沉管隧道异形管节安装对接监控技术研究

孔维达

(广州打捞局，广州 510260)

香港沙田至中环线(沙中线)项目将铁路由九龙延伸至香港岛，接驳至湾仔北的新车站，再到达金钟总站。新过海铁路隧道将采用沉管隧道方式兴建，过海铁路隧道全长约1.7 km，共有11节管段，每节长约156 m，宽约18 m，重约23 000 t，全部在石澳干坞预制，将逐一沉放至维多利亚港海床已挖掘的基槽内，在海中进行对接，构建成为香港第4条过海铁路隧道。

1 概述

沙中线隧道中弯曲的异形沉管共3节，分别为E1、E10和E11，图1所示为石澳预制厂内所有的沉管，可以看出沉管弯曲弧度较大，这样会给沉管的对接监测带来诸多影响，需要对现有的作业方法及系统进行改进修正。

图1 石澳预制厂内所有沉管Fig.1 Elements in Shek O Yard

2 沉管定位原理

沉管安装后的轴线偏差一般为±50 mm，其精度涉及到作业窗口的合理选取、设备性能、沉放设备的操控能力和管节沉放过程中的动态测量水平，通常采用测量塔将沉管的定位由水下转换成水上[1-2]。安装对接定位传统方法为全站仪的光学测量，而目前使用最多的是RTK测量，可以进行实时连续测量，配合软件系统即可实现数字化、信息化的三维立体显示[3]。

沉管对接定位原理，其数学模型为

Xp=Xgps+△XR(p,r,h)

(1)

(2)

其中：p=-pitch；r=-roll；h=heading。

式中：Xgps=(x,y,z)T为GPS位置，由RTK直接采集；△X=(△x,△y,△z)T为沉管坐标系中任意一点与GPS的相对位置关系，在沉管坐标系统建立后，其为固定值；R(p,r,h)为欧拉旋转矩阵；Pitch、roll、heading为沉管瞬时姿态值，由姿态传感器测量得出。

结合对应的瞬时GPS位置信息和姿态信息，推算出沉管任一点位坐标，从而实现沉管定位功能[4-7]。……