CN116378673A - 硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，本发明通过在目标海域的预设回收位置安装预制钢沉箱形成围堰，对围堰进行抽排水，清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，对驶入接收井的微型隧道顶管机进行回收，使得本发明在具体实施时，首先对目标海域的预设回收位置安装预制钢沉箱形成围堰，然后再对围堰进行抽排水，清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，回收顶管机，使得本发明提出了能够在海中硬质石层海床条件下完成陆对海微型隧道顶管机的回收技术。

Description

硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法。

背景技术

在当前城市基础设施建设过程中，微型隧道顶管机掘进技术被广泛应用于地下取水、排水管道、地下输电管线以及石油天然气等行业地下管道建设工程中，特别在临海地区，这项技术可以解决海岸线露天挖掘可能导致的环境问题，其适用范围极广，尤其是从大陆到海洋的管道建设，如石油和天然气管道、污水厂排放管道和海水化淡厂取排水管道等。

相关技术中，在采用微型隧道顶管机施作海水引水管道时，顶管机的接收井设置于海中，然而在海中的目标海域如何快速建造接收井以及如何在海中的目标区域进行微型隧道顶管机的回收亟待解决。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，旨在解决相关技术在采用微型隧道顶管机施作海水引水管道时，顶管机的接收井设置于海中，然而在海中的目标海域如何快速建造接收井以及如何在海中的目标区域进行微型隧道顶管机的回收亟待解决的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提出的一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，包括如下步骤：

在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工；

对所述预制钢沉箱围堰进行抽排水；

在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成所述微型隧道顶管机的接收井；

对驶入所述接收井的微型隧道顶管机进行回收。

可选地，所述在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成所述微型隧道顶管机接收井的步骤，包括：

在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤施工，以露出所述围堰内的海底基岩；

对所述海底基岩进行测量放线，以确定二次打石所对应的待开挖区域；

在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高；

在所述钻孔内填充具有目标厚度的砂料；

对所述钻孔范围内的海底基岩进行破碎打石施工，形成施工槽；

对所述施工槽对中间岩石进行切割并清除，完成所述二次打石施工。

可选地，所述在所述待开挖区域内钻孔取芯并破碎岩石开挖至预设标高，形成施工槽的步骤，包括：

在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高，破碎钻孔范围内岩石，开挖得到两个具有目标尺寸的凹槽两个所述凹槽形成所述施工槽；其中，所述施工槽的槽底标高为-21mPD。

可选地，所述自所述当前开挖面对所述填料区以上的海底基岩进行破碎打石施工的步骤，包括：

在其中一个所述凹槽所对应的所述回填砂料顶面环切至少两个间隔分布的水平钻孔，水平钻孔均将两个所述凹槽连通；

操作链锯穿过两个端部水平钻孔，对中间岩石进行水平切割；

再操作链锯分别沿两个端部水平钻孔对中间岩石进行垂直切割；

用起重驳船吊走切割断开的中间岩石，实现破碎打石施工。

可选地，所述在目标海域的预设回收位置进行围堰施工的步骤，包括：

测量所述目标海域，根据测量结果确定所述预设回收位置；

在所述预设回收位置进行预制钢沉箱的施工；

在所述预制钢沉箱体外侧底部施作封底混凝土，形成所述围堰。

可选地，所述在所述预设回收位置进行预制钢沉箱施工的步骤，包括：

对所述预设回收位置进行海床的清淤整平施工；

在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放。

可选地，所述对所述预设回收位置进行海床的清淤整平施工步骤，包括：

对所述预设回收位置进行清淤施工至露出海底岩层；

在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平施工。

可选地，所述在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平施工的步骤，包括：

在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平，形成整平区；

在所述整平区布置隔泥帷幕；

在所述隔泥帷幕的外周自下向上依次铺设两层均具有预设高度的混凝土砌块，完成整平施工；其中，位于最上层的所述混凝土砌块的顶部标高高于海底淤泥的顶部标高；

所述在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放步骤，包括：

在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置，将所述预制钢沉箱吊装并放置于所述隔泥帷幕的内侧，以进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放施工。

