鋼浮箱助浮法安裝沉管施工技術

汪　飛

（中交第三航務工程局有限公司，上海　200032）

鋼浮箱助浮法安裝沉管施工技術

汪飛

（中交第三航務工程局有限公司，上海200032）

以莆田國投湄洲灣第二發電廠2×1 000 MW機組工程取排水沉管安裝為工程實例，介紹了海上沉管安裝施工技術。通過鋼浮箱助浮方式解決了體積大、重量重、數量多、安裝精度高的大型沉管的安裝問題，取得了很好的效果。

鋼浮箱；沉管；安裝

1　工程概況

國投湄洲灣第二發電廠2×1 000 MW機組工程位于福建莆田市忠門半島，北緯25°09＇21″，東經119°01＇49″，地處湄洲灣北岸經濟開發區東埔鎮塔林村，距莆田市區約40 km，利用福建太平洋電力有限公司福建湄洲灣電廠一期工程預留的擴建場地和部分灰場場地作為本期工程施工場地。

2　水文條件

本海區為規則半日潮流，潮流為典型的往復流，流向較穩定，主流向為偏S-N向，基本與岸線平行。漲潮流方向一般為由灣外向灣內，落潮流方向一般由灣內向灣外。測區潮流最大流速在51.6～171.1 cm/s之間。

3　沉管結構及工程量

沉管最大長寬高為30 m×13.8 m×5 m，最大單件重量達1 657 t，且沉管本身不具備封閉空間，自身提供浮力較小，安裝工程難度大。

本工程包括取排水沉管89段，單孔過水斷面為4.0 m×4.0 m。包括CG1-CG9等9種形式，下文以典型的CG2型排水沉管為例介紹，見圖1。

圖1　排水沉管CG2斷面圖Fig.1　Cross-section of immersed tube CG2 for water discharge

4　施工部署

沉管裝船、出運采用“建港平海”8 000 t半潛駁，每次裝1節沉管，由拖輪拖帶至下潛坑下潛，半潛駁就位后與700 t起重船成一字形布置。

半潛駁注水下潛，當沉管下沉到其頂板的下表面高于浮箱頂面約0.3 m時，用工作艇將浮箱逐個推入沉管內。半潛駁繼續下潛，當沉管頂板上表面潛入水下1 m時，起重船起吊沉管，并保持沉管完全沒水狀態，由拖輪拖帶起重船至安裝位置拋錨就位[1-2]。隨后半潛駁排水上浮，進行下節沉管上駁、運輸，重復循環進行。

起重船就位后開始安裝，沉管安裝采用GPS測量定位，在測量人員的指引下和潛水員水下指導下，起重船將沉管安裝到位，完成初步對接。潛水員安裝拉合裝置，啟動拉合千斤頂將沉管拉合，止水帶壓縮，直到對接縫符合設計要求為止。最后進行沉管基礎灌砂施工，灌砂施工完成后，解除吊索，浮箱注水拉出，安裝完成。

5　沉管安裝方案

5.1沉管安裝順序

總體安裝方向由岸側往海側進行，取、排水沉管交替安裝，依據預制生產單元以每17件為1個安裝單元。首先進行跨圍堤段取、排水沉管安裝，之后逐件向海側推進。

5.2船機選擇

1）半潛駁選擇

半潛駁每次裝1節沉管，通過計算，構件中最重的沉管單件遠小于8 000 t，沉管裝船、出運采用“建港平海”8 000 t半潛駁可滿足要求。

2）起重船選擇

采用鋼浮箱助浮的方法安裝沉管，通過對每件沉管的沒水自重及所需吊力進行計算，所有構件中需提供最大吊力為518 t，在吊裝過程中，當起重船將構件吊離半潛駁時，需將扒桿伸入船體約船長1/2處（半潛駁型長70 m）[3]，此時扒桿仰角最小為56°，此時700 t起重船主鉤核定載荷為579 t，因此，選用700 t起重船進行吊裝。

5.3沉管安裝

5.3.1上駁、運輸

沉管在東吳預制場上駁，用氣囊移運工藝，采用8 000 t半潛駁配合2 984 kW（4 000 HP）拖輪進行運輸，海上運輸距離約5 n mile。

設計低水位為-2.10 m，考慮半潛駁的最小吃水深度為2.9 m[3]，滿足沉管上駁的最低潮位為+0.80 m。根據當地潮水表分析，每個潮水漲潮時段，平潮前滿足沉管上駁條件水位的時間大約為2～3 h，半潛駁在前一個潮水進行靠泊作業，可不占用本潮水段時間，沉管上駁時間考慮2 h，時間區間基本可滿足要求。

5.3.2鋼浮箱安裝

因考慮到沉管自重較重，且自浮力較小，沉管安裝采用鋼浮箱助浮。因在基礎灌砂過程中，鋼箱無法及時拆除回收，灌砂施工時間（20～30 h）長，為保證沉管安裝施工進度不受影響，應配備2組鋼浮箱交替使用，見表1、圖2。

