钢壳浮运沉井施工方案

钢壳浮运沉井施工方案第一章总则第一条工程背景上海宝钢长江引水工程是保障宝钢厂区生产用水的关键基础设施，工程位于宝山罗店乡小川沙河西，东南距宝钢总厂约14公里。项目由取水系统、调节水库、输水系统三大部分构成，核心取水泵站设置在离岸线1.2公里的长江滩地前沿，为江中式泵站（坝中至沉井中心距离72.90m，坝中至坡脚距离27.70m）。该泵站基础及下部结构采用圆形钢壳浮运沉井，其施工质量直接决定泵站长期稳定运行，为确保工程顺利实施，特编制本施工方案。第二条编制依据上海宝钢长江引水工程岩土工程勘察报告及设计文件；《沉井与沉箱施工规范》（SL176-2007）、《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205-2020）；长江航道通航管理相关规定及气象、水文资料；类似钢壳浮运沉井工程施工经验及技术成果；项目总工期要求及现场施工条件。第三条适用范围本方案适用于上海宝钢长江引水工程江中式泵站圆形钢壳浮运沉井的制作、拖运、浮运定位、地基处理、下沉、封底及接高施工全过程，明确各环节技术要求、操作流程、质量控制及安全保障措施，为施工提供全面技术指导。第二章工程概况第四条地理位置及环境条件地理位置：泵站位于长江滩地前沿，距岸线1.2公里，周边水域为长江A级航区，通航船舶较多，风浪条件复杂；水文条件：长江水位受潮汐影响显著，涨落潮差较大，水流速度随季节变化，对沉井浮运、定位及下沉施工影响较大；气象条件：区域气象多变，夏季多暴雨、台风，冬季气温较低，需根据气象变化合理安排施工时段。第五条工程地质条件根据地质勘察报告，场地土层自上而下主要由以下土层组成，各土层物理力学指标见表25-14：层次土层名称层面标高（m）层厚（m）压缩模量Es（MPa）容许承载力（kPa）固结快剪快剪1亚砂土-2.0~-4.02~2.51.5120C=20kPa，φ=0.05C=15kPa，φ=0.052淤泥质亚黏土-5.020.935C=13kPa，φ=0.10C=10kPa，φ=0.103淤泥质黏土-15.8~-19.212~140.725C=10kPa，φ=0.10C=10kPa，φ=0.104亚黏土-49~-50601.2180C=18kPa，φ=0.15C=13kPa，φ=0.105亚砂土-50以下----------各土层工程特性分析：表层亚砂土（1层）：厚度较薄，承载力中等，稳定性一般，易受水流冲刷；淤泥质亚黏土（2层）及淤泥质黏土（3层）：厚度较大，压缩模量低，承载力差，透水性弱，为主要隔水层；深层亚黏土（4层）：厚度大，承载力较高，稳定性好，为沉井理想持力层。第六条沉井结构设计基本参数：沉井为圆形结构，外径Φ43m，总高度21.55m，总重量16500t；结构形式：采用空腹薄钢板覆面的桁架结构，以型钢组成骨架，内外表面及底部覆以钢板，上口敞开，可自浮于水面；内部加强：为保证沉井整体刚度、下沉稳定性及底板受力要求，沉井内部设置井字交叉钢质T型梁，纵横各三道，梁高4.5m，顶宽3m，将沉井分隔成约10m×10m的方格；关键指标：沉井高宽比为0.5，地基平均压力达300kPa，远超天然地基容许承载力（100～150kPa），需通过专项地基处理措施提高承载力。