外海大型沒(méi)頂沉箱安裝施工技術(shù)

項(xiàng)國(guó)玉，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116000）

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模和結(jié)構(gòu)

大連港長(zhǎng)興島30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭工程采用“蝶”型布置，長(zhǎng)度436 m，共包括棧橋墩3個(gè)、系纜墩6個(gè)、靠船墩4個(gè)、平臺(tái)墩4個(gè)，全部采用圓沉箱獨(dú)立墩式結(jié)構(gòu)，每墩1個(gè)圓沉箱，共17個(gè)沉箱，其中棧橋墩、系纜墩和平臺(tái)墩沉箱直徑為16 m，高度25 m，重量2 980 t，靠船墩沉箱直徑為18 m，高度25 m，重量3 364 t。各墩之間采用鋼棧橋和人行橋連接。墩臺(tái)頂面高程均為+11.0 m，沉箱底面高程為-26.0 m，頂高程-1.0 m。典型斷面圖如圖1所示。

1.2 自然條件

長(zhǎng)興島地處遼東灣東岸，屬海洋性氣候，受季風(fēng)影響較大。冬季多偏北風(fēng)，夏季多偏南風(fēng)。根據(jù)長(zhǎng)興島1961—1982年多年資料分析：多年平均風(fēng)速為5.1m/s，冬季3個(gè)月平均風(fēng)速為6.8m/s；春季3個(gè)月平均風(fēng)速為7.5 m/s。全年常風(fēng)向?yàn)镹NE，頻率為18.25%；次常風(fēng)向WSW，頻率13.68%；強(qiáng)風(fēng)向以偏N向大風(fēng)為主；最大風(fēng)速40.0 m/s，風(fēng)向N，次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹NE，最大風(fēng)速34.0m/s，風(fēng)向NNE，6級(jí)以上大風(fēng)的頻率為7.4%。

本海區(qū)的潮汐性質(zhì)屬不正規(guī)半日潮。日不等現(xiàn)象比較明顯，潮汐強(qiáng)度中等。最高高潮位2.81 m，最低低潮位-0.78 m，平均高潮位1.75 m，平均潮位1.26 m，平均低潮位0.71 m。

圖1 典型斷面圖Fig.1 Typicalsection

全年常浪向?yàn)槲髂舷蚝蜄|北向，冬、春偏北及東北向；夏、秋多為西及西南向。年平均波高為0.8m。

實(shí)測(cè)大潮期間漲、落潮垂線平均最大流速分別為 1.58m/s、1.27m/s，流向分別為 22°、220°，測(cè)點(diǎn)最大漲、落潮流速分別為1.92m/s、1.56m/s，流向分別為 39°、231°。

本海區(qū)海冰相對(duì)較重，本工程所處海域每年11月底至來(lái)年3月中旬結(jié)冰，冰厚約30～60 cm。

2 工程難點(diǎn)

1）本工程位于北港區(qū)東防波堤外海側(cè)，處于完全無(wú)掩護(hù)海域，屬外海作業(yè)，且水流流速大。

2）大型沉箱直徑為18m，高25m，重3 364 t。

3）全部沉箱設(shè)計(jì)頂高程為-1.0 m，位于本區(qū)域最低低潮位（-0.78m）以下。

3 工藝特點(diǎn)

1）沉箱安裝時(shí)，需在頂部加裝整體鋼圍堰，以提高沉箱頂面高程，改沒(méi)頂安裝為出水安裝。

2）沉箱安裝時(shí)，需使用起重船輔助安裝、精確定位。

3）沉箱安裝時(shí)間窗口選擇：波高小于1.0 m；水流的流速小于0.3 m/s；風(fēng)級(jí)小于6級(jí)；潮位為低潮。

4 整體鋼圍堰設(shè)計(jì)

