CN115369888A - 一种深水裸岩基坑成型方法 - Google Patents

Abstract

一种深水裸岩基坑成型方法，使用高分辨测量设备进行扫描测量，采用多层分开爆破，应用多种组合清渣设备清渣，精确确定清渣和整平复爆的位置，实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。该方法解决裸岩深埋基坑开凿的难题，避免了人工水下开凿岩层的工序，降低了施工风险；充分利用大型水上设备，缩短了施工工期，提高了开挖效率，保证了施工质量。

Description

一种深水裸岩基坑成型方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体而言为一种深水裸岩基坑成型方法。

背景技术

随着城市发展，跨大河、海湾的特大型桥梁的日益增加，处于深水裸岩区的深埋基础承台基坑开挖成为相当棘手的问题。深水裸岩深埋承台指桥梁墩柱设计位于大江、湖泊、海洋等水体中，距离岸边1km以上，深水裸岩深埋承台顶部位于河床岩层内，需要开挖基坑方可施工承台。深水裸岩基坑指基坑位于岩层内，基坑底部到水面的距离超过20m。

由于岩层强度大，如果人工开凿，该方法必须先旋挖钻开槽安装挡水围堰，抽水进行无水开凿作业，施工作业极为繁琐，严重影响工期，且岩层裂隙涌水不可控，安全风险大。浅水地区(水深在10m以下)也有采用爆破清渣开挖方式，但普遍存在超爆严重，基坑不平整，水下测量不准确，水下清渣效率低下的问题，成本和质量不能保证，更不能应用于水深超过20m的基坑开挖。

因此，亟待出现一种深水裸岩基坑成型方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种深水裸岩基坑成型方法，解决现有技术中深埋裸岩基坑开凿困难、安全性差、水下清渣效率低、基坑成型质量差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种深水裸岩基坑成型方法，使用高分辨测量设备进行扫描测量，采用多层分开爆破，应用多种组合清渣设备清渣，精确确定清渣和整平复爆的位置，实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。

本发明中，深水裸岩基坑指基坑位于岩层内，基坑底部到水面的距离超过20m。

上述方法，解决裸岩深埋基坑开凿的难题，充分利用大型水上设备，实现测得准、爆的平、清的干净，提高了开挖效率。

根据上述深水裸岩基坑成型方法，包括：

钻孔平台，所述钻孔平台浮于水上，所述钻孔平台能够通过定位系统进行平台位置、方向定位，以及作业区域定位。所述钻孔平台通过锚拉系统进行水面固定；所述钻孔平台还包括发电设备。进一步地，所述钻孔平台由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台，提供浮力。所述钻孔平台作为炸药组装和下放的工作平台。

定位系统，所述定位系统为GPS惯导定位系统，惯导定位系统带有液晶显示器，可显示平台方位、朝向，并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位；

锚拉系统，所述锚拉系统为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备，钻孔平台前后各4组。其中，当钻孔平台作业位置定位时，操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调。

发电设备，所述发电设备为柴油发电机。

钻机，所述钻机为潜孔钻机，用于在岩石中开凿细长的圆孔放置炸药。进一步地，所述潜孔钻机安装在钻孔平台侧面，由钻孔平台提供电源动力。其中，当所述潜孔钻机钻孔到指定深度时，投入炸药，破碎岩石。

空压机，所述空压机用于钻机钻进时清除孔内钻渣。

清渣设备，所述清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船。其中，抓斗船用于大块岩石的清渣，长臂挖机用于细渣的清渣；运渣船可通过开启仓底部合页，将岩石抛弃到指定位置。

测量设备，所述测量设备为多波束水下扫描系统，可生成高精度水下河床地形图。

进一步地，所述测量设备还包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位系统、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件；其中，显控软件为声呐工作控制软件，导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据。

