重力式码头沉箱水上出运与安装施工技术

重力式码头沉箱水上出运与安装施工技术

许成伍,魏豪

（天津中海港湾建设工程有限公司）

摘要: 结合某重力式码头沉箱预制、出运等方面的实际问题，探讨沉箱水上出运与安装的关键施工技术，对出运气囊压力计算、沉箱下潜、出运、安装等技术环节进行介绍。该施工技术可为类似沉箱施工提供参考。

关键词: 大型沉箱; 重力式码头; 气囊顶升

随着国外贸易的快速发展，船运公司为了节省运输成本、提高效率，船舶朝着大型化、专业化方向发展。码头为了适用船舶大型化的需要，越来越多的码头朝着深水、超大型方向发展。本文结合一个工程实例，探讨了通过气囊顶升沉箱的方式，详细介绍了沉箱下潜、出运、安装的关键技术，并成功应用于工程实践。

1 工程概况

某沿海港区新建2座重力式沉箱泊位，水工建设规模为新建2个20万吨的散货泊位，沉箱重力式结构。设计吞吐量为860万T,码头设计岸线总长度为640米。本工程码头共需安装沉箱22件，单件沉箱重量约为706.4t～4911.5t。

2.1 沉箱预制场简介

沉箱预制工作安排在现场建设的沉箱预制，共有2条沉箱预制生产线，每条生产线配置 4条气囊沟，气囊沟长130m、底口宽1.6m。每条预制生产线长130m、宽25.7 m，单条预制生产线可满足一次性预制4个沉箱，预制场配置4台轨道式塔吊。

2.2出运工艺的选择

预制沉箱经验收合格后，需要使用半潜驳将其水运至现场，在现场设置下潜坑，半潜驳于现场定位下潜，沉箱浮态出半潜驳。正确选择合适的出仓工艺，是顺利进行沉箱出运的前提和基础。项目部根据项目特点进行分析，如果选用传统的台车、胶囊台车或滑板的出运工艺，需要有特定场地或特殊设备，一次性投入较大，且不利于工期。如果利用既有的预制场进行针对性、合理化的改造，将既经济又能满足施工要求。最终项目选择了利用气囊顶升的沉箱出运方式，为最终的沉箱出运工艺。

2.3沉箱陆上出运工艺流程

沉箱陆上出运一共有四个步骤，分别为顶升、横移、纵移、上驳等。其中横移距离约30m；纵移距离最长约300m，最短约80m；上驳船距离约40m。每个沉箱预制完成及养护后，两次气囊滚动移运至出运码头前沿，即由台座至出运通道的横移和由出运通道至出运码头前沿的纵移，两次移动方向呈直角转向，最后从出运码头前沿纵移至停靠在码头边的半潜驳上。

2.4沉箱陆上移动施工原理

沉箱陆上出运方式项目部采用气囊出运的方案。该方案是在沉箱的下部放置若干特制橡胶气囊。对气囊进行充气加压后将沉箱顶起，再在需移动的方向上用牵引车施加足够的牵引力，在气囊上产生的摩擦力促使气囊产生滚动。从而达到沉箱横移的目的。具体的工艺流程如下：沉箱底部穿气囊→卷扬机牵引系统与沉箱固定→气囊分三次对称、均匀充气，直至将沉箱顶升→拿走支垫枕木→将排水沟回填并铺设钢板，检查底部及周围有无阻碍物→横移人员就位，准备横移→横移→到预定位置，支垫枕木→放气。

在沉箱的重力作用下,下部的气囊可以产生较大变形,能够增加气囊与沉箱及地面的接触面积,从而减少单位面积上的压力。因此大部分沉箱均采用双排气囊。

3气囊的确定

气囊受压变形后，可视为一种规则的形态，即气囊横截面呈正扁形态，根据沉箱的规格，需要对气囊进行计算。根据出运构件使用气囊的相关规范标准，本次选用气囊公称直径：D=1m，气囊的工作高度为H=0.4m。气囊许用压力为0.3MPa。气囊的工作压力选用P=0.25MPa.气囊受压变形后，其截面可看作由直径为H的两个半圆和长度为B、H的方形组成。

A型沉箱高21.9米,底面积512平米，重约1885.03t，按2000t计算；B型沉箱高13.52米，底面积512平米，重约902.94t,沉箱只考虑纵移。纵向拉移时：气囊成截面长度LA=19.95米，LB=19.95。承截面宽B=π(D-H)/2=3.14 (1.0-0.4)/2=0.942m。每个气囊受压状态下与沉箱接触面积：S=0.942×19.95=18.79m²。单根气囊承载力：F1=F2=S×P=18.79×0.25×100=469.8T. 根据计算结果，假设气囊工作压强达到0.4MPa，需要下式计算气囊才能把沉箱安全顶升。所需气囊的数量N1=K*G1/F1=1.3×2000/469.8=5.5；N2=K*G2/F2=1.3×1350/469.8=3.7。

