關(guān)于大型沉箱溜放出運施工工藝及體會

論文網(wǎng)：［摘要］文章介紹將1132噸重的沉箱，采用氣囊頂升、滾動，利用卷揚(yáng)機(jī)作為前后牽引，通過橫、縱移到達(dá)下水平臺，再沿著下水滑道，通過預(yù)先布置的水下氣囊下水，直至沉箱完全自浮的施工工藝，概括施工中需要注意的一些事項，以及現(xiàn)場施工中的一些個人體會。［關(guān)鍵詞］港區(qū)碼頭；沉箱；施工工藝一、工程概況某港區(qū)作業(yè)區(qū)南10#、11#泊位項目（以下稱本工程），工程規(guī)模為建設(shè)375m長碼頭及相應(yīng)的后方設(shè)施，建兩個5000T級碼頭工程，其中新建5000DWT通用泊位1個，5000DWT重件泊位1個（兼顧滾裝靠泊）。碼頭為重力大型沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱外形尺寸為：長17.02m、寬10m、高11.5m，前趾寬1m，重量約1132t。原計劃的沉箱出運方案為5000T半潛駁出運，由于工作期東北風(fēng)起，外海風(fēng)浪大，加上半潛駁業(yè)務(wù)繁忙，半潛駁北調(diào)本工程困難重重，無法滿足節(jié)點工期要求。為確保本工程節(jié)點工期能如期完成，計劃采用氣囊頂升、滾動，利用卷揚(yáng)機(jī)作為前后牽引，通過橫、縱移到達(dá)下水平臺，再沿著下水滑道，通過預(yù)先布置的水下氣囊下水，直至沉箱完全自浮的工藝施工。二、出運平面布置（一）下水平臺布置下水平臺位于預(yù)制場靠近力通碼頭一側(cè)，面積20m×15m，為了與下水滑道更好地順連，平臺沿海向以2%坡度設(shè)置，靠陸端標(biāo)高＋4.0m，靠海端標(biāo)高＋3.6m，整體與沉箱預(yù)制場（標(biāo)高4.5m）以一段1∶10斜坡過渡段相連，過渡段采用20cm厚砼硬化，沉箱橫移時，不采用通長氣囊，而是在兩端布置兩排不同高度的較短氣囊，滾動時可分別調(diào)節(jié)氣囊高度，以保持沉箱整體平衡。下水平臺基礎(chǔ)回填海砂沖水密實，經(jīng)強(qiáng)夯處理后，基礎(chǔ)分別鋪設(shè)100cm塊石、30cm碎石，平層澆筑20cm厚C30砼。（二）下水滑道布置采用多級過渡方案，第一段坡度1∶40，總長12m；第二段坡度1∶20，總長12m；第三段坡度1∶10，至底標(biāo)高-4.0m，滑道寬20m?；?1.0m以上的部位采用20cm厚混凝土硬化處理，標(biāo)高+1.0m以下部位鋪設(shè)10mm厚鋼板。（三）地錨及卷揚(yáng)機(jī)布置橫移前地錨布置于下水平臺外靠力通碼頭一側(cè)，后地錨布置于沉箱預(yù)制平臺9個預(yù)制沉箱中間兩側(cè)；縱移前地錨布置于下水平臺前下水滑道兩側(cè)附近，后拉地錨布置于下水平臺后約50m處，兩地錨相距12m，以下水滑道中心線對稱埋設(shè)。卷揚(yáng)機(jī)相應(yīng)布置于地錨附近合適位置。（四）道路現(xiàn)狀道路為本標(biāo)段施工區(qū)域，為力通碼頭交通需要，修筑施工便道連通重件道路，便道寬8m，基礎(chǔ)回填海砂，面層回填50cm山皮土。三、溜放出運施工工藝及安全驗算（一）溜放出運工藝流程1.橫移沉箱工藝流程：氣囊就位→氣囊充氣頂升→卷揚(yáng)機(jī)抽出支墊枕木→牽引沉箱前進(jìn)、進(jìn)入下水平臺→沉箱支墊方木→氣囊放氣減壓→沉箱橫移結(jié)束。2.縱移下水工藝流程：二次頂升氣囊就位→氣囊充氣頂升→連接前后牽引主鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)抽出支墊枕木→前牽引沉箱前進(jìn)進(jìn)入下水滑道→后牽引鋼絲繩張緊后拆除前牽引鋼絲繩→后牽引緩慢溜放沉箱沿滑道下滑→到達(dá)設(shè)計低潮水位0.0m暫?！O(shè)計高潮水位3.0m繼續(xù)溜放→沉箱自浮→沉箱出運結(jié)束。（二）高壓氣囊的主要技術(shù)參數(shù)本工程擬采用直徑D=1.0m、長LO=15m的高壓氣囊進(jìn)行沉箱頂升及橫移；直徑D=1.0m、長LO=11m的高壓氣囊進(jìn)行沉箱頂升及縱移。