进一步地，所述测量设备在测量船上组装调试。

进一步地，所述多波束水下扫描系统的成果为高密度三维点云模型；所述高密度三维点云模型附带高程值，可测量基坑底的高程、平整度、面积、斜率等信息。

进一步地，清渣设备根据所述高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业。

根据上述深水裸岩基坑成型方法，包含以下步骤：

S1、绘制基坑成型作业规划图，导入定位系统；

S2、钻孔平台移动到作业区域，钻机钻孔，钻孔到指定深度后，投入炸药破碎岩石；

S3、爆破后通过清渣设备进行破碎岩石清除；

S4、通过测量设备扫描水下基坑，对局部位置进行二次破碎清渣，直至满足设计要求。

进一步地，所述步骤S1还包括以下步骤：

S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量，以及分层破碎的高度；

S12、将钻孔孔位布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中；

S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台以及清渣设备的惯导定位系统中。

进一步地，所述步骤S2还包括以下步骤：

S21、将钻机和锚拉系统、定位系统、发电设备固定于所述钻孔平台上；

S22、根据定位系统的引导，通过锚拉系统将清渣设备牵引至作业区域，对覆盖层进行清除；完成后清渣设备移开作业位置；

S23、根据定位系统的引导，通过锚拉系统将钻孔平台牵引至作业区域；

S24、通过锚拉系统将作业平台微调至指定位置，抛锚固定；

S25、待钻孔平台固定后，钻机开始钻孔，钻孔过程中可接长钻杆，并用空压机排除钻渣；同时将乳化炸药包串联，安装点火引线；

S26、待钻孔深度达到要求后，投入炸药；

S27、通过锚拉系统将钻孔平台牵引出作业区域，点火激活炸药；

S28、重复以上步骤，直到本层区域破碎完成。

进一步地，所述步骤S3还包括以下步骤：

S31、在设计的岩层破碎结束后，将所述钻孔平台移出；将装有定位系统的清渣设备牵引至作业区域，按照分垄沟的方式进行清渣；

S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置；

S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置。

进一步地，所述步骤S4还包括以下步骤：

S41、通过所述扫描系统对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量，绘制水底地形高分辨率三维模型；

S42、测量三维模型高程、平整度、面积，确定二次清渣位置，引导清渣设备局部整平；

S43、整平后复测，对仍不满足设计要求位置进行重复清渣，直到满足设计要求。

本发明的有益效果在于：

本发明通过多波束水下扫描仪，针对深水基坑底部进行高精度扫描，精确还原爆破实际情况，进而引导水上钻孔平台精准复爆，通过多层投放炸药的方式，多种组合式清渣设备，实现了水下基坑的快速开挖成型，缩短了施工工期，施工时间短；避免了人工水下开凿岩层的工序，降低了施工风险。

附图说明

图1为本发明深水基坑的成型方法中钻孔平台平面布置示意图。

图2为本发明深水基坑的成型方法的实施例中钻孔布置示意图。

图3为本发明深水基坑的成型方法的实施例中钻孔立面示意图。

图4为本发明深水基坑的成型方法的实施例中分垄沟清渣示意图。

图5为本发明深水基坑的成型方法的施工步骤。

图中：

1-钻孔平台；2-钻机；3-锚拉系统；4-空压机；5-发电机；6-定位系统；7-钻孔孔位；8-垄沟；9-覆盖层；10-板岩；A-平台中心线；B-平台边线；C-开挖基线；D-超宽线；E-搭接宽度；F-流向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，本实施例提供一种深水裸岩基坑的成型方法，使用高分辨测量设备进行扫描测量，采用多层分开爆破，应用多种组合清渣设备清渣，精确确定清渣和整平复爆的位置，实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。

如图1所示，深水裸岩基坑的成型方法包括：钻孔平台1、钻机2、锚拉系统3、空压机4、发电设备5、定位系统6、清渣设备以及测量设备。

其中，钻孔平台1浮于水上，由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台，提供浮力。钻孔平台1能够通过定位系统6进行平台位置、方向定位，以及作业区域定位。钻孔平台1通过锚拉系统3进行水面固定；钻孔平台1还包括发电设备。钻孔平台1作为炸药组装和下放的工作平台。

钻机2为潜孔钻机，用于在岩石中开凿细长的圆孔放置炸药；当潜孔钻机钻孔到指定深度时，投入炸药，破碎岩石。钻机2安装在钻孔平台1侧面，共四个，由钻孔平台1提供电源动力；钻机2能够固定在钻孔平台1上向下钻孔。

锚拉系统3为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备，钻孔平台前后各4组。锚拉系统3设置于钻孔平台1的前后端头，锚拉系统3能够向平台四个方向以成一定角度的霍尔锚将钻孔平台1固定，并同时通过向一侧绞锚实现钻孔平台的平移。其中，当钻孔平台1作业位置定位时，操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调。

空压机4用于钻机钻进时清除孔内钻渣。空压机4与钻机2连接，钻机钻孔时通入高压气体，使钻孔中的钻渣喷出。

发电设备5为以上所有设备供电；本实施例中，发电设备5为柴油发电机。

定位系统6安装在平台中心线A上，引导指挥员发出绞锚指令。定位系统6为GPS惯导定位系统，惯导定位系统带有液晶显示器，可显示驳船方位、朝向，并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位。

