一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法技术

本发明专利技术属于疏浚吹填施工技术领域，具体地，涉及一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法。包括以下步骤：步骤1施工准备；步骤2分层吹填；步骤3施工收尾。适用于本发明专利技术施工方法的一种可移动式高精度水下分层吹填设备，其特征在于，包括：浮式平台、泥浆输送管道、移动定位绞车、分层吹填模块、监测模块和控制模块。本发明专利技术在对施工水深、水流、波浪等环境条件监测分析的基础上，通过动态调整吹填流速、浓度、下放深度、移动速度等参数，实现对沉积层的厚度和平整度的高精度控制，有助于提高连续作业施工效率，提升吹填平整度，降低对周围水域环境的影响，保障工程质量。保障工程质量。保障工程质量。

【技术实现步骤摘要】
一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法


[0001]本专利技术属于疏浚吹填施工
，具体地，涉及一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法。

技术介绍

[0002]填筑式人工岛建设不断面临复杂施工条件带来的挑战，如施工区域水深过大、波浪及气候异常、深厚软土复杂地质、建设材料受限等。同时，海外疏浚工程对施工精度的要求也与国内工程存在显著差异，尤其是在吹填平整度和工后沉降方面检测更严格，这对吹填过程中的厚度和平整度控制提出了更高精度的要求。目前吹填施工方法主要包括直接吹填法和分层吹填法，其中国内常用直接吹填法是采取传统分区、分块的逐步推进式吹填施工方法，具体为在吹填过程中不区分吹填土质。在分期分批吹填作业后，由于不同分区土质不一致，容易造成吹填精度和平整度低的局面，甚至在地基沉降严重不均匀时导致地基失稳、吹填层滑坡等问题。因此该方法无法满足上述工程中对于吹填平整度高、高质量吹填施工的需求。而分层吹填法的应用主要呈现为：
[0003](1)授权公告号：CN 109083099 B，名称：一种吹填淤泥造地的施工工艺及其装置，该专利技术装置包括固化处理系统和改良泥浆的摊铺系统，其施工流程为：
[0004]1、将淤泥泥浆吹填至吹填区域或沉淀池中，经沉淀形成浓稠淤泥泥浆的堆积层；
[0005]2、用泵抽装置抽取浓稠淤泥泥浆，同时向浓稠淤泥泥浆输送固化剂，在泵前或泵后管道内将浓稠淤泥泥浆与固化剂混合形成混合泥浆；
[0006]3、将混合泥浆输送至拌合输送装置中，形成改良泥浆；
[0007]4、将改良泥浆输出，通过连接管段输送至摊铺管系统；
[0008]5、摊铺系统将改良泥浆铺设至指定厚度。
[0009]不足之处在于：1、该方法适用于淤泥土质吹填造地施工，对于其他土质是否适用有待确认。2、该工艺通过向淤泥掺加固化剂的方式形成改良泥浆，固化剂的配置以及其质量、效果、是否对施工水域有影响是一项巨大的技术难题和挑战。3、摊铺系统对固化改良后的吹填淤泥如何按照一定的时间间隔和厚度进行分层逐层摊铺吹填表述不清楚，这对于吹填平整度和质量控制没有特别大的指导意义。