4、沉箱前移

4.1调整气囊

沉箱前移第一步要首先调整气囊高度，将其调整至气囊运行高度。调整完毕后要及时检查与调整各个气囊的压力，确保各个气囊的高度保质一致，然后沉箱开始准备前移。现场指挥检查各项准备工作无误后，下令启动牵引卷扬机组，拉紧牵引钢丝绳，注意时刻观察沉箱状态，当沉箱在移运临界状态的时候，要下令暂停牵引。此时再次检查观察钢丝绳张紧程度，各滑轮组、导向轮的转动等是否灵活，还要检查气囊及沉箱平稳情况。

4.2移运中气囊交替

当沉箱前移方向端部至第一根气囊囊中心，摆进气囊并进行充气，注意充气时气囊一定要全部张开并达到一定的气压后再启动运行。

沉箱前进方向始终保持3根待工作气囊。在牵引移动过程中，让沉箱的重心线与出运通道中心线一致，当出现沉箱走偏时，必须纠偏；纠偏时，可结合新摆放进沉箱底部的气囊斜摆一小角度来进行。沉箱走偏需要纠偏过程中，要注意缓慢纠偏，不能操之过急，防止出现Z字形，影响沉箱后续移动。

当沉箱后面的气囊慢慢的在移动方向上接近沉箱尾部时，需要及时打开排气阀将气囊中气往外排。在气囊露出沉箱尾部一半之前，在开始快速放气。注意在气囊放气过程中，加强观测，尽量使沉箱保持直立的状态。气囊放气完毕后需要将气囊搬运到沉箱前面的预定位置，用来备用。如此过程反复重复，直到沉箱移至指定位置为止。各个过程，要注意及时进行观测。出现问题及时进行调整。

4.3斜坡段前移

当沉箱移至出运通道斜坡段时，将不再通过牵引力使沉箱前进。在斜坡段时，沉箱通过其重力在斜坡段上的分力克服摩擦力进行移动。此时通过后遛滑轮组来调整沉箱的前进速度。同时还要注意溜尾卷扬机钢丝绳的受力情况。保持系统同步进行运转。确保沉箱平稳移动，尽量做到受力均匀。使沉箱缓慢沿出运斜坡前移，沉箱前后的方向、高度要保持尽量接近。严禁利用自然斜坡滑行，防止出现速度过快，造成沉箱侧翻或其他事故的发生。当沉箱行至出运码头水平部分后，将停止沉箱前移。此时要改用浮船坞的牵引系统开始下一个步骤的沉箱装船移运。

5.沉箱上驳牵引

沉箱上驳过程需要根据潮水涨落情况进行。在沉箱上驳过程中，浮船坞承重的吃水将逐渐加大。为减少浮船坞对出运码头搭接段的压力，需要在涨潮过程中进行施工，随着潮水的上涨，浮船坞吃水逐渐加深，浮力增大，同时出运码头承受压力减少。

启动浮船坞上的卷扬机牵引系统，牵引钢丝绳将带动沉箱及时上驳，当沉箱底部的第一排气囊上到浮船坞上时，浮船坞前舱开始排水，排水量以船艉不高于船艏30cm进行控制，直到沉箱到达浮船坞中心处，沉箱距离中心偏差前后不超过0.2m，左右不超过0.2m，以保证浮船坞前后左右压载水平衡。

沉箱上驳过程需严格计算潮位控制表，必须在潮位足够的情况下才能行走气囊的，若潮水涨速较慢，必须等待潮水上涨到位后才能继续行走。该过程约需1小时。

6、沉箱安装

6.1平面定位与安装顺序

在沉箱安装之前，要制定沉箱安装方案，准确计算出沉箱的安装平面坐标位置及沉箱的安装顺序。在进行沉箱平面布置过程中要综合考虑浮船坞等附属船舶的下潜及抛锚准确位置。还要统筹考虑沉箱出坞的方向。沉箱安装的水域需要占用面积广。各个船舶驻位时各自的锚缆会存在部分交叉。布置不到会影响船舶定位，必须事先要对船舶定位进行演练，合理布置船位，合理安排好各个施工工序之间的搭接与衔接。只要事先统筹考虑好各个工序之间的关系，沉箱安装才能顺利进行。

6.2沉箱的定位与安装

沉箱通过方驳托运到基床底部，将进水阀打开，进行沉箱内压水，使沉箱慢慢变重，缓慢下沉水面。沉箱顶面标高为+2.80米，沉箱安装要对照潮位表选择+2.80米以下时方能进行沉箱定位安装。沉箱下沉至离基床地面至少2米时候，技术人员要及时调整方驳位置。通过收、放方驳锚缆的方式，进行沉箱的准确定位，最后将沉箱安装在基床指定位置。安装过程大约需要约1个小时到2个小时左右。安装时间要根据潮水情况进行合理安排。

7结语

通过一个工程实例，详细介绍了重力式码头沉箱气囊顶升、沉箱出运、安装等施工技术，沉箱顶升平稳、移运平顺，无异常现象，工期效益和经济效益显著。

参考文献：

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