可选地，在所述在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱吊装和沉放施工的步骤之后，还包括：

在所述预设施工位置对所述钢沉箱体内进行石料回填；

在所述预制钢沉箱的外周间隔施作至少两根钢管桩以将所述预制钢沉箱固定于所述海床。

可选地，所述在所述预设施工位置对所述钢沉箱进行回填的步骤，包括：

在所述预设施工位置对所述钢沉箱体外底部区域进行混凝土回填施工至高于或者等于海底淤泥的顶部标高；

对所述预制钢沉箱内石料回填至钢沉箱顶面以下约1m处，必要时可采用振动压路机压实回填石料。

本发明技术方案通过在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工，对预制钢沉箱围堰进行抽排水、清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，对驶入接收井的微型隧道顶管机进行回收，使得本发明在具体实施时首先在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工，然后再对预制钢沉箱围堰进行抽排水，完成抽排水施工之后，再对预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，以形成微型隧道顶管机的接收井，再利用接收井对微型隧道顶管机进行回收，使得本发明提出了能够在硬质石层海床条件下，实现陆对海施工微型隧道顶管机的海中接收技术，解决了相关技术中在采用微型隧道顶管机施作海水引水管道时，如何在海中硬质石层海床条件下快速建造接收井以及回收微型隧道顶管机亟待解决的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例示例硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法的流程图；

图2为图1中示例的步骤S300的流程图；

图3为图2中示例的步骤S350的流程图；

图4为图1中示例的步骤S100的流程图；

图5为图4中示例的步骤S120的流程图；

图6为图5中示例的步骤S121的流程图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各机构之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合一些具体实施方式进一步阐述本发明的发明构思。

本发明提出一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法。

如图1至图6所示，提出本发明硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法的一实施例。

本实施例中，请参阅图1-图6，该硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，包括如下步骤：

S100、在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工；

S200、对预制钢沉箱围堰进行抽排水；

S300、在预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成用于接收微型隧道顶管机的接收井；

在本实施例中，采用本施工工法进行预制钢沉箱围堰建造时，首先需要对围堰施工区域海底进行清淤操作，通过工作船挖出海底淤泥层，露出岩层表面，以使预制钢沉箱在吊装沉放时可以坐落在坚硬岩层上，当岩石面有一定斜坡角度时，需要进行海底岩层面找平施工处理，通过工作船凿岩棒水下碎岩的方法进行，保证岩层测度符合设计允许要求。海底清淤整平工作的施工步骤主要包括有:(1)在预制钢沉箱围堰施工区域布置浮式隔泥帷幕和框式隔泥帷幕，防止泥水外泄:(2)对海底基岩以上海泥进行挖掘、清除施工:(3)挖出的土壤存放在运输驳船料斗中，并送往指定的处置区；(4)清淤整平工作完成后，在距离钢沉箱外侧2m处基岩上铺设2层M1混凝上砌块，形成方形屏障，防止周边海泥流入沉箱区或者潜水员误进入海泥中。

预制钢沉箱选择在场外进行工厂化预制生产，可以提高施工效率、更好地保障施工质量，预制钢沉箱采用圆筒形结构形式，其直径及筒壁高度需根据顶管机设计接收井空间需求、地质条件基岩面高程等综合设计确定，同时在进行钢沉箱设计制作时，考虑到后续施工需求，可以集成多个功能模块，比如临时工作平台、封底混凝土导管、标高线等。预制钢沉箱结构尺寸及重量均较大，选择预制场地时，需考虑吊装运输需要，最好能在工业码头进行预制生产，通过浮吊船、运输船进行吊装及转运。钢沉箱生产主要在预制场地内进行，几乎无现场作业过程，其施工环境稳定，质量可控性高，预制过程需注意的点包括:(1)确保所使用的钢板和型钢等材料证书齐全，验收合格；(2)各种钢材开料尺寸严格按设计图纸进行；(3)钢材焊接由专业持牌焊工按设计图纸进行，所有焊缝均要进行检查验收；(4)吊运及运输工作所用船只设备满足负载要求，严格按施工方案进行操作。

预制钢沉箱吊装沉放是本发明重要一个步骤，施工过程属于海事重型吊运工作，预制钢沉箱自重超300T，施工过程要严格按施工方案进行，确保一次沉放成功。预制钢沉箱吊装沉放施工步骤主要包括:(1)通过GPS辅助测量技术确定钢沉箱沉放安装位置，并在水中用浮漂标记；(2)沉放前通过潜水员水下作业，沿钢沉箱坐落基岩位置用袋装混凝土材料铺设找平垫层(如需要)，目的是用来支撑钢沉箱并保持其水平度:(3)浮吊船(500T)、钢沉箱运输船拖运至施工场地制定位置布设、抛锚:(4)浮吊与预制钢沉箱进行埋码，确保吊装钢丝绳、吊链质量合格，吊链埋码方式及吊运角度符合设计要求；(5)浮吊船吊运预制钢沉箱进行沉放施工，根据水中浮标进行初步定位，下沉速度应按设计要求进行，过程中注意观察钢沉箱外侧壁上的标高线，同时下沉深度将通过链式测深方法进行量测；(6)在下沉至距离基岩500mm时停止下沉，采用GPS测量技术辅助定位，较准后沉放钢围堰至基岩垫层，要确保沉箱的坐标在允许公差范围内；(7)检查沉放后预制钢沉箱的倾侧角度，如不超过1/200H，则沉箱施工完成，如倾侧角度超过设计要求，则需要吊起钢沉箱，调整找平垫层后重新进行沉放施工。