氣囊規(guī)格形狀及氣囊結(jié)構(gòu)、氣囊工作參數(shù)詳見圖1及表1。（三）氣囊頂升及安全驗算1.頂升步驟（1）拆除沉箱底胎模圍擋20cm×25cm方木，利用高壓水槍沖出底胎模砂墊層；（2）利用預(yù)制場四角的卷揚(yáng)機(jī)和橫移地錨，用滑輪組和鋼絲繩與沉箱相對應(yīng)的四角拉點相連接并使其受力；（3）沉箱底部布設(shè)小氣囊充氣頂升，高度達(dá)到30cm（預(yù)制時的支墊木高度為25cm）；（4）拆除沉箱底部支墊木，利用高壓水槍沖出底胎模砂墊層殘余；（5）沿沉箱周邊底部分墊調(diào)整枕木，小氣囊放氣使沉箱平穩(wěn)降落枕木上。（6）沉箱底部縱穿布設(shè)長氣囊充氣頂升，準(zhǔn)備橫移。2.氣囊選用計算：詳見表2，表3。3.安全驗算（1）橫移頂升頂升高度為30cm每條氣囊承載長度LO=15m每條氣囊承載寬度B=(3.14-0.3×3.14)÷2=1.099m氣囊總承載面積=75×1.099=82.4m2所需工作壓強(qiáng)=1132÷82.4=13.73×9.8÷1000=0.134Mpa設(shè)計實際工作壓力為：0.14Mpa（2）縱移頂升頂升高度為30cm每條氣囊承載長度LO=11m每條氣囊承載寬度B=(3.14-0.3×3.14)÷2=1.099m氣囊總承載面積=88×1.099=96.7m2所需工作壓強(qiáng)=1132÷96.7=11.71×9.8÷1000=0.115Mpa設(shè)計實際工作壓力為：0.12Mpa通過以上計算，氣囊的實際工作壓強(qiáng)是額定工作壓強(qiáng)的40%～50%，所以頂升過程是安全可靠的。（四）移運步驟及安全測算1.移運步驟（1）橫移步驟1）利用沉箱預(yù)制場四角的卷揚(yáng)機(jī)和地錨，用滑輪組和鋼絲繩與沉箱前趾及橫側(cè)向相對應(yīng)拉點相連接并使其受力；2）將沉箱下面氣囊充氣，當(dāng)沉箱被頂升完全脫離支墊枕木時，拆除四周枕木；3）用對講機(jī)指揮四臺卷揚(yáng)機(jī)同步啟動，沿著橫向17.2m方向移動，移動過程中，將預(yù)備氣囊和沉箱尾部滾動出來的氣囊不斷倒接；4）當(dāng)沉箱到達(dá)下水平臺后，同步停止?fàn)恳到y(tǒng)；5）沿沉箱周邊分點擺放好支墊枕木，然后放氣使沉箱平穩(wěn)降落枕木上。（2）縱移步驟1）利用沉箱下水平臺前后四角的卷揚(yáng)機(jī)和地錨，用滑輪組和鋼絲繩與沉箱縱側(cè)向相對應(yīng)四個拉點相連接并使其受力；2）將沉箱下面氣囊充氣，當(dāng)沉箱被頂升完全脫離支墊枕木時，拆除四周枕木；3）用對講機(jī)指揮四臺卷揚(yáng)機(jī)同步啟動，沉箱沿著縱向11m方向移動進(jìn)入下水滑道，移動過程中，將預(yù)備氣囊和沉箱尾部滾動出來的氣囊不斷倒接；4）當(dāng)沉箱完全進(jìn)入下水滑道，同步停止前后牽引系統(tǒng)，解除前牽引系統(tǒng)后繼續(xù)溜放；5）當(dāng)沉箱溜放到達(dá)設(shè)計低潮水位±0.0m標(biāo)高后，同步停止后牽引系統(tǒng)，等待高潮水位+3.0m后，通過潛水員預(yù)置水下氣囊繼續(xù)溜放，直至沉箱完全自浮；6）當(dāng)沉箱完全自浮后，同步停止后牽引系統(tǒng)，潛水員解除兩側(cè)后牽引鋼絲繩，利用150T拔桿船吊將沉箱拖向安裝現(xiàn)場就位安裝。2.安全驗算（1）橫移橫移沉箱氣囊選用計算詳見表4。移運高度：50cm每條氣囊承載長度：15m每條氣囊承載寬度=(1-0.5)×3.14÷2=0.785m氣囊總承載面積=75×0.785=58.875m2所需工作壓強(qiáng)=1132÷58.875=19.22×9.8÷1000=0.188Mpa設(shè)計實際工作壓強(qiáng)為：0.2Mpa通過以上計算，氣囊的實際工作壓強(qiáng)是額定壓強(qiáng)的62.7%，設(shè)計工作壓強(qiáng)為0.20Mpa是額定壓強(qiáng)66.7%，移動過程是安全的。（2）縱移縱移沉箱氣囊選用計算：詳見表5。