大型沉箱出运及水上安装施工技术.doc

大型沉箱出运及水上安装施工技术 摘 要 沉箱出运、安装为例，介绍气囊出运、起重船助浮安装2200T沉箱的施工技术。关键词 沉箱；出运；浮游；安装1 工程概况工程位于泉州湾南岸，码头设5万吨级集装箱专用泊位一个，主体水工结构要求兼靠8万吨级散货船。码头型式为重力式沉箱结构，共设基础沉箱18个，单个沉箱重约2200吨，尺寸为：19.4m13.85m19.1m，内设15个隔仓；沉箱顶面标高为+0.60m，设计底标高为-18.50m。码头设计高水位+3.14m，设计低水位-2.19m。本地潮位特征值：最高潮位+4.47m，最低潮位-3.20m，平均高潮位+2.57m，平均低潮位-1.72m，平均潮差4.42m。施工海域原泥面标高-13.60m-15.80m，码头东端100m基础地层为岩石地质，需进行炸礁作业。本工程具有沉箱规模大，工期紧，施工受台风、季风影响大，沉箱安装需赶潮作业等特点。沉箱在现场预制，预制场设在紧临4#泊位的3#泊位后方，距离沉箱安装现场约300 m。预制场东西长330 m，南北长72m，东侧、南侧两面临海。沉箱出运及安装采用公司自有的气囊设备、浮船坞和起重船等组织实施完成。2 工艺简介21沉箱陆上运输：本工程沉箱预制场及出运通道基础为回填开山石结构，地基经强夯处理后，满足气囊出运承载力要求。陆上运输采用直径1.0 m超高压气囊和4台卷扬机配合组成的牵引系统，将沉箱经两次横移一次纵移转运后，运抵出运码头。22沉箱水上运输及安装：考虑到本地潮差大、水流急的特点，选在涨潮水位适宜时，浮船坞靠泊出运码头，通过陆上和船上牵引系统将沉箱搬运至浮船坞上。利用潮水上涨和减载压仓水，浮船坞绞缆离开出运码头，并通过锚碇系统将沉箱拖运至下潜坑位置。浮船坞按要求定位后下潜至一定深度，利用200T起重船牵引沉箱出坞并吊运沉箱至安装位置，待低潮时利用起重船助浮完成沉箱安装。 3 工艺策划沉箱出运及安装是一个系统的工程，从沉箱预制场地规划布置，到出运通道改造，再到气囊搬运沉箱上浮船坞等都应充分考虑到沉箱安装的需要。31 预制场地的规划布置预制场地的规划布置综合考虑了该工艺安装沉箱的各项需要，如图1所示。预制场地内布设的门机、塔吊除了考虑到沉箱预制需要外，还考虑了通过其安装沉箱顶层构件及安装工作平台的需要。作者简介李春续（1969-），男，中交四航局福州分公司工程师，主要从事港口工程施工及项目管理工作。 图1：预制场布置断面示意图32 出运码头沉箱出运码头按浮船坞使用要求设计，通过凿除3#泊位过渡段胸墙改造面成，如图2所示。码头长29.0m，宽23.0m，顶标高为+2.40m。码头前端设置供浮船坞搭接使用的承台，承台顶标高+1.15m。 图2：出运码头改造平面布置示意图33 浮船坞“四航东南号”浮船坞型长52.0 m，型宽35.0 m，型深3.90m，空载吃水1.50m，满载吃水3.50m，最大沉深17.40m，下潜到最大沉深需要时间为33.5小时。全船为整体钢质结构，船艏设浮船坞与码头搭接结构，长1.60m宽24.00m高1.20m，顶面与甲板面平。34 设置安装水尺及测量标志点沉箱出运前，在其四角两侧面喷涂安装观测用水尺，水尺以沉箱底面为高程起点，喷涂刻度自高度6.0m开始，终点至沉箱顶面上。