预制钢沉箱沉放施工完成后，为进一步加强钢沉箱稳定性，同时作为钢管桩施工的钻机工作平台，此时对钢沉箱体内回填石料，主要步骤包括:(1)在钢制沉箱内的基岩上铺设土工布；(2)钢沉箱内石料回填至钢沉箱顶面以下约1m处，必要时可采用振动压路机压实回填石料。

预制钢沉箱下沉工作完成后，需要在其周边按设计要求施打钢管桩，对钢沉箱围堰进行加固，使第二阶段打石成井工作在稳固围堰环境下进行，利用钢沉箱围堰回填石料形成的平台作为桩基施工平台，进行钢管桩施打作业。在钢管桩灌浆料28天的立方体抗压强度符合要求后，通过焊接方式对钢管桩与钢沉箱围堰之间空隙安装连接件，完成钢沉箱围堰的加固工作，同时在各钢管桩之间设置围墙作为钢沉箱的防护屏障。

钢沉箱围堰加固完成后，可进行其外侧封底混凝土施工，即在钢沉箱底部与混凝土砌块之间的区域采用透水混凝土填充，混凝土顶部标高应高于基岩约1.5m，在海中进行混凝土浇筑，需使用施工船运载混凝土车辆辅助施工，水下混凝土浇筑通过附加在预制钢沉箱外侧的导管进行，施工严格按水下浇筑混凝土施工方案进行，施工过程中通过潜水员辅助确认水下混凝土浇筑情况。特别注意，在进行混凝土浇筑前，需要对施工区域基岩面采用压缩空气进行吹洗，使混凝土与基岩面充分接触，避免淤积泥浆形成断层，确保封底混凝土对钢沉箱围堰的止水效果。

钢沉箱外侧封底混凝土浇筑完成后，使用工作船清除围堰内回填的石料，直至达到基岩水平，同时清除的石料可以用来回填钢沉箱外侧海床清淤形成的坑槽，填至原有海床标高；清理石料过程中用水泵排出钢沉箱围堰内的海水，为第二阶段在围堰底部打石形成顶管机接收井做施工准备。

第一阶段排水钢沉箱围堰建造完成后，在其底部岩层进行二次打石形成接收井，施工步骤包括:(1)进行测量放线，确定打石开挖位置和平面尺寸；(2)采用旋挖钻机在待开挖区域两侧短边4.5m×1.5m范围内分别环切取芯，钻孔顶部标高为-15mPD，底部标高为-21mPD；(3)所有钻孔回填砂料至标高-17mPD处，防止钻孔被碎石填塞，并采用液压破碎机对取芯钻孔区域的岩石向下破碎施工2m深，清除碎石形成施工槽；(4)用钻机-17mPD处对两个施工槽之间的岩石环切4个均匀分布的水平钻孔，穿透中部岩石；(5)操作链锯穿过两个端部水平钻孔，对中间岩石进行水平切割，之后分别沿两个端部水平钻孔对中间岩石进行垂直切割；当所有锯切完成后，用起重驳船吊起清除切割断开的中间岩石；(6)重复步骤(3)到(5)，在-19mPD和-21mPD分别切割清除中间岩石，完成硬质岩层的二次打石，形成顶管机接收井。

S400、对驶入接收井的微型隧道顶管机进行回收。

在本实施例中，顶管机接收井建造完成后，可以进行顶管机接收施工，由于顶管机可以直接从岩石壁破土而出，不需要进行传统接收井的接收洞口特殊设置、接收洞口止水环安装施工及接收洞口外侧土体注浆加固处理等工作，接收施工工序简单高效。

