水下多孔空心方块安放工法适用范围

《水下多孔空心方块安放工法》可以运用于各种结构物（在吊机起重范围内）高精度的水下定位，如防坡堤块体安装定位；河床护坦施工等。

其核心技术"水下多孔空心方块定位系统"可以应用在任何一种单个物体（构筑物）的安装，无论它是在水上还是在水下；还可以利用该技术原理开发出各种各样的特殊安装系统，为工程技术服务，开辟水工构筑物"盲"定位技术新领域。

水下多孔空心方块安放工法工艺原理

《水下多孔空心方块安放工法》的工艺原理叙述如下：

多孔空心方块斜坡堤的外形、顶标高有明确的规定，但是，海底标高不同，堤身高度随海底标高的不同而变化。由于多孔空心方块单个构件尺寸较大，无法通过增加或减少安装层数来调节较小的堤身高度变化，因此必须通过改变多孔空心方块的纵横间距来调节堤身高度。多孔空心方块分层安放，层与层之间呈梅花形布置，即上面一层的多孔空心方块始终放在下一层四个多孔空心方块的中间，如果调整多孔空心方块的间距，那么上层块体的嵌入深度就会发生变化，这样，层高就会发生变化，从而达到了调节堤身高度的目的。

一、通过模型试验确定多孔空心方块安放的间距和层数值等参数

参数确定后，多孔空心方块在沿堤轴线各里程的空间位置亦确定，可以计算出每一个多孔空心方块的三维坐标值。

二、采用一套自动跟踪空间定位系统进行安装定位

当输入多孔空心方块质心点的设计三维坐标后，定位系统自动跟踪多孔空心方块的即时位置，并与设计坐标值进行比较，随时提示操作人员多孔空心方块的位置和与设计值的差距，从而控制多孔空心方块安装过程。

三、安装定位系统的原理

系统采用分级定位原理，如图1方块导堤GPS定位计算原理立面图和图2方块导堤GPS定位计算原理平面图所示。

1.船体位置确定：采用两台RTKGPS以确定船体位置，并由GPS实时定位结果计算吊机旋转中心O位置。

2.吊臂方向测定：通过吊机转向传动齿轮带动光栅角度传感器，并由光栅角度传感器记录吊机的转动角度α₁以计算吊臂的方向。

3.吊臂倾斜测定：吊臂倾斜度α₂通过安装在吊臂上的测倾仪测定。

4.吊钩线倾斜测定：吊钩线倾斜度β₁、β₂通过安装在吊钩线上的双轴测倾仪测定。

5.天菱（A）位置（坐标）计算：天菱（A）相对吊机旋转中心（O）的位置由吊臂长度（L₁）、吊臂方向（α₁）和吊臂倾斜度（α₂）计算。

6.多孔空心方块质心（B）位置（坐标）计算：多孔空心方块质心（B）相对天菱（A）的位置由吊钩线长度十多孔空心方块对角线半长（L₂）、吊钩线在平面投影上与两坐标轴方向的夹角计算。高程也用相同原理推导出来。

四、系统精度

系统精度主要与监测仪器（如光栅角度传感器和双轴测倾仪）初始度数设定、设备齿轮传动间隙、钢丝绳的弯曲度和监测仪器安装位置有关。

1.首先在陆地用这套安装系统安放多孔空心方块与用全站仪实测，比测结果：平面测量误差15厘米，高程测量误差16.5厘米。

2.再在海上现场安装试验。试安装作业是检验系统运行的稳定性、可靠性，中交第三航务工程局有限公司对774个多孔空心方块安装数据进行采集分析，其中459个多孔空心方块为吊机1号安装，315个多孔空心方块由吊机2号安装，海上安装受船体摇晃影响，位置误差明显增加，但系统仍然能够准确地测量到多孔空心方块的实际位置。统计数据见表1。

水下多孔空心方块安放工法施工工艺

• 工艺流程

《水下多孔空心方块安放工法》的施工工艺流程见图3。

• 安装仪器及各项参数测定

船机改装主要是在安装船吊机上安装传感器，测量吊机的各种姿态数据，据此计算多孔空心方块质心坐标。《水下多孔空心方块安放工法》安装仪器及各项参数测定如下：

一、吊机旋转角的测定

在吊机的旋转部位安装光栅角度传感器，光栅角度传感器与吊机的固定底座紧密接触。吊机旋转时。光栅角度传感器的转子受底座摩擦而发生旋转，通过参数设定，可以根据光栅角度传感器的旋转数计算出吊机的平面旋转角。