水尺以10cm为刻度单位，用红白油漆间隔喷涂。沉箱安装前在沉箱四边角顶面设置位移、沉箱观测点，以此检查、复核沉箱安装及安好后沉箱走位、沉降情况。35 下潜坑设置根据浮船坞下潜、沉箱出坞要求并结合港池水深测量图，在距出运码头前沿50m处，顺岸线方向选定一水域，平面尺寸为80m宽50m，作为下潜坑，并对其底面进行清底（标高不足的部分）、铺砂作业，使处理后的标高控制在-15.60m。36 参数确定(1)沉箱浮游稳定验算为确保沉箱出坞、浮游拖运和安装顺利、安全进行，沉箱出运前，需对其进行浮游稳定性计算，以此作为施工重要参考数据。本工程按近程浮运（m 0.2m）格仓平均灌水4 m计算沉箱浮游稳定汇总如下表一。表一：各隔仓灌水（m）重量G（t）总排水量V（m3）重心YG（m）吃水T（m）浮心YC（m）重心到浮心距离（m）定倾高度m（m）定倾半径（m）前1前2前3前4前52096.42835.56.631225609054040873063064306306中1中2中3中4中544444后1后2后3后4后54994994499499(2)浮船坞下潜深度计算载运沉箱的“四航东南号”浮船坞型深3.90m，沉箱底面距甲板面高0.30m，浮船坞下潜至沉箱浮游稳定吃水12.25m时，浮船坞底与下潜坑底面按0.30m富裕水深计算。则此时浮船坞下潜深度应为H1=3.90+0.30+12.25=16.45m；浮船坞下潜坑水深应为H2= H1+0.3=16.75m。(3)下潜出坞潮位及时间确定本工程沉箱经计算浮游稳定吃水深度为12.25m，沉箱支垫高度0.30m，考虑沉箱出坞安全及起重船助浮作用，“四航东南号”需要潜深16.45m才能满足沉箱安全出坞要求，而整个潜深过程需要时间33.5小时，沉箱出坞所需时间为0.51小时，故沉箱出坞时下潜区域当天潮位必须满足：高潮潮位水深16.75m，且此潮位必须维持在1小时以上。“四航东南号”浮船坞开始下潜，时间选在下潜区水深达到16.75m之前45小时进行。4 沉箱出运及安装41 工艺流程陆上气囊出运沉箱 气囊搬运沉箱上浮船坞 浮船坞拖载沉箱至下潜坑位置并下潜至指定深度 起重船牵引沉箱出坞 复测沉箱基床标高起重船吊运沉箱至安装位置 起重船助浮安装沉箱到位 起重船吊离工作平台进行下一个沉箱安装42 工序施工(1)沉箱陆上出运及上坞 气囊搬运沉箱是一项新工艺,本工程沉箱出运采用气囊搬运，搬运过程共设计进行两次横移和一次纵移。移运气囊采用圆柱形超高压气囊，设计充气压力0.35Mpa。横移气囊为9根直径1.0m、长14.0m气囊；纵移气囊为7根直径1.0m、长20.0m气囊。实施中气囊充气后将沉箱顶高30cm左右，然后通过卷扬机、地牛、滑轮组、捆绑钢丝绳等组成的牵引系统牵引沉箱，使气囊滚动，缓慢搬运沉箱至浮船坞上。当涨潮水位为1.0m 时浮船坞即可与出运码头靠接，通过调整压载水使浮船坞搭接头置于出运码头承台上，搭接头与码头间缝隙通过铺钢板和砂袋过渡，保证气囊平顺搬运沉箱上浮船坞。沉箱上坞完成，定位、支垫、固定沉箱后，浮船坞外抽压载水起浮，绞缆后退，离开出运码头。