在顶管机掘进破除接收井岩石壁露出顶管机刀具后，停止掘进施工，清除接收井底部的破碎土体，在接收井底部安装导轨后，顶管机继续掘进进入接收井底部导轨，直至混凝土管节达到设计位置后停止顶推工作，完成混凝土管道铺设工作。然后在接收井内进行顶管机与预制混凝土管节分离操作，用起重驳船吊起顶管机，完成顶管机回收施工。

在本实施例中，通过在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工，对预制钢沉箱围堰进行抽排水，在预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，对驶入接收井的微型隧道顶管机进行回收，使得本发明在具体实施时首先目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工，然后再对预制钢沉箱围堰进行抽排水，完成抽排水施工之后，再对预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，以形成微型隧道顶管机的接收井，再利用接收井对微型隧道顶管机进行回收，使得本发明提出了能够在硬质石层海床条件下，实现陆对海施工微型隧道顶管机的海中接收技术，解决了相关技术中在采用微型隧道顶管机施作海水引水管道时，如何在海中硬质石层海床条件下快速建造接收井以及回收微型隧道顶管机亟待解决的技术问题。

在一些具体实施例中，在预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机接收井的步骤，包括：

S310、在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤施工，以露出海底基岩；

S320、对所述海底基岩进行测量放线，以确定二次打石所对应的待开挖区域；

S330、在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高；

S340、在所述钻孔内填充具有目标厚度的砂料；

S350、对所述钻孔范围内的海底基岩进行破碎打石施工，形成施工槽；

S360、对所述施工槽对中间岩石进行切割并清除，完成所述二次打石施工。

在一些具体实施例中，在待开挖区域内钻孔取芯并破碎岩石开挖至预设标高，形成施工槽的步骤，包括：

在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高，破碎钻孔范围内岩石，开挖得到两个具有目标尺寸的凹槽两个所述凹槽形成所述施工槽；其中，所述施工槽的槽底标高为-21mPD。

