導管架施工工藝流程及施工技術要求

楊建文，劉振山，李文玉

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222;2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

導管架結構是一種新型的碼頭結構形式，此種碼頭結構具有整體性好，剛度大，抗風、浪、流能力強，適合在巖基地質條件且水深、浪大、流急地區建設碼頭。

通過波浪作用下導管架碼頭結構施工期穩定性的試驗研究，對在施工期導管架四種施工狀態進行了較為系統的研究[1]，得出了導管架在海上拖運時，在波浪作用下的運動狀態及拖纜力；得出了導管架在存儲現場漂浮狀態下，在波浪作用下的運動狀態及錨纜力；得出了導管架在定位安裝時導管架扶正安裝的吊力；得出了導管架定位安裝后在沒有澆注水下混凝土嵌固導管架時，在波浪作用下穩定狀態[2-3]。

本文根據導管架施工期試驗研究的成果，總結出導管架施工工藝的流程及施工技術要求。

1 施工工藝流程

導管架結構圖見圖1。導管架施工包括以下6個階段。

1）導管架結構設計。

2）導管架加工制造，包括：嵌巖孔開孔、施工的前期準備工作。

3）導管架海上浮運。運輸導管架有2種方法，即船舶運輸和海上浮運。施工中，如果施工單位具有大型運輸船舶和大型起重設備（1 000 t駁船、1 000 t吊船），可采用船舶運輸的方法；否則，可采用海上浮運方法。

4）導管架海上存儲。在以下兩種條件下，導管架需要在海上存儲：第一導管架制造后不立即運輸；第二導管架浮運到現場后不立即定位安裝。

圖1 導管架結構圖

5）導管架現場定位安裝。導管架定位安裝有兩種方法，①起重吊裝法。即用大型起重船（1 000 t）吊起，把導管架安放在嵌巖孔內。②起重船輔助放水、放氣法。即施工單位只有中小型起重船（200～500 t），可用起重船輔助吊裝定位，然后放水、放氣使導管架利用自重沉至嵌巖孔內。

6）現場澆筑水下混凝土嵌固導管架。導管架定位安裝后立即澆筑，把導管架嵌固在嵌巖孔中。

2 施工技術要求

2.1 導管架結構設計

導管架結構設計要根據施工地區的地質、水文氣象、波浪條件確定。采用船舶運輸和起重吊裝法時，導管架8根主鋼管不用密封防水。采用起重船輔助放水放氣定位安裝法時，導管架8根主鋼管要密封防水并安裝放水放氣閥。試驗研究中采用的是直徑φ150 mm的放水放氣閥門。

2.2 導管架加工制造

導管架加工制造最好在船臺上或船塢中進行，其目的是為了下水漂浮。

2.3 導管架海上浮運

導管架海上浮運[4]可采用四點一拖的拖航形式。拖纜點選擇在導管架端部，拖纜總長度200 m≤L＜300 m，拖纜角度θ≤10°，纜繩可采用鋼絲纜或尼龍纜，拖纜破斷力Tu根據試驗結果選擇，Tu＞1 800 kN。

從試驗研究結果分析，導管架浮運過程中，其前傾角的大小，拖纜力的大小取決拖航速度U。速度快，前傾角及拖纜力大，速度慢，前傾角及拖纜力相對要小，所以導管架相對拖航速度U控制在 3～4 kn（1.54～2.06 m/s）之間。

從試驗研究結果分析，導管架浮運過程中，波浪對拖纜力的大小有一定影響。在相同周期時，波高越大拖纜力越大，所以浮運中應控制在波高應 H13%≤1.5 m,，周期 T ＜ 7 s。

由于導管架是透空結構，波、流對導管架的橫向運動影響較小，這就使浮運時，導管架的橫向擺動不大，其運動軌跡基本是一條直線，因此導管架在拖航過程中只要主拖輪夠大可不用其它拖輪幫拖。

