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深水清淤关键技术与设备研发

时间:2017-10-29 点击:




 

申报单位:中交广州航道局有限公司

合作单位:中交第一航务工程局有限公司、上海振华重工(集团)股份有限公司

主要完成人:林鸣、曹湘波、陈林、杨巍、向宏 、宿发强、刘德进、王学军、尹刚 、原林林、谢彬、孟博

项目起止时间:2012-03-01至2014-12-01

项目性质和主要来源:由中交广州航道局有限公司自行立项

获奖情况:2016年中国水运建设行业协会科学技术奖一等奖

项目简介及创新要点:

1. 项目所属科学技术领域

本课题技术领域为航道疏浚工程、海底隧道基槽工程、远海疏浚工程。

2. 主要科技内容

“深水清淤关键技术与设备研发”主要应用于海底隧道建设领域、海底管道铺设时的基槽清淤工程、环保疏浚项目以及环保要求较高的常规疏浚项目。研发的主要内容:

1)研发了适合基槽清淤的专用清淤吸头成套装置,通过试验研究和三维数模仿真等多种方法,优化吸头参数,达到高精度清淤要求和不扰动碎石垫层的目的,在基槽纵向多变坡比情况下,能够始终平行于施工面施工。

2)创新的研发基槽床面防损系统和触底保护装置,在风浪流较大的施工条件下,保护基槽施工面不被破坏,保护清淤设备不被损坏。

3)为达到施工水深50米和基槽施工的高精度要求,设计桁架式轻质刚性桥梁,并采用恒张力吊点设计平衡80米桥梁起吊受力不均的问题。

4)一套清淤定位系统,最大限度降低施工区风浪流影响,实现清淤吸头的精确定位。

5)研发一套装驳系统,能够在距离施工船舶1公里处实现不靠泊快速装驳,满足环保施工的要求。

6)针对槽底平整度交叉、相邻区域存在高差的难题,研发了定点清淤的施工工艺。

(7) 研发设计建造了具有自主知识产权的,集定位测量、水下抛石、深水整平、质量检测为一体的自升平台式高精度碎石铺设整平船。

(8)形成了达到有效克服现场底槽水深大、外海敞开水域施工流速大、抗风浪能力强、施工管理系统先进、施工精度满足港珠澳大桥沉管隧道基床整平施工技术要求的科学先进的高精度碎石铺设整平施工工艺。

3.技术经济指标

1)实现了沉管隧道深基槽以及碎石层高精度清淤功能,特别是解决了对已安放沉管端部局部清淤难题。清淤质量满足以下设计要求:

序号 检测时机 淤泥清除标准 检测时机及频次 检测方法

①基槽精挖后抛石夯平前 当隧道基槽底含水率<150%或密度>1.26g/cm3的回淤沉积物厚>0.3m 抛石夯平前7天测一次;探摸每个管节不小于6个点或测深仪每10m一个断面 采用双频测深仪或潜水员探摸

②抛石夯平后碎石整平前 密度>1.26g/cm3的回淤沉积物厚超过10cm;或者密度>1.15g/cm3的回淤沉积物厚>30cm 碎石整平前15天、7天各一次;探摸每个管节不小于20个点或测深仪每10m一个断面

③碎石整平后管节沉放前 密度>1.26g/cm3的回淤沉积物厚超过4cm;或者密度>1.15g/cm3的回淤沉积物厚>8cm 管节沉放前每25天一次;探摸每个管节不小于10个垄沟

2)新研发的刚性轻质清淤船桥架长度达到80m,采用恒张力吊点设计、多种传感器检测控制等手段,在外海风浪流较大施工条件下,实现了水下50m定点清淤所要求的高精度;

3)两套自主研发的高效清淤吸头,分别适应碎石面精细清淤和块石面快速清淤的不同工况;

4)自主研发的装驳系统以及适合无遮蔽海域使用的耐久性排泥管线。

经济效益和社会效益:本项目自主研发的各项成果,对我国海底隧道建设、疏浚行业均有积极的推进作用,有效解决了世界性技术难题,填补了我国深水高精度清淤技术与设备的空白,使我国隧道基槽清淤技术达到世界领先水平。

本次项目研发的超长轻结构桥梁,是一次创新性的尝试,扩展了绞吸挖泥船的施工区域,在不改变原船体结构的基础上,使施工水深提高了一倍,符合工程项目发展对挖泥船的需求,为现有挖泥船的改造提供了很好的借鉴。专用清淤吸头集多功能于一体,满足清淤的多种需求,尤其是充分考虑了对底部原状土结构的保护,在环保清淤中将发挥重要作用。深水清淤技术的研究和专用清淤吸头的研发将工程实践与高端研究技术相结合,其研究结果对清淤行业有积极的推进作用。刚性轻质桥梁配合专用清淤吸头和先进的定位及控制系统将大大提高了施工精度,使施工质量提升一个台阶。

该项目研究成果成功应用于港珠澳大桥隧道基槽清淤工程,解决了碎石基床清淤施工的难题,保证港珠澳大桥的施工质量,产生积极的社会效益。该研究成果填补国内相关深水清淤工程专用设备和技术的空白。深水定点清淤技术和关键设备可以推广至其他挖泥船的改造,适应不同施工需求,将在隧道基槽清淤施工、环保清淤等工程中有很好的应用前景,社会效益显著。