在一些具体实施例中，自当前开挖面对填料区以上的海底基岩进行破碎打石施工的步骤，包括：

S351、在其中一个所述凹槽所对应的所述回填砂料顶面环切至少两个间隔分布的水平钻孔，水平钻孔均将两个所述凹槽连通；

在一些优选的实施例中，水平钻孔的数量为4个，设置4个水平钻孔的优点在于，可以提高切割效率。

S352、操作链锯穿过两个端部水平钻孔，对中间岩石进行水平切割；

S353、再操作链锯分别沿两个端部水平钻孔对中间岩石进行垂直切割；

S354、用起重驳船吊走切割断开的中间岩石，实现破碎打石施工。

在一些具体实施例中，在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工的步骤，包括：

S110、测量目标海域，根据测量结果确定预设回收位置；

S120、在预设回收位置进行预制钢沉箱的吊装及沉放施工；

S130、在预制钢沉箱的外周施作封底混凝土，形成围堰。

在一些具体实施例中，在预设回收位置进行预制钢沉箱施工的步骤，包括：

S121、对预设回收位置进行海床的清淤整平施工；

S122、在已完成清淤整平施工的预设回收位置进行预制钢沉箱的吊装及沉放施工。

在一些具体实施例中，对预设回收位置进行海床的清淤整平施工的步骤，包括：

S121a、对预设回收位置进行清淤施工至露出海底岩层；

S121b、在预设回收位置对海底岩层进行整平施工。

在一些具体实施例中，在预设回收位置对海底岩层进行整平施工的步骤，包括：

S121a1、在预设回收位置对海底岩层进行整平，形成整平区；

S121a2、在整平区布置隔泥帷幕；

S121a3、在隔泥帷幕的外周自下向上依次铺设两层均具有预设高度的混凝土砌块，完成整平施工；其中，位于最上层的混凝土砌块的顶部标高高于海底淤泥的顶部标高；

在已完成清淤整平施工的预设回收位置进行预制钢沉箱的吊装和沉放施工的步骤，包括：

在已完成清淤整平施工的预设回收位置，将预制钢沉箱吊装并放置于隔泥帷幕的内侧，以进行预制钢沉箱的吊装和沉放施工。

在一些具体实施例中，在已完成清淤整平施工的预设回收位置进行预制钢沉箱的吊装和沉放施工的步骤之后，还包括：

S123、在预设施工位置对钢沉箱体内进行石料回填；

S124、在预制钢沉箱的外周间隔施作至少两根钢管桩以将预制钢沉箱固定于海床。

在一些具体实施例中，在预设施工位置对钢沉箱进行回填的步骤，包括：

S123a、在预设施工位置对钢沉箱体外的底部区域回填混凝土，其顶部标高高于或者等于海底淤泥的顶部标高；

S123b、对所述预制钢沉箱内石料回填至钢沉箱顶面以下约1m处，必要时可采用振动压路机压实回填石料。

在一些具体实施例中，采用顶管机施工方法进行陆对海海底管道铺设时，顶管机始发及接收是关键施工步骤，通常需根据工程设计，需建造始发井及接收井用作顶管机的始发及接收施工，出发井位于陆地区，其建造方式相对传统，而接收井位于海中硬质岩石地质条件下，在海中插打钢管桩或钢板桩等传统方式建造围堰用作接收井，其施工难度较陆地区大很多。随着顶管机技术的发展，可先预制钢沉箱吊装及沉放于海底硬质岩层上，并抽排水形成围堰，之后在围堰底部向下继续破碎打石，形成接收井用于回收顶管机，实现海中硬质岩石地质条件下，快速建造顶管机接收井。

在某海水化淡厂建设工程中，需由陆地到海洋中建造两条海水管道用于取海水及排放浓盐水，项目采用微隧道顶管技术进行施工建造，顶管机到达接收区域的地质条件为硬质岩石层，具有大埋深和硬度高等特点。为此，项目选择采用两阶段成井的方法建造海中接收井，用于顶管机回收施工。本发明主要通过介绍在硬质岩石地质条件下，海中分两阶段建造接收井回收顶管机施工建造过程中的重点工序和把控要点，为类似海底陆对海顶管施工海中回收顶管机施工项目提供经验参考，亦可以为需要在海中硬质石层条件下建造排水接收井的工程提供经验参考。

(1)因应实际地质条件，采用在场外预制大型钢沉箱，场内一次吊装成井的方式进行第一阶段钢沉箱排水围堰建造，其施工效率高，对海洋环境影响最小。(2)在第一阶段钢沉箱排水围堰底部采用液压破碎打石和链锯切割的方法，清除石层至接收井底部设计标高，形成顶管机接收井；

3)采用硬质岩石层作为接收井的一部分，在进行顶管机接收时不需要进行顶管机出土洞口开凿或灌浆处理，顶管机可以直接从接收井岩石层中穿出，回收施工操作简单、高效。

在海中硬质岩层地质条件下采用预制钢沉箱建造排水接收井，首先在施工位置进行海底疏浚，清挖位于硬质岩层上部的海泥至全部露出石层面，并对石层面进行找平处理，同时在场外工厂按照设计图纸进行钢沉箱生产，之后通过浮吊船将预制钢沉箱吊装至指定位置(采用GPS测量技术辅助定位)，坐落在整平后的硬质石层上，对钢沉箱进行加固后，在钢沉箱外周底部浇筑水下封底混凝土，之后清除钢沉箱内部的回填石料和水，形成排水围堰结构。

在预制钢沉箱内侧底部石层进行测量放线，确定顶管机接收的位置及尺寸，沿放线位置进行打石工作，打石至设计位置(低于顶管机出土标高1m),在硬质石层内形成竖井，顶管机可以直接从接收井岩石层中穿出，不需对岩石层进行开凿或灌浆处理，回收施工操作简单、高效。

在本实施例中，在采用本施工工法进行预制钢沉箱围堰建造时，首先需要对围堰施工区域海底进行清淤操作，通过工作船清除海底淤泥层，露出岩层表面，以使预制钢沉箱在吊装沉放时可以坐落在坚硬岩层上，当岩石面有一定斜坡角度时，需要进行海底岩层面找平施工处理，采用工作船凿岩棒水下碎岩的方法进行，保证岩层表面平整度符合设计要求。海底清淤整平施工步骤主要包括有:(1)在预制钢沉箱沉放施工区域布置浮式隔泥帷幕和框式隔泥帷幕，防止泥水外泄:(2)对海底基岩以上海泥进行挖掘、清除施工:(3)挖出的淤泥存放在运输驳船料斗中，并送往指定的处置区；(4)清淤整平工作完成后，在距离钢沉箱外侧2m处基岩上铺设2层M1混凝上砌块，形成方形屏障，防止周边海泥流入沉箱区或者潜水员误进入海泥中。