鋼圍堰主要用于增加沉箱高度，減小水下沒(méi)頂安裝影響，同時(shí)兼做工作平臺(tái)。鋼圍堰底部與沉箱頂面接觸部分要做止水處理。

鋼圍堰總重量約50 t，高度為3.0 m，嵌入沉箱0.5 m。主要結(jié)構(gòu)形式為縱、橫3道桁架，桁架之間通過(guò)槽鋼連接，桁架桿件采用雙槽10號(hào)對(duì)焊，外側(cè)由12 mm厚鋼板組成，平臺(tái)上鋪4 mm厚的鋼板（見(jiàn)圖2），平臺(tái)上使用荷載按15 t考慮（主要承重水泵、鋼絲繩、卡環(huán)、人及一些小型施工用具）[1]。

鋼圍堰外形類似圓臺(tái)狀，內(nèi)部為縱橫桁架，外包鋼板全部密封。安裝沉箱時(shí)，需吊裝到沉箱頂部放置并與沉箱連接牢固，施工方便簡(jiǎn)單實(shí)用。

圖2 鋼圍堰結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structureof steel cylinder frame

5 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程圖Fig.3 Construction process flow diagram

5.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.2.1 鋼圍堰制作

鋼圍堰由四部分拼裝焊接成整體，接縫處焊接必須牢固。鋼圍堰下部嵌入沉箱0.5 m的部分應(yīng)保證圓度的精度。外表斜面部分的外包鋼板必須焊接密封，不得漏水，否則影響止水施工效果。鋼圍堰下部與沉箱頂面接觸部分，應(yīng)足夠平整，以便于安裝止水毛毯。鋼圍堰整體剛度需經(jīng)過(guò)核算，加工后必須嚴(yán)格檢測(cè)外形尺寸，以滿足施工要求。

5.2.2 安裝鋼圍堰

1）起重人員在陸地上將止水用毛毯卷好后，使用8號(hào)鐵絲將其固定在鋼圍堰底部（事先在鋼圍堰底部的鋼板上使用電鉆打小孔）。毛毯具體的卷滾和固定方式如圖4所示。

圖4 毛毯滾卷、固定方式示意圖Fig.4 Sketch of theblanket rolling and fixedmode

2）起重船吊起鋼圍堰至沉箱儲(chǔ)存場(chǎng)，安裝在沉箱頂部，使用5 t的絲杠將其固定在沉箱頂部的吊環(huán)上。鋼圍堰固定方式如圖5所示。

圖5 鋼圍堰固定示意圖Fig.5 Sketch of fixed steelcylinder frame

5.2.3 沉箱安裝

1）沉箱抽水及起浮施工控制

抽水方駁提前在沉箱儲(chǔ)存場(chǎng)駐位，在低潮平流時(shí)前5 h開(kāi)始抽水，至沉箱倉(cāng)隔內(nèi)壓水高度為10 m時(shí)，暫停抽水，仔細(xì)觀察沉箱的平衡狀態(tài)，待流速下降至80 cm/s時(shí)，繼續(xù)抽水1 h左右，此時(shí)倉(cāng)格內(nèi)壓水高度約為4 m，流速在50～60 cm/s左右，沉箱起浮，繼續(xù)抽水至倉(cāng)格內(nèi)穩(wěn)定壓水高度3.2m時(shí)，停止抽水，等待拖輪靠近。

2）定位方駁作為沉箱安裝的依靠并粗定位

沉箱抽水起浮穩(wěn)定后，采用2艘拖輪旁拖沉箱至安裝現(xiàn)場(chǎng)。在沉箱距離定位方駁5m處左右，從沉箱上用6根尼龍纜系在定位方駁帶纜樁上，然后解開(kāi)拖輪的纜繩，拖輪駛離定位方駁。沉箱固定好后測(cè)量定位，通過(guò)調(diào)整定位方駁錨纜粗調(diào)沉箱位置。