第三章钢壳沉井制作第七条制作原则钢壳沉井制作需严格按照设计尺寸及钢结构施工规范执行，确保结构尺寸精度、焊缝质量及整体刚度满足浮运、下沉及使用要求；采用分块制作、水上合拢的施工方案，以双体船作为制作组拼平台，减少陆地场地占用，提高施工效率；制作过程中充分考虑浮运、沉放过程中的受力情况，加强关键部位（如T型梁节点、钢板拼接处）的结构强度。第八条制作准备材料准备：钢材：选用符合设计要求的型钢、钢板，进场前需进行材质检验、除锈处理，确保钢材表面无锈蚀、裂纹、夹层等缺陷；焊接材料：选用与钢材匹配的焊条、焊丝及焊剂，进场时提供质量合格证明文件，按规定进行抽样检验；辅助材料：准备足量的临时支撑、固定件、防锈漆等材料。设备准备：加工设备：配备剪板机、折弯机、电焊机、探伤设备（超声波探伤仪、X射线探伤仪）等；起吊设备：在双体船上安装起重机、卷扬机等设备，用于钢构件的吊装、组拼；测量设备：配备经纬仪、水准仪、全站仪等，用于制作过程中的尺寸测量与校正。平台搭设：选用合适吨位的双体船作为制作平台，确保平台稳定性满足钢构件组拼及焊接要求；对双体船甲板进行平整处理，设置临时支撑点及定位标识，保证沉井分块制作的精度。第九条制作工艺分块划分：根据沉井结构尺寸、运输条件及吊装能力，将钢壳沉井划分为若干制作块体，每块重量、尺寸需满足浮运及合拢要求；骨架制作：按设计图纸加工型钢骨架，先制作单榀桁架，经检验合格后进行整体拼装；骨架拼装采用点焊固定，经测量校正（轴线偏差、垂直度、间距等符合要求）后，再进行满焊焊接；焊接过程中采用对称焊接工艺，减少焊接变形，焊接完成后对焊缝进行探伤检测，确保焊缝质量等级满足设计要求。钢板覆面：骨架制作完成后，进行内外表面及底部钢板的铺设与焊接；钢板切割采用精密切割设备，确保切割边缘平整，尺寸精度达标；钢板铺设从底部开始，逐块向上拼接，拼接处采用搭接焊或对接焊，焊缝需连续、饱满，无漏焊、假焊、夹渣等缺陷；底部钢板焊接完成后，进行水密性试验，确保无渗漏，满足浮运要求。分块滑入水中：单块钢壳制作完成并经检验合格后，通过双体船上的卷扬机、滑道等设备，将分块缓慢滑入水中；滑入过程中控制速度，避免碰撞损坏钢壳结构，同时在水中设置临时固定设施，防止分块漂移。水上合拢：将所有制作分块在指定水域集结，采用起重设备调整各分块位置，确保分块对接精度；对接处采用坡口焊接，焊接前清理接口处的铁锈、油污及水分，焊接过程中严格控制焊接参数，确保焊缝强度及水密性；合拢完成后，对整个钢壳沉井进行全面检查，包括结构尺寸、焊缝质量、水密性等，合格后方可进行后续拖运工作。第十条质量控制尺寸控制：制作过程中定期对钢壳沉井的外径、高度、圆度、T型梁间距等尺寸进行测量，偏差控制在设计及规范允许范围内；焊缝质量控制：焊接人员必须持证上岗，焊接前进行技术交底；焊缝外观质量需满足无裂纹、气孔、夹渣、咬边等缺陷，焊缝高度符合设计要求；关键焊缝（如底部钢板焊缝、T型梁节点焊缝）需进行100%无损检测，一般焊缝抽检比例不低于30%，检测结果需符合相关标准；水密性控制：分块制作及整体合拢后均需进行水密性试验，采用灌水或冲水方式，观察24小时无渗漏为合格；防腐处理：钢壳沉井制作完成后，对内外表面进行除锈处理，涂刷防锈漆及防腐涂料，涂料涂刷厚度及遍数符合设计要求，确保在水中长期使用不被腐蚀。