预制钢沉箱选择在场外进行工厂化预制生产，可以提高施工效率、更好地保障施工质量，预制钢沉箱采用圆筒形结构形式，其直径及筒壁高度需根据顶管机接收井空间需求、地质条件和基岩面高程等综合设计确定，同时在进行钢沉箱设计制作时，考虑到后续施工需求，可以集成多个功能模块，比如临时工作平台、封底混凝土导管和标高线等。预制钢沉箱结构尺寸及重量均较大，选择预制场地时，需考虑吊装运输需要，最好能在工业码头进行预制生产，通过浮吊船、运输船进行吊装及转运。钢沉箱生产主要在预制场地内进行，几乎无现场作业过程，其施工环境稳定，质量可控性高，预制过程需注意的点包括:(1)确保所使用的钢板和型钢等材料证书齐全，验收合格；(2)各种钢材开料尺寸严格按设计图纸进行；(3)钢材焊接由专业持牌焊工按设计图纸进行，所有焊缝均要进行检查验收；(4)吊运及运输工作所用船只设备满足负载要求，严格按施工方案进行操作。

预制钢沉箱吊装和沉放是本发明重要一个步骤，属于海事重型吊运工作，预制钢沉箱自重超300T，施工过程要严格按施工方案进行，确保一次沉放成功。预制钢沉箱吊装和沉放施工步骤主要包括:(1)通过GPS辅助测量技术确定钢沉箱沉放安装位置，并在水中用浮漂标记；(2)沉放前通过潜水员水下作业，沿钢沉箱坐落基岩位置用袋装混凝土材料铺设找平垫层(如需要)，目的是用来支撑钢沉箱并保持其水平度:(3)浮吊船(500T)、钢沉箱运输船拖运至施工场地制定位置布设、抛锚:(4)浮吊与预制钢沉箱进行埋码，确保吊装钢丝绳、吊链质量合格，吊链埋码方式及吊运角度符合设计要求；(5)浮吊吊运预制钢沉箱进行沉放施工，根据水中浮标进行初步定位，下沉速度应按设计要求进行，过程中注意观察钢沉箱外侧壁上的标高线，同时下沉深度将通过链式测深方法进行量测；(6)在下沉至距离基岩500mm时停止下沉，采用GPS测量技术辅助定位，较准后沉放钢围堰至基岩垫层，确保沉箱的坐标在允许公差范围内；(7)检查沉放后沉箱倾侧角度，如不超过1/200H，则沉箱施工完成，如倾侧角度超过设计要求，则需要吊起钢沉箱，调整找平垫层后重新进行沉放施工。

预制钢沉箱沉放施工完成后，为进一步加强钢沉箱稳定性，同时用做钢管桩施工时支撑钻机的工作平台，此时通过在钢沉箱内回填石料进行，主要步骤包括:(1)在钢制沉箱内的基岩上铺设土工布；(2)钢沉箱内石料回填至钢沉箱顶面以下约1m处，必要时可采用振动压路机压实回填石料。

预制钢沉箱沉放完成后，需要按设计要求在其周边施打钢管桩加固钢沉箱钢，使第二阶段打石成井工作在稳固围堰环境下进行，施工中利用钢沉箱回填石料形成的平台作为桩基施工平台，按照标准施工工序，进行钢管桩施工。在钢管桩灌浆料28天的立方体抗压强度符合要求后，通过焊接方式对钢管桩与钢沉箱围堰之间空隙安装连接件，完成钢沉箱围堰的加固工作，同时在各钢管桩之间设置围墙作为钢沉箱的防护屏障。

钢沉箱围堰加固完成后，可进行其外侧封底混凝土施工，即在钢沉箱底部与混凝土砌块之间的区域采用透水混凝土填充，混凝土顶部标高应高于基岩约1.5m，在海中进行混凝土浇筑，需使用施工船运载混凝土车辆辅助施工，水下混凝土浇筑通过附加在预制钢沉箱外侧的导管进行，施工严格按水下浇筑混凝土施工方案进行，施工过程中通过潜水员辅助确认水下混凝土浇筑情况。特别注意，在进行混凝土浇筑前，需要对施工区域基岩面采用压缩空气进行吹洗，使混凝土与基岩面充分接触，避免淤积泥浆形成断层，确保封底混凝土对钢沉箱围堰的止水效果。

钢沉箱外侧封底混凝土浇筑完成后，使用工作船清除围堰内回填的石料，直至达到基岩水平，同时清除的石料可以用来回填钢沉箱外侧海床清淤形成的坑槽，填至原有海床标高；清理石料过程中用水泵排出钢沉箱围堰内的海水，为第二阶段在围堰底部打石形成顶管机接收井做施工准备。