移運高度：50cm每條氣囊承載長度：11m每條氣囊承載寬度=(3.14-0.5×3.14)÷2=0.785m氣囊總承載面積=88×0.785=69.08m2所需工作壓強(qiáng)=1132÷69.08=16.39×9.8÷1000=0.16Mpa設(shè)計工作壓強(qiáng)為0.18Mpa通過以上計算，氣囊的實際壓強(qiáng)0.16Mpa是額定壓強(qiáng)的53.3%，設(shè)計工作壓強(qiáng)為0.18Mpa是額定壓強(qiáng)60%，移動過程是安全的。（五）水平移運前后牽引系統(tǒng)及安全驗算沉箱在下水平臺及預(yù)制場水平移運的前牽引：F1=?滋G=5%×1132=56.6T考慮到滑輪組的機(jī)械效率0.85和3倍保險系數(shù)，則牽引力：F2=56.6÷0.85＝66.6TF3=3×66.6＝199.8T2個橫移前牽主地錨各按牽引力60T設(shè)計，牽引系統(tǒng)采用2臺JM-10型卷揚(yáng)機(jī)及其配套滑輪組（n=4），牽引力為2×4×10÷0.85=94.1t，能滿足氣囊起步的牽引F=N×f=1132t×5%=56.6t的要求。其中摩檫系數(shù)f=3%～5%，與氣囊的工作氣壓與地面的硬化參數(shù)有關(guān)，根據(jù)以往出運經(jīng)驗考慮取值為5%。牽引系統(tǒng)安全系數(shù)=94.1/56.6=1.66。沉箱在1∶22～1∶40預(yù)制場至下水平臺斜坡道移運，為沉箱溜放下水通過下水滑道積累施工經(jīng)驗考慮，2個橫移后牽主地錨各按牽引力60T設(shè)計，后牽引地錨安全系數(shù)=120/27=4.44。牽引系統(tǒng)采用2臺JM-10型卷揚(yáng)機(jī)及其配套滑輪組（n=4），后牽引力F4=2×4×10÷0.85=94.1t，按1∶18斜坡道后牽引復(fù)核計算：F1=Gsinθ-?滋Gcosθ=27T，后牽引系統(tǒng)安全系數(shù)=94.1/27=3.49。施工中牽引速度宜控制在2m/min內(nèi)。水平移運前后牽引系統(tǒng)機(jī)具選擇詳見表6水平移運前后牽引系統(tǒng)機(jī)具表。（六）溜放下水后牽引系統(tǒng)設(shè)計與計算沉箱在1∶10下水滑道上后牽引：F1=Gsinθ-?滋Gcosθ=79T考慮到滑輪組的機(jī)械效率0.85和3倍以上保險系數(shù)，則牽引力：F2=79÷0.85＝93TF3=3×93＝279T2個后牽主地錨各按后牽引力120T設(shè)計，后牽引地錨安全系數(shù)=240/79=3.04。后牽引系統(tǒng)采用2臺JM-20型卷揚(yáng)機(jī)及其配套滑輪組（n=6），牽引力F4=2×6×20÷0.85=282t，后牽引系統(tǒng)安全系數(shù)=282/79=3.56。施工中牽引速度宜控制在2m/min內(nèi)。溜放下水后牽引系統(tǒng)機(jī)具選擇詳見表7后牽引系統(tǒng)機(jī)具表。（七）供氣系統(tǒng)氣囊采用2臺排氣量為6m3/min的空壓機(jī)，多管道空氣分配閥，兩邊各2根高壓管同時充氣。（八）出運下水平衡及防傾覆助浮計算1.水中平衡助浮計算前趾重量：（0.5+0.8）/2×17.02×2.5＝27.66T前趾排水量：（0.5+0.8）/2×17.02×1＝11.06T助浮氣囊計算：L≥（27.66-11.06）×4/3.14=21.14m采用L=11m氣囊2條平衡助浮。氣囊采用鋼絲繩綁扎固定于沉箱前趾上方沉箱中心以下位置，下水時，沉箱前趾側(cè)空倉略注水調(diào)節(jié)平衡。2.出運防傾覆助浮為防止沉箱水中傾覆，沉箱兩側(cè)各加設(shè)1條L=15m氣囊助浮，當(dāng)沉箱縱移出運下滑至設(shè)計低潮水位位置時，暫停出運，等待設(shè)計高潮水位3.0m繼續(xù)。（九）沉箱浮游穩(wěn)定計算經(jīng)計算，沉箱前艙灌水2.2m，后艙灌水3.71m時，處于浮游穩(wěn)定狀態(tài)，這時沉箱吃水8.07m（空箱吃水6.27m），重心4.65m，浮心3.11m，定傾半徑0.85m，定傾高度0.21m（＞0.2m，近海浮運，定傾高度取m≥0.2m