第四章钢壳沉井拖运第十一条拖运方案设计拖运方式：采用“一拖二顶”的拖带编队方式，配备三艘900匹马力拖轮，船尾绑接350t方驳一艘，形成稳定的拖运编队；编队参数：船队总长250m，最宽处43m，最高点13m，经核查均满足南京长江大桥通航规定（过桥时船队长度小于80m，拖航时长度约150m）；拖运路线：根据长江航道条件、通航要求及施工现场位置，规划最优拖运路线，避开航道繁忙区域及浅滩、暗礁等危险地段。第十二条拖运准备设备安装与检查：在双体船上安装拖运所需设施，包括发电机、起锚机、锚具、照明设施、通讯工具等，搭建指挥塔，确保拖运过程中的动力供应、通讯联络及安全监控；对拖轮、方驳、沉井的连接部位进行检查，确保拖缆、锚具等强度满足拖运要求，连接牢固可靠；检查沉井的水密性及结构稳定性，确保拖运过程中无渗漏、无结构变形。人员配备：成立拖运指挥小组，配备总指挥、航道观察员、通讯联络员、设备维护员等专业人员；拖轮、方驳及沉井上配备足够的操作人员，所有人员需经岗前培训，熟悉拖运方案、操作规程及应急措施。气象与航道信息收集：拖运前与气象部门、航道管理部门密切沟通，获取准确的气象预报（风力、风向、降雨等）及航道通航信息；长江A级航区风浪较大，且双体船宽度、长度均小于被载钢壳沉井，抗风、抗浪能力较弱，需选择风力小于6级、能见度良好的时段进行拖运。应急准备：制定拖运应急预案，包括风浪突袭、设备故障、航道堵塞等突发情况的处置措施；配备应急救援设备（如救生艇、救生衣、灭火器、堵漏材料等），确保突发情况下人员安全及沉井安全。第十三条拖运施工编队启航：按预定拖运编队进行连接，拖轮在前牵引，两艘顶轮在两侧辅助，方驳在船尾提供稳定支撑；启航前再次检查各设备运行状态、连接部位牢固性及气象、航道情况，确认无误后发出启航指令。航行控制：拖运过程中控制航行速度，保持匀速行驶，避免急加速、急减速或急转弯，防止沉井受力不均产生变形；指挥小组实时监控气象、水文及航道情况，通过通讯设备协调各船舶动作，确保编队航行稳定；安排专人观察沉井状态，包括有无渗漏、结构变形、拖缆受力情况等，发现异常及时采取措施。过桥及通航协调：经过南京长江大桥等桥梁时，严格遵守通航规定，调整船队长度及行驶路线，确保最高点、最宽处符合过桥要求；航行过程中与过往船舶保持安全距离，提前通过VHF等通讯设备通报航行计划，避免碰撞事故。抵达目的地：船队接近施工现场水域时，减速行驶，由航道观察员引导进入预定锚地；抛锚固定船队，做好沉井浮运定位的准备工作。第五章钢壳沉井浮运定位第十四条定位原则沉井定位需严格按照设计坐标及高程要求执行，确保沉井最终就位精度满足后续施工及使用要求；采用“三船四方九缆”移位转向定位法，结合经纬仪测量定位，提高定位精度；定位过程中充分考虑水流、潮汐对沉井的影响，设置防冲、抗浮措施，确保沉井稳定。第十五条定位准备设备与材料准备：定位船舶：选用三艘吃水较浅的400～600t方驳，配备卷扬机、缆绳等设备，用于沉井的牵曳定位；定位桩：准备3根L=18m、Φ400mm的钢管桩，桩顶标高5.00m，用于沉井就位后的临时固定；防冲设施：制作外径53m、内径47m、高0.6～0.8m的环形防冲潜堤，采用沙袋或碎石填充，用于防止河床地基被水流冲刷；测量设备：布置三台经纬仪，分别设置在不同观测点，用于沉井定位的实时测量与校核。现场准备：清理施工现场水域，移除水下障碍物，确保定位船舶及沉井移动顺畅；按设计坐标在水域中设置临时定位标识（如浮标），为沉井定位提供参考。第十六条定位施工防冲潜堤铺设：采用船舶将环形防冲潜堤运输至预定位置，通过起重设备将其平铺在沉井就位区域的河床表面；调整潜堤位置，确保其中心与沉井设计中心重合，潜堤铺设平整、牢固，形成有效的防冲刷保护圈。