氣囊助浮安裝預(yù)制箱涵技術(shù)與研究

李虎高+朱金民

摘 要：華潤海豐電廠取水口引水箱涵因無法進(jìn)行全部干法施工，需要進(jìn)行部分箱涵先預(yù)制，后出運安裝，而受箱涵安裝通道狹窄，通道水深較淺，起重船回旋區(qū)域狹小，吃水深度不夠等因素制約，無法利用起重船助浮安裝箱涵。而氣囊搬運箱涵技術(shù)，幾乎不受場地限制，且重量輕，安裝和拆卸方便快捷，便于運輸，成本低，可以減小吃水深度，故考慮采用氣囊助浮，出運并進(jìn)行安裝。

關(guān)鍵詞：取水口 氣囊 助浮 箱涵 出運 安裝

1.工程概況

廠址位于廣東省汕尾市海豐縣小漠鎮(zhèn)的東南部。取水口箱涵工程分現(xiàn)澆段和安裝段，安裝段箱涵長度共計140m，由24節(jié)箱涵組成，包括6個沉箱式取水頭箱涵和18節(jié)進(jìn)水箱涵。取水頭箱涵單個重約900t，進(jìn)水箱涵包括15米進(jìn)水雙孔標(biāo)準(zhǔn)箱涵10個，單個自重約603t，截面尺寸9.5m*5.5m，三通式箱涵2個，自重約455t，接頭箱涵6個，自重約為180t和305t，本文以15米雙孔標(biāo)準(zhǔn)箱涵為例進(jìn)行闡述。

受現(xiàn)場施工場地條件限制，原設(shè)計圖紙取水箱涵接泵房60m長度范圍內(nèi)實行干法施工，需要開挖基坑并在臨海側(cè)形成圍堰。待干法施工完成后，需將圍堰拆除，根據(jù)施工圖紙結(jié)合現(xiàn)場情況，安裝段開挖范圍為60m×140m范圍內(nèi)進(jìn)行，開挖采用抓斗式挖泥船配備兩艘1200m3開底駁，基床底標(biāo)高開挖至-8.0m左右，基床標(biāo)高-7.2m。

2.方案比選

2.1起重船助浮安裝

若采用起重船出運安裝施工，需要起重船、半潛駁、拖輪、平板駁、吊機等設(shè)備，與此同時其他工序交叉施工，參與施工船機設(shè)備多，各船布纜易交叉，相互干擾大。且因箱涵噸位較大，需租賃大型起重船舶設(shè)備，增加工程成本。

取水口分#1、#2引水箱涵，引水箱涵在開挖基坑的兩側(cè)，故起重船安裝時，吊車中線需與箱涵中線對齊，以500t起重船參數(shù)為例，吊重為500噸，主勾水上吊高為60m，舷外跨距為30m，主勾間距4m。船長60.3m，型寬26m，型深5m，滿載船艏吃水1.8m，船艉吃水3.8m。而#1、#2箱涵內(nèi)側(cè)距離最小30m，箱涵寬9.5m，基坑總寬度60m，故箱涵外側(cè)至基坑邊線距離5.5m，箱涵安裝軸線距基坑邊線10.25m，起重船吊鉤中線距船邊線13m，故安裝寬度不夠。起重船回旋范圍不夠，此方案不可行。

2.2鋼浮筒助浮安裝

傳統(tǒng)的鋼浮筒助浮沉箱出運方法的優(yōu)點是堅硬、牢固，但質(zhì)量過大，且施工難度大，需要預(yù)設(shè)固定鐵件，增加進(jìn)排水系統(tǒng)、外部電源等要求，且難于水下拆除，比較費工麻煩。

2.3氣囊助浮安裝

氣囊助浮出運安裝技術(shù)是利用氣囊充氣產(chǎn)生浮力，產(chǎn)生與鋼浮筒等其他助浮用具相同的助浮效果，氣囊相對較輕，可用反鏟配合搬運，而將沉箱助浮完成后，氣囊拆卸操作簡單。氣囊通過閥門充放氣，無需外部電源，成本低廉，制作時間短且使用壽命長。

綜上所述，針對本項目的特點，結(jié)合實際情況，氣囊助浮方案是優(yōu)先考慮方案。

3.工前準(zhǔn)備

3.1高壓氣囊的主要技術(shù)參數(shù)

本工程擬采用直徑D=1.5m及1.8m，長度均為12m的兩種氣囊進(jìn)行沉箱助浮及安裝。

3.2下水平臺及地錨布置

雙孔箱涵預(yù)制平臺標(biāo)高-3m，同時作為出運平臺。設(shè)計高潮水位+1.95m左右，設(shè)計低潮水位+0.22m左右，潮差為1.73m。后地錨布置于箱涵的預(yù)制平臺后方，平行于海岸線每隔30m；前移地錨布置于海上駁船上，具體位置根據(jù)實際情況調(diào)整。

3.3定位器設(shè)置及測量放線

為便于箱涵在水下的定位，需加工制作定位器，以便精確安裝箱涵。定位器由型鋼制作而成，并在箱涵沒水前焊接、安裝完成。根據(jù)測量控制點坐標(biāo)及已經(jīng)安裝的沉箱布置情況，于岸邊布置測量控制點。