3）采用起重船輔助安裝，并精確定位

起重船在安裝現(xiàn)場(chǎng)平行于水流方向駐位，船尾下八字錨，船頭引出2根直徑為80mm的尼龍纜系于浮鼓上（其中1根尼龍纜待拖輪撤離后再系在浮鼓上）。沉箱粗定位過(guò)程中，起重船從沉箱迎面方向靠近，距離適宜后，將吊索具掛在起重船的勾頭上，同時(shí)起重船船頭引出2根直徑為18 mm的鋼絲繩拴在沉箱的吊環(huán)上，用以調(diào)整沉箱安裝角度。沉箱安裝船機(jī)駐位平面布置示意圖如圖6。

圖6 船機(jī)駐位平面布置示意圖Fig.6 Layoutof shipmooring

4）沉箱安裝新型盲板系統(tǒng)，保證施工安全

施工時(shí)，使用潛水員水下安裝新型盲板系統(tǒng)，同時(shí)將盲板繩引致沉箱頂部系牢。采用此種新型盲板系統(tǒng)，施工人員只需在沉箱頂部操縱盲板繩替代傳統(tǒng)的潛水員進(jìn)行沉箱水下開(kāi)關(guān)進(jìn)水孔，杜絕潛水員水下施工的安全隱患，節(jié)省施工時(shí)間，降低潛水員的勞動(dòng)強(qiáng)度[2-3]。

6 結(jié)語(yǔ)

1）經(jīng)過(guò)多次施工實(shí)踐，統(tǒng)計(jì)分析施工數(shù)據(jù)得出沉箱安裝最短歷時(shí)及最佳安裝時(shí)機(jī)。具體施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)如下：每個(gè)沉箱安裝施工基本上要持續(xù)8 h左右；其中抽水時(shí)間約4 h，沉箱由儲(chǔ)存場(chǎng)至安裝現(xiàn)場(chǎng)?？康蕉ㄎ环今g上的時(shí)間約1 h；沉箱壓水至安裝完全結(jié)束約3 h，而且安裝的3 h是在低潮、最大流速小于0.4 m/s的條件下進(jìn)行的。沉箱安裝最佳時(shí)機(jī)是每月死訊前后幾天，選擇低潮平流時(shí)進(jìn)行安裝施工。因此，每次在大型沒(méi)頂沉箱安裝前，均安排專人做好水位、流速的觀測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)及分析，確定沉箱安裝的準(zhǔn)確時(shí)間，爭(zhēng)取一次安裝成功。

2）整體鋼圍堰外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，保證頂部平臺(tái)上施工和設(shè)備利用方便快捷，節(jié)省了安裝時(shí)間。尤其，止水毛毯的設(shè)置方式也是經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)、調(diào)整，保證了止水效果。鋼圍堰具有整體性好，剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，且安裝施工簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)點(diǎn)。

3） 沉箱安裝方式經(jīng)過(guò)幾次研討、實(shí)踐、總結(jié)，最后采用方駁粗定位、起重船吊浮輔助精確定位的工藝安裝沉箱。后期沉箱安裝時(shí)間均控制在8 h左右，且施工歷時(shí)與水流流速大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系控制得較好，保證了沉箱安裝施工的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

4） 大連港長(zhǎng)興島30萬(wàn)t原油碼頭工程大型沒(méi)頂沉箱安裝的順利完成，克服了諸多困難。作為長(zhǎng)興島北港區(qū)外海大型沉箱施工的先例，總結(jié)和積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似碼頭工程施工提供技術(shù)儲(chǔ)備。

[1]JTS167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].JTS167-2—2009,Designand construction code forgravityquay[S].

[2] 李運(yùn)勝，劉盛武，丁志軍.大批量沒(méi)頂沉箱安裝施工[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2001（3）：33-36.LIYun-sheng,LIU Sheng-wu,DING Zhi-jun.Installation of submerged caissons in large quantity[J].China Harbour Engineering,2001(3):33-36.

[3]劉德進(jìn).大批量大型沉箱在惡劣海況下的出運(yùn)與安裝[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2006（2）：57-59.LIU De-jin.Transportation and installation of large caissons in large scale in atrocioussea conditions[J].China Harbour Engineering,2006(2):57-59.