沉井牵曳到位：将三艘定位方驳分别布置在沉井的不同方向，通过缆绳与沉井连接，形成“三船四方九缆”的牵曳系统；指挥小组协调各方驳的卷扬机操作，缓慢调整沉井位置，逐步将沉井牵引至设计就位区域。测量定位与校正：三台经纬仪同时对沉井的中心坐标、垂直度进行观测，实时将测量数据反馈至指挥小组；根据测量数据调整各缆绳的拉力，纠正沉井的偏移及倾斜，确保沉井中心坐标偏差控制在设计允许范围内，垂直度偏差不超过0.5%。定位桩固定：沉井初步定位后，在沉井外壁预定位置打设3根定位桩，定位桩采用打桩机沉入河床，确保桩身垂直度及入土深度满足要求；通过缆绳将沉井与定位桩连接固定，限制沉井在水流、潮汐作用下的位移。沉井稳定性增强：向沉井内灌水1200t，增加沉井自身重量及稳定性，防止沉井在定位过程中发生漂移或倾斜；检查沉井的吃水深度及倾斜情况，通过调整井内灌水量进行微调，确保沉井处于稳定的浮态。第六章地基处理与沉井接高第十七条地基处理方案处理原因：沉井总重16500t，地基平均压力达300kPa，而天然地基容许承载力仅为100～150kPa，承载力严重不足，若不进行处理，将导致沉井下沉过程中出现突沉、倾斜甚至失稳。处理措施：在沉井内底梁空格处填充中砂，填充量3100t，平均填充厚度2.50～3.00m，通过砂垫层扩散基底压力，提高地基承载力；防流失措施：为防止井内填砂因涨落潮水流作用流失，在沉井底部及防冲潜堤内侧设置隔水层（如土工布），隔断水流与填砂的接触，确保填砂效果。第十八条地基处理施工砂料选择：选用级配良好、含泥量小于3%的中砂，进场前进行颗粒级配、含泥量等指标检验，合格后方可使用；填充施工：采用船舶将砂料运输至沉井上方，通过溜槽或管道将砂料均匀填充至沉井内底梁空格处；填充过程中分层进行，每层填充厚度50cm，采用振捣设备或利用水流作用使砂料密实，确保填充砂垫层的均匀性及密实度；实时测量填充厚度，确保各空格内砂垫层厚度达到设计要求（2.50～3.00m）。质量检验：填充完成后，采用静力触探或标贯试验检测砂垫层的密实度及地基承载力，确保处理后的地基承载力满足300kPa的要求。第十九条沉井接高施工接高原则：沉井采用分节浇筑、一次下沉的方案，接高施工需在地基处理完成后进行，确保沉井接高过程中的稳定性；接高准备：清理沉井顶部连接面，去除铁锈、油污及杂物，打磨平整，确保新老结构连接牢固；搭设接高施工平台，平台采用钢管脚手架搭设，确保平台稳定性及作业安全性；准备模板、钢筋、混凝土等材料，模板采用钢模板，钢筋按设计图纸加工制作。接高施工：钢筋绑扎：按设计要求在沉井顶部绑扎接高部分的钢筋，钢筋间距、保护层厚度符合规范要求，节点连接牢固；模板安装：安装接高部分的钢模板，模板安装牢固、接缝严密，尺寸精度符合要求，涂刷脱模剂；混凝土浇筑：采用泵送混凝土浇筑接高部分，混凝土强度等级符合设计要求，浇筑过程中分层浇筑、振捣密实，每层浇筑厚度不超过50cm；养护：混凝土浇筑完成后，及时进行养护，养护时间不少于14天，采用洒水养护或覆盖保湿材料养护，确保混凝土强度正常发展。质量控制：接高过程中实时监测沉井的垂直度及沉降情况，发现倾斜或沉降异常及时采取措施调整；混凝土浇筑完成后，对混凝土外观质量进行检查，无蜂窝、麻面、裂缝等缺陷，尺寸偏差符合要求；按规定制作混凝土试块，进行强度试验，确保混凝土强度达到设计标准。