本实施例中的清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船；其中，抓斗船用于大块岩石的清渣，长臂挖机用于细渣的清渣；运渣船可通过开启仓底部合页，将岩石抛弃到指定位置。

本实施例中的测量设备为多波束水下扫描系统，详细组件包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位系统、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件；其中，显控软件为声呐工作控制软件，导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据。

本实施例中，测量设备8多波束测量设备成果为间距为25cm的高密度三维点云模型；高密度三维点云模型附带高程值，可测量基坑底的高程，平整度，面积，斜率等信息；清渣设备根据高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业；

钻机2按照图2所示的钻孔孔位7钻孔。

该实施例中，如图3所示，B为平台边线，附图标记9为覆盖层，附图标记10为板岩。

如图4所示，C为开挖基线，D为超宽线，E为每层开挖的搭接宽度。其中搭接宽度不小于1m。清渣设备按照垄沟8的规划逐块清渣。如完成DM1-DM2之间垄沟8的清渣后，继续对DM2-DM3之间垄沟8的清渣，直至清理完成。通过测量设备对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量，绘制水底地形高分辨率三维模型；测量三维模型高程、平整度、面积，确定二次清渣位置，引导清渣设备局部整平。

该实施例，通过钻孔平台上的钻孔破裂岩石，并通过高精度扫描三维模型，请准清渣整平，缩短了深水基坑的开凿施工工期，施工时间短；结构简单，施工成本低，适合推广应用。

如图5所示，上述深水基坑成型方法，包括以下步骤：

S1、绘制基坑成型钻孔孔位7作业规划图，导入定位系统6；

S2、钻孔平台1移动到作业区域，钻机2钻孔，钻孔到指定深度后，投入炸药破碎岩石；

S3、破碎后通过清渣设备进行破碎岩石清除；

S4、通过测量设备8扫描水下基坑，对局部位置进行二次破碎清渣，直至满足设计要求。

进一步地，步骤S1还包括以下步骤：

S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量，以及分层破碎的高度；

S12、将钻孔孔位7的布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中；

S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台1以及清渣设备的惯导定位系统6中。

进一步地，步骤S2还包括以下步骤：

S21、将钻机2和锚拉系统3、定位设备6、发电设备5固定于所述钻孔平台1上；

S22、根据定位系统6的引导，通过锚拉系统3将清渣设备牵引至作业区域，对覆盖层9进行清除；完成后清渣设备移开作业位置。

S23、根据定位设备的引导，通过锚拉系统3将钻孔平台1牵引至作业区域；

S24、通过锚拉系统3将作业平台1微调至指定位置，抛锚固定；

S25、待钻孔平台1固定后，钻机2开始钻孔，钻孔过程中可接长钻杆，并用空压机4排除钻渣；同时将乳化炸药包串联，安装点火引线；

S26、待钻孔深度达到要求后，投入炸药；

S27、通过锚拉系统3将钻孔平台1牵引出作业区域，点火激活炸药；

S28、重复以上步骤，直到本层区域破碎完成。

进一步地，步骤S3还包括以下步骤：

S31、在设计的岩层破碎结束后，将钻孔平台1移出；将装有定位系统6的清渣设备牵引至作业区域，按照分垄沟8的方式进行清渣；

S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置。

S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置。

进一步地，步骤S4还包括以下步骤：

S41、通过所述的扫描系统对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量，绘制水底地形高分辨率三维模型。

S42、测量三维模型高程、平整度、面积，确定二次清渣位置，引导清渣设备局部整平。

S42、整平后复测，对仍不满足设计要求位置进行重复清渣，直到满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的保护范围作任何形式上的限制。对本领域技术人员而言，可以根据工程实际进行优化选择。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种深水裸岩基坑成型方法，所述深水裸岩基坑指基坑位于岩层内，基坑底部到水面的距离超过20m，其特征在于：

使用高分辨测量设备进行扫描测量，采用多层分开爆破，应用多种组合清渣设备清渣，精确确定清渣和整平复爆的位置，实现深水裸岩区的深埋承台基坑开挖快速成型。

2.根据权利要求1所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

该方法包括：

钻孔平台(1)，所述钻孔平台(1)浮于水上，所述钻孔平台(1)能够通过定位系统(6)进行平台位置、方向定位，以及作业区域定位；所述钻孔平台(1)通过锚拉系统(3)进行水面固定；所述钻孔平台(1)还包括发电设备(5)；