第一阶段排水钢沉箱围堰建造完成后，在其底部岩层进行二次打石形成顶管机接收井，施工步骤包括:(1)进行测量放线，确定打石开挖位置和平面尺寸；(2)采用旋挖钻机在待开挖区域两侧短边4.5m×1.5m范围内分别环切取芯，钻孔顶部标高为-15mPD，底部标高为-21mPD；(3)所有钻孔回填砂料至标高-17mPD处，防止钻孔被碎石填塞，并采用液压破碎机对取芯钻孔区域的岩石向下破碎施工2m深，清除碎石形成施工槽；(4)用钻机-17mPD处对两个施工槽之间的岩石环切4个均匀分布的水平钻孔，穿透中部岩石；(5)操作链锯穿过两个端部水平钻孔，对中间岩石进行水平切割，之后分别沿两个端部水平钻孔对中间岩石进行垂直切割；当所有锯切完成后，用起重驳船吊起清除切割断开的中间岩石；(6)重复步骤(3)到(5)，在-19mPD和-21mPD分别切割清除中间岩石，完成硬质岩层的二次打石，形成顶管机接收井。

在本实施例中，顶管机接收井建造完成后，可以进行顶管机接收施工，由于顶管机可以直接从岩石壁破土而出，不需要进行传统接收井的接收洞口特殊设置、接收洞口止水环安装施工及接收洞口外侧土体注浆加固处理等工作，接收施工工序简单高效。

在顶管机掘进破除接收井岩石壁露出顶管机刀具后，停止掘进施工，清除接收井底部的破碎土体，在接收井底部安装导轨后，顶管机继续掘进进入接收井底部导轨，直至混凝土管节达到设计位置后停止顶推工作，完成混凝土管道铺设工作。然后在接收井内进行顶管机与预制混凝土管节分离操作，用起重驳船吊起顶管机，完成顶管机回收施工。

硬质石层海床条件下采用两阶段成井施工工法进行海中顶管机回收施工，充分利用了施工区域地质条件，预制钢沉箱解决了传统钢管桩和钢板桩围堰的止水、漏水风险，省去了潜在的灌浆止水工作，同时沉放后的预制钢沉箱可以用作临时施工平台，进行加固桩施工，无需再建造临时施工平台。第二阶段在钢沉箱内部进行打石施工，类似于在陆地区施工，施工风险可控、效率高，工期成本优势明显，同时打石形成的岩石壁接收井在进行顶管机接收工作时，顶管机可以直接破除岩层进入接收井，相对传统顶管机接收方法，无需进行接收洞口特殊设置、接收洞口止水环安装施工及接收洞口外侧土体注浆加固处理，综合看该发明非常适用于在海底硬质岩层条件下接收顶管机，具备很高的经济效益。

本发明在施工时，采用预制钢沉箱进行第一阶段排水围堰建造，减少了现场围堰施工对专业设备和专业技术人员的要求，施工过程清晰简单，仅需对围堰区域小范围海床进行清淤整平工作，采用预制钢沉箱解决了建造排水围堰止水和漏水的风险，避免了潜在的水底灌浆止水工作，将对海洋环境的影响减至最低；同时，第二阶段在岩层内打石形成的天然接收井，省去了接收洞口外侧土体注浆加固施工。综合看，本发明是在海中硬质石层海床条件下回收顶管机施工的一次创新性实践，具备良好的环保及社会效益。

本发明在某海水化淡厂第一阶段工程中得到成功应用。项目工程包括建造两条海底取水、排水管道，工程采用微隧道顶管衬砌的方式进行建造，其中排水管道内径1.65米，长度270米，顶管机在接收井的出土标高-20.0mPD。经过地质勘测，排水管道多位于硬质岩层内进行建造，而海中接收井处的地质条件为海床-12.0mPD、硬质岩层-15.0mPD，为回收顶管机，需要将接收井处-15.0mPD至-21.0mPD范围内的硬质岩石进行破碎，形成顶管机接收井。经过综合考虑，项目创新采用在硬质岩层平面上(-15.0mPD)沉放预制钢沉箱建造第一阶段排水围堰，之后在围堰底部无水环境下破碎岩石至-21.0mPD形成接收井的施工方案，分两阶段在海中建造排水接收井，用于顶管机回收。