第七章沉井下沉第二十条下沉方案设计下沉方式：采用排水下沉法，配备高压水泵、水力机械等设备，结合候潮作业，分阶段控制下沉速度，确保下沉平稳、均匀；下沉阶段划分：根据地质条件及施工经验，沉井下沉分三个阶段进行，分别为试探下沉阶段、主下沉阶段、精调下沉阶段，各阶段采用不同的下沉工艺及控制标准。第二十一条下沉准备设备准备：排水设备：配备4台150SWF-9型高压水泵，用于排出井内积水；下沉设备：配备8套水力机械（包括吸泥机、高压水枪等），用于冲刷、吸排井内土体，辅助沉井下沉；测量设备：在沉井周围设置固定的测量控制点，配备经纬仪、水准仪、测斜仪等，用于监测下沉过程中的中心位移、垂直度及下沉量；应急设备：准备沙袋、块石、应急泵等，用于处理下沉过程中出现的倾斜、突沉等异常情况。技术准备：制定详细的下沉作业计划，明确各阶段下沉速度、作业时间及控制要求；对作业人员进行技术交底，熟悉下沉工艺、操作流程及应急处置措施；提前了解潮汐规律，合理安排作业时段，避开高潮位及强水流时段。第二十二条分阶段下沉施工第一阶段：试探下沉阶段（下沉深度3.37m）作业方式：采用候潮排水、灌水、空气吸泥交替作业的方式，利用潮汐涨落调整井内水位，平衡沉井内外压力；操作流程：涨潮时向井内灌水，使沉井内外水位持平，减少水流对沉井的影响；落潮时启动高压水泵排出井内积水，同时开启水力机械冲刷、吸排井内土体，使沉井逐步下沉；控制要点：此阶段以试探沉井下沉特性、熟悉地质情况为主，下沉速度控制在0.5m/d以内，实时监测沉井中心位移及垂直度，及时调整吸泥位置，避免倾斜。第二阶段：主下沉阶段（下沉深度6.8m）作业方式：沉井已嵌入淤泥质黏土隔水层，土体透水性弱，采用明排水水力机械下沉法，持续排出井内积水，集中水力机械对井内土体进行冲刷、吸排；操作流程：启动4台高压水泵持续排水，保持井内无水状态；8套水力机械分区域作业，对井内土体进行均匀冲刷，将泥浆通过管道排出井外；控制要点：下沉速度控制在1～1.5m/d，确保沉井均匀下沉；加强对沉井垂直度的监测，每下沉1m进行一次全面测量，若发现倾斜超过允许偏差，及时采取偏挖、配重等措施纠正。第三阶段：精调下沉阶段（下沉深度1.30m）作业方式：沉井即将到达设计标高，采用减缓下沉速度、精细化操作的方式，确保下沉质量；操作流程：减少水力机械作业强度，采用人工配合机械的方式清理井内剩余土体，逐步调整沉井位置及垂直度；控制要点：下沉速度控制在0.3m/d以内，密切监测沉井下沉量及标高，当沉井接近设计标高（剩余下沉量0.5m）时，停止机械作业，采用人工开挖找平，确保沉井最终就位标高符合设计要求。第二十三条下沉过程质量控制位移与垂直度控制：沉井中心位移允许偏差：下沉过程中不超过50mm，最终就位不超过30mm；垂直度允许偏差：不超过0.5%，若发现倾斜，及时采用偏挖法（对倾斜一侧多挖土体）或配重法（在倾斜反侧增加配重）进行纠正；下沉量控制：每天记录沉井下沉量，绘制下沉曲线，分析下沉规律，若出现下沉速度异常（过快或过慢），及时查找原因并采取措施；土体开挖控制：确保井内土体均匀开挖，避免局部开挖过深导致沉井倾斜或突沉；严禁超挖设计标高以下土体；防冲刷控制：下沉过程中密切关注沉井周边河床冲刷情况，若发现防冲潜堤损坏或河床局部冲刷过深，及时补充沙袋或碎石进行加固。第八章沉井封底第二十四条封底方案选择根据地质勘察结果，沉井底部为淤泥质黏土，土质较好，透水性弱，具备排水干封底的条件。