2.4 導管架海上現場存儲

試驗中系縛導管架采用四點系縛，系纜點設在導管架頂端，系纜角ψ=300，錨纜為直徑φ=45 mm的鋼絲纜，海底沉墜重量P=270.0 t。

從試驗結果看，系縛導管架升沉量和錨纜力的大小取決于波高的大小。相同周期條件下，波高大，升沉量和錨纜力大；波高小升沉量和錨纜力相應也小。在試驗條件下，導管架最大升沉量Z=1.80 m、最大錨纜力F=1 161 kN，海底沉墜沒有產生移動。所以導管架海上存儲時，海上波高H13%≤2.50 m,，錨纜的破斷力應選擇 Tu＞1 200 kN，沉墜重量P＞180 t。

2.5 導管架現場定位安裝

導管架運到施工現場后，要進行定位、安裝。施工中，要根據不同的運輸方法、安裝方法選擇導管架的施工方法。

1）船舶運輸，起重吊裝

施工單位具有大型運輸船舶和大型起重船舶，所以可把導管架直接裝船運到施工現場進行定位安裝。

2）海上浮運，防水、放氣定位安裝

由于導管架的豎向重心較高，浮心偏低，因此導管架不能豎向漂浮，海上運輸只能臥浮浮運。導管架運到施工現場定位、安裝時，首先要由起重船輔助把導管架扶正豎起定位，由起重船輔助放水、放氣使導管架利用自重沉至嵌巖孔內。

從試驗結果可以看到，起重船輔助豎起定位時的最大吊力P=270.0 t,這就要求起重船的吊裝能力P≥300.0 t；現場的波浪波高H13%≤1.2 m，周期≤7 s。

2.6 現場澆注水下混凝土嵌固導管架

導管架定位安裝后，應立即澆注水下混凝土把導管架嵌固在嵌巖孔內。如果導管架定位安裝后，不能立即澆注水下混凝土，這就需要關注在波浪作用下，導管架的穩定狀態。

試驗結果表明：

1）橫向浪作用導管架時

①在波高H13%=1.50 m,，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架有不同程度搖擺，但導管架沒有移動。

②在波高H13%=2.0 m、2.50 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架不但有不同程度的搖擺，而且產生移動，最大移動距離為0.35 m。

2）縱向浪作用導管架時

①在波高H13%=2.0 m、2.5 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架既不搖擺也不移動，導管架穩定。

②在波高H13%=3.0 m，周期=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架有不同程度搖擺，但導管架沒有移動。

3）45°浪作用導管架時

①在波高H13%=2.0 m、2.5 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架既不搖擺也不移動，導管架穩定。

②在波高H13%=3.0 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導管架有不同程度搖擺，導管架產生移動，最大移動距離為0.86 m。

根據以上試驗研究數據，導管架定位安裝后不立即澆注水下混凝土嵌固導管架的條件是，橫向浪作用時，H13%≤1.50 m，周期＜8 s；縱向浪和45°浪作用時，H13%＜2.50 m，周期＜8 s。

3 結語

1）采用船舶運輸和起重吊裝法時,導管架8根主鋼管不用密封防水。采用起重船輔助放水放氣定位安裝法時，導管架8根主鋼管要密封防水并安裝放水放氣閥。放水放氣可采用直徑φ=150 mm的閥門。

2）導管架加工制造應在船臺上或船塢中進行。

3）拖纜總長度200 m≤L＜300 m，拖纜角度θ≤10°，拖纜可采用鋼絲纜或尼龍纜；波高H13%≤1.5 m，周期 T＜7 s。

4）導管架海上存儲時，海上波高H13%≤2.50 m，錨纜的破斷力應選擇Tu＞1 200 kN，沉墜重量P＞180 t。

5）起重船輔助豎起定位時，起重船的吊裝能力P≥300 t；波浪波高H13%≤1.2 m，周期T≤7 s。

6）導管架定位安裝后不立即澆注水下混凝土嵌固導管架的條件是，橫向浪作用時，H13%≤1.50 m，周期＜8 s；縱向浪和45°浪作用時，H13%＜2.50 m，周期＜8 s。

參考資料：

[1]蔣冰，黃宣軍，楊建文，等.導管架施工期穩定性試驗研究[J].中國港灣建設，2013（1）：56-59.

[2]李文玉.馬跡山礦石中轉港擴建工程整體物理模型試驗報告[R].天津：中交天津港灣工程研究院有限公司，2005.

[3]蔣維清.船舶原理[M].大連：大連海事大學出版社，1998.

[4]施國道.港口工程施工手冊[M].天津：中交第一航務工程局有限公司，1994.