[0010](2)公告号：CN 102493396 A，名称：围海造陆分层吹泥施工方法，包括以下步骤：船机选择；中隔埝设置；管线及吹填管口布置；泄水口设置；吹填。效果是采用分层吹填工艺，先挖取淤泥质粘土吹填至造陆区的下层，再挖取下层粉质粘土、粉土、粉砂等透水性较强的土均匀地吹填在造陆区上层1.0～1.5m厚，吹泥结束后，有组织地将表面积水排除，表层1.0～1.5m厚的土将具有较高的承载力，使之形成具有一定的耐力的工作垫层，为后续软基处理施工打下良好基础。不足之处在于：1、施工前需要建设围堤，管线沿吹填区四周围堤进行布设，在吹填区中间部位设置中隔埝，前期成本高、耗时长，这对于在开敞海域大水深条件下大范围地吹填施工并不适用。2、吹填不同土质需要调整管口间距，施工连续性差。 3、施工需要吹填区同时布置多个吹填管口，其与排泥管采用三通进行衔接，管线布置要求
高，并且排泥管线和管口数量大，施工成本高。
[0011](3)授权公告号：CN 109083099 B，名称：一种围填海陆域形成的施工方法，该专利技术用于浅堤内的施工，浅堤区分为第一吹填区、第二吹填区和第三吹填区；第一吹填区与第二吹填区之间设有蓄水湖；第三吹填区紧贴第二吹填区；围填海陆域形成的施工方法包括针对第一吹填区和蓄水湖的吹填泥施工阶段及针对第二吹填区和第三吹填区的吹填砂施工阶段；吹填泥施工阶段包括选用两艘绞吸挖泥船进行绞吸挖泥和吹填管线的铺设；吹填砂施工阶段包括依靠取砂船上安装的砂泵将砂水混合物吸起后运至吹砂船旁，用吹砂船进行吹填砂施工；本专利技术保证第一岸管和第二岸管不受损坏，利用绞吸挖泥船和吹砂船对不同吹填区进行吹填泥和吹填砂施工。不足之处在于：1、该方法分成3个吹填区，对第一吹填区进行吹泥施工，对第二吹填区进行吹泥和吹砂联合施工，对第三吹填区进行吹砂施工，这种分区和不同土质吹填的方式仅适用于典型工程，不具有普适性。2、该方法阐述了统一采用布置管道输送的方式进行吹填施工。其中对于吹泥施工，利用绞吸挖泥船进行边挖边吹；对于吹砂施工，采用取砂船、运砂船与吹砂船配合的方式进行吹砂施工，但对于吹填过程中平整度的把控并未提及，吹填施工效率虽然比较高，但是吹填过程中平整度和吹填质量无法量化控制，这对于后期地基处理不利。3、该施工方法专用于浅堤区内吹填施工，并未考虑水流、波浪等较差环境下对施工方法的影响，这表明该方法对于在开敞海域面临恶劣环境条件下进行大型吹填工程不适用。
[0012]综上所述，目前的分层吹填法在吹填过程较为粗放，步骤可概括为：1)将施工区分区、分块；2)通过吹填设备以移动(水上摊铺器)或静止(前期布排管线)的方式释放固定流速的沙水混合物，以此形成一定厚度的泥沙沉积层；3)吹填完成后排水沉降。该类方法无法在施工过程中对吹填浓度、移动速度等进行灵活调整，也无法对外部环境变化做出及时响应，因此在吹填的过程中不能对沉积厚度进行有效控制，仅适用于近海岸工程和施工环境良好的工程。对于复杂环境条件的吹填工程，其吹填平整度和精度效果的提高以及施工工艺有待进一步地探究与优化。
[0013]因此，针对吹填工程中存在的这些问题和需求，现提出一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法，为解决施工中受到外在环境影响产生的平整度、精确度低问题，以及降低泥沙流失和减少后期整平作业难度，具有重要的工程意义和实用价值。