表1　鋼浮箱參數表Table 1　Parameters for steel buoyancy tanks

浮箱浮于水面，用起重船小鉤吊住鋼箱前部吊點以控制鋼箱方向，當沉管下沉到其頂板的下表面高于浮箱頂面約0.3 m時，用工作艇將浮箱逐個推入沉管內，居中放置。所有鋼浮箱進入沉管就位后，采用鋼絲繩將端頭浮箱與底板預埋件連接固定。

5.3.3半潛駁下潛作業

1）排水沉管下潛所需水深計算

沉管下潛深度1 m，沉管高度5.6 m，墊木厚度0.35 m，半潛駁型深5.8 m，考慮1 m富余水深，則下潛后沉管起吊所需水深為1+5.6+0.35+ 5.8+1=13.75 m。

2）下潛前的準備工作

掃海：首節沉管安裝前，安排測量船配置多波束測深儀對下潛坑區域及吊運路線進行掃海，繪制精確的等深線圖。

下潛、吊運安裝時段選擇：收集歷年潮位、氣象資料，結合沉管吃水、下潛坑、吊運路線上水深，找出滿足下潛、吊運水深要求的潮位時段，選擇下潛、吊運、安裝作業時間。

下潛、吊運、安裝作業時間分析：根據當地潮汐規律，漲落潮過程中滿足+0.0 m以上水位要求的時間區間大約為6～7 h，半潛駁下潛深度約14 m左右，下潛及上浮移船時長約3 h，起重船自航吊運沉管至最遠安裝位置需要時長約1 h，由于起重船進入基槽后的安裝作業基本不受潮水限制，因此，選擇在漲潮時段水位達到+0.0 m時開始進行下潛作業可留有充分施工時間。

圖2　內塞鋼浮箱斷、立面圖Fig.2　Cross-section and elevation of a steel buoyancy tank inside a tube

測量定位儀器安裝：當半潛駁及起重船就位后，將GPS的移動站安放到測量塔的頂端，通過無線信號與起重船的電腦連接好。再利用起重船的小吊鉤將測量塔吊放到預埋件上，通過法蘭螺栓固定在預埋件上。測量塔設置于沉管中軸線頭尾兩端，通過兩點成直線進行定位控制。

3）半潛駁、起重船船位布置

半潛駁由拖輪拖帶至下潛坑，順沉管安裝軸線方向就位（船首朝向海側，船尾朝向岸側），四角拋八字錨，錨纜長200 m。

起重船同樣順軸線方向在半潛駁船首前方拋錨就位，四角拋八字錨，錨纜長150 m錨纜。定位完成后待鋼浮箱塞入沉管后，起重船向前移動，使扒桿從半潛駁船首塔樓之間進入半潛駁，當主鉤垂線與沉管中心重合時停止移船，放下主鉤，系掛吊纜。

4）半潛駁下潛

當系掛吊鉤完成后，即進行半潛駁下潛作業，起重船的主吊鉤跟隨松放。半潛駁下沉到沉管頂部浸入水面約1 m時停止下潛，起重船起鉤，將沉管吊離半潛駁，并收緊后錨移動船位，退出半潛駁。之后，半潛駁上浮收錨移船出坑。

5.3.4沉管沒水吊運

為確保沉管海上吊運穩定，應選擇在浪高≤1.0 m、流速≤1 m時進行沉管浮運，潮位選擇在漲潮或平潮時段。吊運過程中，沉管頂面在水面以下1 m位置，需要水深為5.6（以最高沉管尺寸考慮）+1+1（富余水深）=7.6 m，為保證在+0.0 m以上水位時能滿足吊運水深條件，在第一段沉管基槽開挖完成后將下潛坑至安裝位置的基槽統一開挖至-8 m。海上吊運最遠距離約515 m，起重船自航至安裝位置需要時間約1 h。沉管沒水吊運采用起重船吊運，起重船自航至安裝位置。

5.3.5沉管定位安裝

1）起重船定位

進入基槽范圍后，起重船停船拋錨，通過收放纜繩移動船位，起重船移船可參照前節沉管尾部測量塔作為對標標準，當起重船吊運沉管至安裝位置附近時（離前節已安裝沉管約10 m時），停止移船并精確調整船位準備開始沉管安裝。

2）沉管初定位

起重船上電腦通過無線信號接收沉管頂GPS信號，將沉管精確位置反映在定位軟件上，測量員指揮卷揚機操作工絞纜進行初定位，基本保持沉管軸線與安裝軸線對齊，待沉管緩緩靠近并距離前節已安裝沉管約1 m距離時，停止移船。

