS定位系统安装在所述船体上，用于船体的定位；

石料输送机构，所述石料输送机构为所述抛石整平装置输送石料；

操作室，所述操作室供施工人员操作整平船，所述操作室内设有用于检测船体倾斜程度的倾斜计；

其中，所述抛石整平装置包括抛石管，所述抛石管的顶部和底部分别设有第二GPS定位系统和整平头，所述抛石管安装在所述整平导向机构上；所述整平头用于基床刮平，所述第二GPS定位系统用于确认抛石管的平面位置和底标高。

2.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述抛石管包括上下两个部分，上部为固定的主管，下部为可伸缩平衡管，所述平衡管与所述整平头连接。

3.如权利要求2所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述平衡管由设于所述抛石管上的多根液压缸驱动进行伸缩，多根所述液压缸均匀分布在所述平衡管上。

4.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述整平头上设有声纳系统，所述声纳系统用于检测海底槽床和基床的标高。

5.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述抛石管内设有用于检测料位高度的料位计。

6.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述整平导向机构包括行走大车和行走小车；所述行走大车横跨于所述月池，用于实现抛石整平过程中的纵向位移；所述抛石整平装置设于所述行走小车上，所述行走小车可移动地安装在所述行走大车上，用于实现抛石整平过程中的横向位移。

7.如权利要求6所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述行走小车上分别设有夹持机构、固定架和升降机构，所述夹持机构、固定架和升降机构分别用于实现对抛石整平装置的夹持、安装固定和升降驱动。

8.如权利要求6所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述行走大车和行走小车分别采用齿轮齿条驱动。

9.如权利要求6所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述行走大车的两端和行走小车的两端分别设有多个行走台车，每个行走台车由一部电机驱动。

10.如权利要求9所述的平台式抛石整平船，其特征在于，每个所述行走台车的两侧分别设有反滚轮。

11.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述石料输送机构包括料斗和皮带输送机，所述料斗设于所述船体上，所述皮带输送机连接所述料斗和抛石整平装置，为所述抛石整平装置输料。

12.如权利要求1所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述船体上还有多个桩腿，所述桩腿与船体齿连接。

13.如权利要求12所述的平台式抛石整平船，其特征在于，所述桩腿设为四根，四根所述桩腿均匀设于所述船体上。

14.一种平台式抛石整平船的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、拖轮将整平船拖至施工现场后，采用第一GPS定位系统实时显示船体形状和船体位置，根据整平船上接收的GPS信息通过收放锚缆以将整平船定位；

S2、整平船定位完成后，下降桩腿至泥面通过打入压载水或对角压载法进行超荷载压载，待桩腿稳定不再下沉，将整平船抬升至施工高度；

S3、通过移动行走大、小车将抛石管移动至抛石整平起点位置，通过抛石管顶部的第二GPS定位系统确认抛石管底标高；

S4、石料通过皮带运输船运至现场并输送至供料船，经供料船皮带机抬升输送至整平船料斗，再经整平船皮带机输送至抛石管的进料口；

S5、通过移动行走大、小车开始进行碎石基床铺设整平作业，施工过程中通过抛石管内的液压缸驱动平衡管伸缩并结合抛石管顶部的第二GPS定位系统接收到的数据进行基床标高控制；

S6、通过设于整平头上的声纳系统进行碎石基床成型检测；

S7、根据检测结果基床定标高偏差如果超过精度要求，采用整平头进行刮平处理。