当前，顶管机施工的排水管道已经建造完成，海中硬质石层海床条件下分两阶段建造的排水接收井施工方案也成功实施，并顺利完成顶管机回收工作。

本发明通过在目标海域的预设回收位置安装预制钢沉箱形成围堰，对围堰进行抽排水，清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，对驶入接收井的微型隧道顶管机进行回收，使得本发明在具体实施时，首先对目标海域的预设回收位置安装预制钢沉箱形成围堰，然后再对围堰进行抽排水，清淤以及二次打石施工，形成微型隧道顶管机的接收井，回收顶管机，使得本发明提出了能够在海中硬质石层海床条件下，完成陆对海微型隧道顶管机的回收技术，解决了相关技术中在采用微型隧道顶管机施作海水引水管道时，如何在海中硬质石层海床条件下快速建造接收井以及回收微型隧道顶管机亟待解决的技术问题。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，包括如下步骤：

在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工；

对所述预制钢沉箱围堰进行抽排水；

在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成所述微型隧道顶管机的接收井；

对驶入所述接收井的微型隧道顶管机进行回收。

2.如权利要求1所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤以及二次打石施工，形成所述微型隧道顶管机的接收井步骤，包括：

在所述预制钢沉箱围堰内进行清淤施工，以露出所述围堰内的海底基岩；

对所述海底基岩进行测量放线，以确定二次打石所对应的待开挖区域；

在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高；

在所述钻孔内填充具有目标厚度的砂料；

对所述钻孔范围内的海底基岩进行破碎打石施工，形成施工槽；

对所述施工槽对中间岩石进行切割并清除，完成所述二次打石施工。

3.如权利要求2所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在所述待开挖区域内钻孔取芯并破碎岩石开挖至预设标高，形成施工槽的步骤，包括：

在所述待开挖区域两侧短边1.5m×4.5m范围内分别钻孔取芯至预设标高，破碎钻孔范围内岩石，开挖得到两个具有目标尺寸的凹槽两个所述凹槽形成所述施工槽；其中，所述施工槽的槽底标高为-21mPD。

4.如权利要求3所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述对所述钻孔范围内的海底基岩进行破碎打石施工的步骤，包括：

在其中一个所述凹槽所对应的所述回填砂料顶面环切至少两个间隔分布的水平钻孔；其中，所有所述水平钻孔均将两个所述凹槽连通；

操作链锯穿过两个端部的所述水平钻孔，对中间岩石进行水平切割；

再操作链锯分别沿两个端部水平钻孔对中间岩石进行垂直切割；

用起重驳船吊走切割断开的中间岩石，实现破碎打石施工。

5.如权利要求1至4中任一项所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在目标海域的预设回收位置进行预制钢沉箱围堰施工的步骤，包括：

测量所述目标海域，根据测量结果确定所述预设回收位置；

在所述预设回收位置进行预制钢沉箱的沉箱施工；

在所述预制钢沉箱的外周施作封底混凝土，形成所述围堰。

6.如权利要求5所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在所述预设回收位置进行预制钢沉箱的施工步骤，包括：

对所述预设回收位置进行海床的清淤整平施工；

在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放。

7.如权利要求6所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述对所述预设回收位置进行海床的清淤整平施工的步骤，包括：

对所述预设回收位置进行清淤施工至露出海底岩层；

在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平施工。

8.如权利要求7所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平施工的步骤，包括：

在所述预设回收位置对所述海底岩层进行整平，形成整平区；

在所述整平区布置隔泥帷幕；

在所述隔泥帷幕的外周自下向上依次铺设两层均具有预设高度的混凝土砌块，完成整平施工；其中，位于最上层的所述混凝土砌块的顶部标高高于海底淤泥的顶部标高；

所述在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放的步骤，包括：

在已完成清淤整平施工的所述预设回收位置，将所述预制钢沉箱吊装并放置于所述隔泥帷幕的内侧，以进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放。

9.如权利要求8所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，在所述已完成清淤整平施工的所述预设回收位置进行所述预制钢沉箱的吊装和沉放的步骤之后，还包括：

在所述预设施工位置对所述预制钢沉箱体内进行石料回填；

在所述预制钢沉箱的外周间隔施作至少两根钢管桩以将所述预制钢沉箱固定于所述海床。

10.如权利要求9所述的硬质石层海床条件下两阶段成井海中回收顶管机施工工法，其特征在于，所述在所述预设施工位置对所述预制钢沉箱进行回填的步骤，包括：

在所述预设施工位置对所述预制钢沉箱体外侧底部进行混凝土回填施工至高于或者等于海底淤泥的顶部标高；

对所述预制钢沉箱内石料回填至钢沉箱顶面以下约1m处，必要时可采用振动压路机压实回填石料。

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