3）沉管下放對拉

潛水員潛入水下，實地探摸沉管的位置，并在水下指揮起重船移船及松放吊鉤，當沉管下放至前節沉管承插口位置時，潛水員指揮起重船向前移位，直至將待裝沉管插入已裝沉管中。

沉管插入承插口后，起重船收絞前纜，使沉管緩慢向前運行直到待裝沉管與已裝沉管接縫收緊嚴密。此時，啟動拉合千斤頂進行對拉作業。

沉管緊密對接后，起重船調整船位，將沉管的另一端調整至設計軸線位置后松放吊鉤，直到沉管著床，保證此時沉管對基床壓應力<5 t/m2。

潛水員再次探摸管口接縫情況，并進行水下攝影取證。如有偏差時立即向水面報告并采取必要的措施。在沉管安裝至設計位置并接縫嚴密后，開始進行基礎壓力灌砂施工。灌砂施工完成后，起重船松鉤，由潛水員水下拆除吊點卸扣，同時拆除岸側一端測量塔并吊出水面。

最后鋼浮箱注水下沉并由起重船逐件拉出沉管，完成該沉管的安裝工作。該件沉管安裝完成后，為保證沉管接縫不發生松動，不能立即拆除對拉裝置，應待下一節沉管安裝完成后再行拆除。

5.3.6鋼浮箱拆除

1）浮箱注水下沉

為保證鋼浮箱在注水下沉過程中平穩、均衡，注水過程應嚴格控制注水速度，潛水員在操作過程中仔細觀察浮箱動態，當發現浮箱開始下沉時立即關閉進水閥門。

2）拉出浮箱

在浮箱落至沉管底板后，潛水員將起重船抽芯錨纜繩通過卸扣與浮箱頭部吊環連接，在船頭安裝導向架，保證纜繩與浮箱水平連接，起重船間接性收緊纜繩試拉浮箱，若試拉過程中發現浮箱頭部有上翹趨勢立即放松纜繩，直至試拉時浮箱平穩移動方可持續將浮箱拉出沉管。

3）浮箱出水

當浮箱拉出沉管后，起重船下放吊鉤，潛水員在水下進行換纜作業，吊鉤系纜完成后，起重船收緊吊纜，緩慢將浮箱吊出水面。由于此時浮箱處于重力大于浮力的狀態，因此在吊出水面時不會出現上跳情況。

4）浮箱回收

由于浮箱吊點位于頭部，受到重力作用，浮箱出水時為豎直狀態。當浮箱長度方向露出水面約2/3時，停止上拉浮箱，由潛水員水下打開浮箱尾部閥門，浮箱放水，待浮箱放水完畢，起重船繼續上拉浮箱，直至浮箱完全離開水面。將浮箱放回水面，關閉閥門，最終將浮箱吊至平板駁上存放，等待下一件沉管安裝。

6　結語

通過介紹鋼浮箱助浮安裝沉管施工技術解決了沉管自身浮力不足，體積大、重量重、安裝精度要求高等問題。與目前國內外使用較多的氣囊助浮安裝沉管的方法相比，鋼浮箱助浮安裝沉管具備安全、穩定，所需個數少，成本低等優點，尤其適用于標準型沉管數量較多的情況，是一種工效更高（氣囊充、放氣要花費很多時間）的選擇，必定會在越來越多的水上工程中得到運用。

[1] 姜春華，龔佳群.鋼浮箱助浮法安裝排水箱涵施工介紹[J].交通工程建設，2011（4）：21-23.

JIANG Chun-hua,GONG Jia-qun.Introduction to installation drainage box culverts with assistance of steel buoyancy tanks[J]. Transport Construction,2011(4)：21-23.

[2]謝喬木，陳波，楊云蘭，等.沉管在核電排水工程中的運用[J].中國港灣建設，2013（3）：37-41.

XIE Qiao-mu,CHEN Bo,YANG Yun-lan,et al.Use of immersed tubes in drainage works for a nuclear power plant[J].China Harbour Engineering,2013(3):37-41.

[3]莆田海事局.莆海航[2016]005號：“三航拖4007”拖帶半潛駁“建港平海”作業通告 [EB/OL].（2016-04-05）[2016-04-12]. http://www.msa.gov.cn/page/article.do?articleId=C3466759-B3B9-46DE-BFFF-F01F0D1CAB02.

Putian Maritime Bureau.Puhaihang【2016】No.005:Operational pulletion of Jiangang Pinghai by towing semi-submersible barge Sanhangtuo 4007[EB/OL].(2016-04-05)[2016-04-12].http:// www.msa.gov.cn/page/article.do?articleId=C3466759-B3B9-46DEBFFF-F01F0D1CAB02.

Technology for installation of immersed tubes with steel buoyancy tanks to assist floating

WANG Fei
（CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

Taking as an example the installation of immersed tubes for the water intake and discharge for the 2×1000 MW generating unit at CITIC Putian Second Power Plant,the construction technology for offshore installation of immersed tubes is presented.Steel buoyancy tanks were used to assist the installation and issues with the installation of bulky and heavy immersed tubes with a great quantity and high precision were solved,having obtained good results.

steel buoyancy tank;immersed tube;installation

U655.4

B

2095-7874（2016）05-0065-04

10.7640/zggwjs201605016

2015-11-27

2016-04-12

汪飛（1983— ），男，湖北荊門人，碩士，工程師，港口航道與海岸工程專業，主要從事港口航道與海岸工程施工技術與管理相關工作。E-mail：wangf_1@163.com