采用干封底方案可简化施工工艺、缩短工期、提高封底质量，具体措施如下：保留井底原状土塞2.5～3m，利用土塞保持地基稳定，同时将封底混凝土厚度减少至2m，降低施工成本；在底板设置减压井，弥补封底混凝土减薄后抗浮力不足的问题；在沉井内部每格设置集水井，用于封底施工过程中的排水。第二十五条封底准备基底清理：沉井就位后，对井底土体进行清理找平，去除浮土、淤泥及杂物，确保基底平整，原状土塞不受扰动；排水系统设置：减压井设置：按设计要求在底板预定位置钻孔，安装减压井管，确保井管畅通，起到减压抗浮作用；集水井设置：在沉井内部每格设置一个集水井，集水井深度为0.5～1m，配备小型潜水泵，用于排出封底施工过程中的少量渗水；材料与设备准备：混凝土：选用C30抗渗混凝土，抗渗等级不低于P8，混凝土坍落度控制在120～140mm，确保混凝土的流动性及密实性；施工设备：配备混凝土输送泵、布料机、振捣器、潜水泵等设备；模板准备：若沉井顶部有预留结构，按设计要求安装封底混凝土模板，确保模板牢固、尺寸准确。第二十六条封底施工混凝土浇筑：采用对称分块浇筑方式，将沉井底板划分为若干浇筑块，从沉井中心向四周对称浇筑，避免混凝土浇筑过程中产生不均匀应力导致沉井移位；混凝土通过输送泵输送至浇筑点，利用布料机均匀布料，浇筑厚度按设计要求控制为2m，分层浇筑，每层浇筑厚度50cm，采用插入式振捣器振捣密实，振捣至混凝土表面泛浆、无气泡为止；浇筑过程中交叉开挖部分土塞，确保混凝土与基底土体紧密结合，同时避免过度开挖导致地基失稳。排水控制：浇筑过程中，集水井潜水泵持续排水，保持浇筑面无水，若发现渗水量较大，及时增加潜水泵数量，确保封底质量；混凝土养护：混凝土浇筑完成后，及时覆盖保湿材料（如土工布、麻袋），进行洒水养护，养护时间不少于14天；养护期间保持集水井排水，待混凝土强度达到设计强度的70%后，封堵集水井及减压井，封堵采用微膨胀混凝土，确保封堵密实、无渗漏。第二十七条封底质量检验外观质量：封底混凝土表面平整，无裂缝、蜂窝、麻面等缺陷，标高符合设计要求；强度检验：按规定制作混凝土试块，养护到期后进行强度试验，混凝土抗压强度及抗渗等级需满足设计要求；渗漏检验：封堵集水井及减压井后，对封底混凝土进行蓄水试验，观察24小时无渗漏为合格。第九章安全保障措施第二十八条水上作业安全所有水上作业人员必须穿戴救生衣，严禁未穿救生衣进入作业区域；船舶作业时设置明显的安全警示标识，夜间作业配备充足的照明设备；定期检查船舶设备（如锚机、卷扬机、缆绳等）的安全性，发现隐患及时整改；制定水上作业应急预案，配备救生艇、救生圈等应急救援设备，定期组织应急演练。第二十九条钢结构施工安全焊接作业人员必须持证上岗，佩戴防护面罩、防护手套等劳动防护用品；高处作业时搭设安全脚手架，设置防护栏杆，作业人员系好安全带；施工现场配备足够的灭火器，严禁在易燃易爆物品附近进行焊接作业；钢结构吊装过程中设专人指挥，确保吊装信号清晰、统一，避免碰撞事故。第三十条沉井下沉安全下沉过程中严禁人员进入井内作业，若需检修设备，必须先停止下沉作业，排出井内积水，通风换气后，由专人监护方可进入；监测人员密切关注沉井沉降、倾斜情况，发现异常及时发出预警信号，指挥人员立即组织人员撤离；井内排出的泥浆需妥善处理，避免污染水域环境，同时防止泥浆淤积影响船舶通行。第三十一条气象与