(2)浮船坞下潜与沉箱注水浮船坞运载沉箱到指定下潜坑海域，定位完成，经复核位置及水深符合要求后，起重船船艏引两条缆绳系挂在浮船坞缆桩上，等待潮水上涨。潮水满足要求时，浮船坞开始下潜，当浮船坞下潜至沉箱吃水6.5m时，停止下潜，打开沉箱进水阀（进水孔离沉箱底6m），按照浮游稳定要求的灌水量对沉箱进行预灌水。当浮船坞继续下潜至沉箱吃水10m时，起重船绞缆靠近浮船坞，进行吊索安装。下潜作业开始时间一般选在涨潮时段进行，结束时约在高平潮到来前结束。下潜过程应密切注意沉箱及锚缆情况，如有异常应先排除后再作业。(3)沉箱在220T起重船助浮下出坞及安装当涨潮水位至+1.20m以上时，浮船坞下潜至沉箱吃水12.25m，沉箱处于临界状态，此时将起重船吊力增加到120T，使沉箱起浮，同时在保持吊力不变的情况下，起重船牵引沉箱缓慢移出浮船坞。如图3所示。 图3：浮船坞下潜到位起重船牵引沉箱出坞示意图沉箱出坞后，起重船绞缆牵引沉箱至安装位置，当潮水低于+0.40m的标高时，即可进行沉箱安装。沉箱安装定位，利用设在3#泊位过渡段前沿的一台经纬仪及后方的一台全站仪进行点、线控制。安装开始，总调度指挥起重船移位将沉箱置于安装点上，安装工人按要求安放调整沉箱缝隙的木方，并对沉箱进行灌水使其下沉。沉箱注水下沉过程中，起重船始终保持120吨吊力不变。当沉箱注水下沉至沉箱底与基床顶面约1.0m时，暂停注水，测量人员测量检查沉箱4个角点标高，操作人员按要求将沉箱上下游高差调平，同时将其前后坡度调至与基床1%倒坡坡度一致。沉箱按要求调整完毕后，继续注水下沉，当沉箱下沉至距基床顶面约3050cm时再次暂停灌水，重复测量检查沉箱标高及位置，如沉箱位置在沉箱注水下沉期间发生变化，则总调度指挥起重船移位对正安装位置。重复上述操作，直至沉箱平稳坐落在基床顶面。沉箱座床后，总调度组织测量人员检查沉箱偏位、错牙情况，并派潜水员下水检查相邻沉箱间底缝宽度及错牙等。如检查、检测不合格，起重船慢慢起钩，使沉箱离开基床顶20cm，重新安装至合格。5 施工中注意问题(1)气囊搬运沉箱上浮船坞前，各项准备工作应充分。浮船坞与出运码头对接后缆绳应带紧、带牢；按照涨落潮时间要求，沉箱上坞过程应控制在1小时内完成。(2)由于沉箱预制时存在误差，沉箱按稳定性计算要求加水后，还应根据现场实际情况进行调整。当需要减少压仓水时，不宜抽中仓水，应根据实际情况抽前仓水或后仓压仓水；当需要增加压仓水时，应以增加中仓水为原则，调整过程应以少量、缓慢为原则，避免过快造成沉箱突然向某一方向倾斜，发生危险。(3)沉箱出坞时由于受起重船吊索拉力及潮位影响，沉箱向受力方向倾斜，所以，沉箱出坞时牵引控制必须缓慢进行。(4)沉箱安装前，必须对基床进行检查，基床面不得有淤泥、杂物；安装时应对每一件沉箱及每一分段沉箱进行严格质量控制，以确保前沿线、缝宽、相邻错牙及码头总体长度误差在规范允许范围之内。(5)由于沉箱高潮时会淹没水下，因此已安装的沉箱应作好安全警示标记，以确保沉箱及过往船舶的安全。6 结语(1)采用气囊搬运沉箱施工工艺的优点表现为：单件气囊重量轻，易于搬运和周转；沉箱陆上搬运不需要大型起重设备配合；另外气囊搬运对场地地基适应能力强，出运前不需对场地基础做特别处理（片石基础只需按要求进行强夯处理即可），且处理费用相对