技术实现思路

[0014]为解决上述吹填施工工艺中存在的缺陷，本专利技术针对疏浚吹填工程对吹填平整度和施工精度的需求，基于传统的分层吹填施工方法，提出一种适用于开敞水域的移动式高精度水下分层吹填控制施工方法，在对施工水深、水流、波浪等环境条件监测分析的基础上，通过动态调整吹填流速、浓度、下放深度、移动速度等参数，实现对沉积层的厚度和平整度的高精度控制，有助于提高连续作业施工效率，提升吹填平整度，降低对周围水域环境的影响，保障工程质量。
[0015]为实现上述目的，本专利技术方法技术方案主要包括以下内容：
[0016]一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法，包括实施步骤：
[0017]步骤1施工准备
[0018]步骤1.1搜集整理施工资料，确认每天吹填施工工作量、吹填土质、施工区域地形、
历史水文气象等基础信息。
[0019]步骤1.2对施工区域进行分区分层规划
[0020]根据吹填土质、关键吹填装置的吹填能力及施工区域地形将施工区域划分为小格区域，根据吹填土质差异进行分层。
[0021]分层遵循下面的原则：吹填平整度要求越高，分层吹填厚度设计值越小；在施工前期，利用数值模拟、试验等手段预测适用于施工土质的合理分层厚度参数；若无相关数据参考，则采用下面的推荐值：
[0022]优选的，砂土类分层厚度为0.3～0.8m，粒径越大，分层厚度越大；
[0023]优选的，粘性泥沙和淤泥类泥沙的分层厚度为0.5～1.0m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动式高精度水下分层吹填控制施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1施工准备步骤1.1搜集整理施工资料，确认每天吹填施工工作量、吹填土质、施工区域地形、历史水文气象等基础信息；步骤1.2对施工区域进行分区分层规划根据吹填土质、关键吹填装置的吹填能力及施工区域地形将施工区域划分为小格区域，根据吹填土质差异进行分层；步骤1.3规划移动式高精度水下分层吹填设备的工艺参数和移动路线通过理论计算或者数值模拟预测的手段，根据吹填机具的宽度、设计吹填厚度等设计参数规划该设备的输送浓度、流量等工艺参数和移动路线；步骤1.4在各分区布设吹填高度监测装置在各分区均匀布设测量吹填高程的装置，以便完成施工中的监测工作，确保吹填质量；步骤1.5对施工区域海床面扫描测量，清除或者移除障碍物步骤2分层吹填步骤2.1移动浮台至施工目标位置浮式平台通过拖带(缆)与辅助船相连接，依靠辅助船移动至施工的初始位置；步骤2.2下放吹填机具通过高度控制移动设备放缆将吹填机具逐渐下放至施工高度，并根据监测模块的数据反馈，调整下放高度以及波浪补偿器行程，保证吹填机具的出流口与底床始终保持距离一致，减小泥沙流失；步骤2.3分区内控制浮式平台进行移动式吹填浮式平台依据预先设定的移动速度与轨迹路线，通过收放缆移动浮式平台分层吹填；同时，吹填过程中，利用监测模块对实际输送泥浆的流速、浓度以及施工区域波浪情况的实时反馈，借助航迹跟踪功能来调整收放缆参数，实现及时纠偏，保证浮台始终按规划路线移动；步骤2.4分区内吹填质量检测与施工工艺调整分区完成每层吹填施工后，利用布设的高程测量仪器对吹填厚度及均匀程度进行检测，若合格则开始下一层吹填作业；如果不合格则根据需要合理调整吹填设备的移动速度、输送泥浆流速及浓度等施工参数，进行补吹：为了增加吹填厚度，可适当提高输送泥浆浓度或流速，或者适当降低浮式平台移动速度；为了增加吹填平整度，可适当降低浮式平台移动速度或吹填机具距离床面的距离；为了减少潮流对吹填扩散范围的影响，采用顶流施工的方式，或者适当降低浮式平台移动速度；步骤2.5下一分区持续施工当该施工分区完成预定层数的施工，则控制系统通过动态定位功能将浮式平台移动至下一施工分区的初始目标施工位置，并重复步骤2.1
‑
步骤2.4；步骤3施工收尾各分区吹填结束后，将吹填机具收回至浮式平台；浮台起锚，辅助船将其拖出施工区域。
在施工过程中调整输送流速和浓度时考虑以下因素：在吹填过程中，为了增加平整度，降低吹填流速或浓度；土质变化导致浓度变化大时，增加输送流速；施工区监测到风浪变大时，增加输送流速与浓度；2)浮台移动速度：浮台的移动速度是吹填平整度的核心参数；在施工前期，利用数值模拟、试验等手段预测适用于施工土质的合理浮台移动速度参数；由控制系统在接收到流速仪和浓度计的数值后，结合预测或设计的吹填厚度、宽度计算得到，具体公式如下：其中，v
ship
为计算得到的移动速度，单位m/s；Q
soil
为根据流速仪和浓度计测量值计算得到的单位时间内泥沙输运量，单位m3/s；W
soil
为分层回填宽度，单位m；D
soil
为分层回填厚度，单位m；上述公式为理想状态下即静水情况的浮台移动速度，仅考虑了基础类因素即输送泥浆流量以及吹填的厚度与宽度；在实际工程中使用，特别是在施工环境复杂的情况下，以此速度移动吹填，土层的平整度和精确度的误差均较大；因为浮台的移动速度就相当于泥浆出流后的速度，在同向或反向水流的作用下，泥浆实际出流后的摊铺距离会增长或减小，也导致吹填的厚度同步减少或增加；针对此问题，为实现精确控制吹填质量，实际计算浮台的运动速度应考虑水流流速，即理论计算值加上或减去浮式平台移动方向上水流流速分量值，具体公式如下：V
real
＝V
ship
±
cosθV
′
其中，V
real
为实际浮台行进速度m/s；V
ship
为理论计算得到移动速度m/s；θ为水流方向与浮台移动方向的水平角；V
′
为水流流速m/s；浮台的移动速度不超过0.5m/s，更进一步增加考虑不同土质的影响，同施工条件、同泥浆输送量，不同土质，由于沉降速度不一样...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宇驰，陈沁泽，孙慧，李盼盼，张晴波，陶润礼，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：