二、吊臂倾角的测定

在吊机吊臂上安装双轴测倾仪，根据双轴测倾仪的数据可推算出吊臂的倾角。

三、钢丝绳倾角的测定

在吊机大钩钢丝绳上套一根钢套管，套管的直径与钢丝绳粗细相当，使套管能与钢丝绳紧密接触，这样就能确保套管与钢丝绳的倾斜方向一致。

在套管的外壁上安装双轴测倾仪，双轴测倾仪同时检测钢丝绳的级纵倾和横倾角度，由此可推算出钢丝绳的倾斜方向和倾斜角度。

四、钢丝绳下放长度的测定

在吊机大钩上连接一根钢丝绳，钢丝绳通过吊臂连接到吊机后部的滑轮组上，滑轮组上悬挂重物并可沿固定跑道上下滑动，当大钩钢丝下降时，可拉动滑轮组沿跑道上升，大钩起升时，重物带动滑轮组下降，通过检测滑轮组的上升和下降距离，即可推算出大钩钢丝绳的下放距离。

在吊机的顶端安装测距仪，通过测距仪即可检测滑轮组的上升和下降高度。

• 模型试验

《水下多孔空心方块安放工法》的模型试验如下：

通过改变多孔空心方块的纵横间距来调整堤身高度。

通过室内安放试验，找出最佳堆放层数和同层块数，使空心方块空隙率达到41%。确定各种断面水深堤身宽度情况的空心方块的行列间距和层高等参数。

• 空心方块安装

《水下多孔空心方块安放工法》空心方块安装如下：

一、底层多孔空心块体的安放

1.底层多孔空心方块采用平吊，吊起后多孔空心方块呈水平状态，以保证安装后多孔空心方块仍呈水平状态，安装间距由模型试验的结果确定。

2.安装船顺堤轴线停放，根据GPS显示数据移船到位。

3.按模拟试验所确定的纵、横向间距，将参数输入电脑，完成程序设置。

4.吊起多孔空心方块，按电脑屏幕显示的理论位置和实际位置，移动吊臂，安放多孔空心方块。安放时尽量确保多孔空心方块能水平着底。

二、第二层及其上各层多孔空心块体的安放

1.第二层及其以上的多孔空心方块采用单点吊，吊起后块体呈倾斜状态。

2.第二层及其以上的多孔空心方块的安放步骤与第一层相同，但横向安放行数为：若第一层为n行，则第二层为n＋1行，第三层为n行，其后每增加一层行数减少一行。

3.相邻两层的多孔空心方块从平面看呈梅花形布置，即上层块体均安放在其下层块体的空档处。

三、水面附近及以上多孔空心方块安放

安装水面以上多孔空心方块时，除按间距控制外，还需结合实际情况，将块体安放在下层块体的空隙处，以确保上层块体的稳定性。多孔空心方块斜坡堤的堤顶顶宽6.9米、随机安放三块多孔空心方块。

四、安装定位系统操作事项

1.必须在具有GPS卫星定位信号和差分信号的空间使用；能推导出二维或三维坐标值的单个物体（构筑物）定点安装。在水下安装时，水深或流急情况下，应保持水下段吊装钢丝绳呈一直线，否则安装误差会随着钢丝绳的弯曲而增加。

2.系统中的监测仪器如光栅角度传感器和双轴测倾仪，应避免雨淋或水体浸蚀，保持电源在常通状态。

3.系统在使用过程中，或停止使用一段时间，电源停止供电，恢复使用前，必须在吊机吊臂回到起始位置时，重新设置仪器的初始读数。

4.多套安装系统可以同时共用一套GPS卫星定位接收器的信号。

5.一套安装系统有一组操作系统（指令输入），可以有多个监视系统（不可操作）。

6.吊装物体（构筑物）的钢丝绳一旦放松，读数无效。

7.操作过程中应注意系统中的两台GPS接收机工作状态是否处于正常的锁定状态，数据是否实时刷新。

8.操作过程中应注意系统中的吊臂方向传感器、钢丝厂度传感器、吊臂倾角传感器、钢丝请教传感器的数据是否实时刷新。

• 劳动组织

由于施工进度计划紧，采用《水下多孔空心方块安放工法》安装时按照连续作业每日三班。表2列出每台吊机的人员组织。另外配备有正常的空心方块运输施工船舶。