定位系统(6)，所述定位系统(6)为GPS惯导定位系统，惯导定位系统带有液晶显示器，可显示平台方位、朝向，并可导入CAD底图进行钻孔孔位定位；

锚拉系统(3)，锚拉系统(3)为8组卷扬机、霍尔锚组成的牵引设备，钻孔平台(1)前后各4组；其中，当钻孔平台(1)作业位置定位时，操作8组卷扬机收放钢丝绳实现微调；

钻机(2)，用于在岩石中开凿细长的圆孔放置炸药；

空压机，所述空压机用于钻机钻进时清除孔内钻渣；

清渣设备，所述清渣设备包括抓斗船和长臂挖机、运渣船；其中，抓斗船用于大块岩石的清渣，长臂挖机用于细渣的清渣；运渣船可通过开启仓底部合页，将岩石抛弃到指定位置；

测量设备，所述测量设备为多波束水下扫描系统，可生成高精度水下河床地形图。

3.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述钻孔平台由钢板和龙骨焊接成的箱型的平台，提供浮力；所述钻孔平台作为炸药组装和下放的工作平台。

4.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述发电设备为柴油发电机。

5.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述钻机(2)为潜孔钻机，所述潜孔钻机安装在钻孔平台侧面，由钻孔平台提供电源动力；当所述潜孔钻机钻孔到指定深度时，投入炸药，破碎岩石。

6.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述测量设备还包括测量船、多波束测深仪、GNSS定位系统、表面声速仪、声速剖面仪、姿态仪潮位仪、显控软件、导航采集软件、后处理软件；

其中，显控软件为声呐工作控制软件，导航采集软件用于记录声呐和辅助传感器数据；

所述测量设备在测量船上组装调试。

7.根据权利要求2所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述多波束水下扫描系统的成果为高密度三维点云模型；所述高密度三维点云模型附带高程值，可测量基坑底的高程、平整度、面积、斜率信息。

8.根据权利要求7所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

清渣设备根据所述高密度三维点云模型进行针对性的清渣作业。

9.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的深水裸岩基坑成型方法，包含以下步骤：

S1、绘制基坑成型作业规划图，导入定位系统(6)；

S2、钻孔平台(1)移动到作业区域，钻机(2)钻孔，钻孔到指定深度后，投入炸药破碎岩石；

S3、爆破后通过清渣设备进行破碎岩石清除；

S4、通过测量设备扫描水下基坑，对局部位置进行二次破碎清渣，直至满足设计要求。

10.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述步骤S1还包括以下步骤：

S11、根据计算确定钻孔直径、间距和数量，以及分层破碎的高度；

S12、将钻孔孔位(7)布置图导入到带坐标的作业桩位CAD中；

S13、将作业桩位CAD导入钻孔平台(1)以及清渣设备的惯导定位系统中。

11.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述步骤S2还包括以下步骤：

S21、将钻机(2)和锚拉系统(3)、定位系统(6)、发电设备(5)固定于所述钻孔平台(1)上；

S22、根据定位系统(6)的引导，通过锚拉系统(3)将清渣设备牵引至作业区域，对覆盖层(9)进行清除；完成后清渣设备移开作业位置；

S23、根据定位系统(6)的引导，通过锚拉系统(3)将钻孔平台(1)牵引至作业区域；

S24、通过锚拉系统(3)将作业平台(1)微调至指定位置，抛锚固定；

S25、待钻孔平台(1)固定后，钻机(2)开始钻孔，钻孔过程中可接长钻杆，并用空压机(4)排除钻渣；同时将乳化炸药包串联，安装点火引线；

S26、待钻孔深度达到要求后，投入炸药；

S27、通过锚拉系统(3)将钻孔平台(1)牵引出作业区域，点火激活炸药；

S28、重复以上步骤，直到本层区域破碎完成。

12.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述步骤S3还包括以下步骤：

S31、在设计的岩层破碎结束后，将所述钻孔平台(1)移出；将装有定位系统(6)的清渣设备牵引至作业区域，按照分垄沟(8)的方式进行清渣；

S32、首先使用挖斗船将大块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置；

S33、使用长臂挖机将小块岩石抓放到运渣船上；清渣船满后，将岩渣抛弃到指定位置。

13.根据权利要求9所述的深水裸岩基坑成型方法，其特征在于：

所述步骤S4还包括以下步骤：

S41、通过所述扫描系统对清渣后的基坑进行多波束高分辨率扫描测量，绘制水底地形高分辨率三维模型；

S42、测量三维模型高程、平整度、面积，确定二次清渣位置，引导清渣设备局部整平；

S43、整平后复测，对仍不满足设计要求位置进行重复清渣，直到满足设计要求。

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