3.4預(yù)埋拉環(huán)

在箱涵兩側(cè)底部預(yù)埋掛氣囊的拉環(huán)，拉環(huán)間距1.3m，每側(cè)預(yù)埋11個，拉環(huán)預(yù)埋位置距箱涵底面0.5m。箱涵拖運前，需要在箱涵頂板四個點預(yù)埋直徑80mm的圓鋼拉環(huán)，預(yù)埋的拉環(huán)同時作為箱涵間對拉設(shè)備的預(yù)埋件。

4.施工流程、施工步驟及施工方法

4.1雙孔箱涵氣囊助浮出運安裝工藝

潛水員配合掛后鋼絲纜→駁船定位掛前牽引鋼絲纜→箱涵內(nèi)外氣囊安裝→氣囊就位后充氣→拉緊四角纜繩，等待高潮位→箱涵起浮，拖運至安裝現(xiàn)場→箱涵在纜繩控制下定位→氣囊放氣，箱涵下沉→解除鋼絲纜，安裝對拉牽引設(shè)備→對拉箱涵，回收氣囊。

4.2雙孔箱涵起浮安裝操作

（1）低潮位時，由潛水員將充半氣的氣囊依次拖運到箱涵內(nèi)部，拖運到位后，氣囊放氣，自然下沉，底層平行布置兩條直徑1.5m氣囊，中層平行布置兩條直徑1.8m氣囊，上層平行布置兩條直徑1.8m氣囊。

（2）內(nèi)部氣囊分三層布置完成后，開始逐層充氣，充氣順序由上到下依次充氣。

（3）安裝兩側(cè)外掛氣囊時，潛水員預(yù)先將捆綁帶安裝在拉環(huán)上，然后將氣囊拖運到捆綁帶上，每側(cè)各布置3條直徑1.5m氣囊。

（4）布置完外側(cè)氣囊后，氣囊開始充氣，充氣時根據(jù)氣囊膨脹狀態(tài)隨時調(diào)整各氣囊氣壓，充氣完成后，綁帶自然鎖緊，氣囊固定牢固。

（5）在布置氣囊的同時，鋼絲纜也要同時安裝，箱涵后方左右兩側(cè)各布置一臺卷揚機，每臺卷揚機的鋼絲纜需要掛在箱涵頂板后方的預(yù)埋拉環(huán)上。駁船上船頭和船尾的卷揚機也分別引出鋼絲纜，掛在箱涵頂板前端的兩個預(yù)埋拉環(huán)上。

（6）鋼絲纜和氣囊安裝完成后，等待漲潮，當(dāng)潮位達(dá)到+1.5m標(biāo)高時，箱涵起浮，收緊前后纜。

（7）通過駁船的前纜牽引，陸地上的后纜松放，將起浮后的箱涵拖運到預(yù)定海域。

（8）箱涵到達(dá)預(yù)定海域后，技術(shù)人員開始指揮定位，同時將兩側(cè)外掛氣囊依次放氣，兩側(cè)氣囊同時放氣，以保證箱涵平衡，當(dāng)兩側(cè)氣囊放氣完成時，箱涵剛好開始下沉。

（9）箱涵下沉到位后，潛水員將箱涵四角的鋼絲纜解除，然后安裝好對拉牽引設(shè)備。

（10）箱涵在對拉設(shè)備作用下，與前一段箱涵對接完成，經(jīng)岸邊測量員進(jìn)行校核，潛水員水下檢查安裝精度符合規(guī)范后，最后進(jìn)行氣囊回收。

4.3雙孔箱涵安全驗算

（1）箱涵體積計算，經(jīng)計算，箱涵體積為246.15m3。

（2）助浮氣囊充氣后箱涵起浮驗算

經(jīng)計算，箱涵被水淹沒4.5m時（潮位到達(dá)+1.5m）開始起浮。水深達(dá)到4.5m時，淹沒箱涵體積162.45m3，淹沒直徑1.8m氣囊體積224m3，淹沒直徑1.5m氣囊體積225m3，合計：611.45m3，淹沒總體積可提供浮力為626.45t，氣囊自重合計為22t，箱涵自重為603t。

626.45-22=604.45t≈603t，因此箱涵在淹沒4.5m時可以自浮。

（3）箱涵下沉驗算

經(jīng)計算，箱涵兩側(cè)的6條氣囊放氣后，箱涵正好開始下沉，當(dāng)需要重新起浮時，在兩側(cè)的氣囊稍微充氣即可。箱涵全部沒入水中，淹沒箱涵體積243.15m3，淹沒直徑1.8m氣囊體積262.4m3，淹沒直徑1.5m氣囊體積：90m3，合計：595.5m3。淹沒總體積可提供浮力為610t，氣囊自重合計為24t，箱涵自重為603t。箱涵需要重新起浮時，兩側(cè)氣囊需提供627-610=17t，即兩側(cè)氣囊各充三分之一條氣囊的氣，即可重新起浮。

4.4箱涵定位安裝

箱涵拖運到預(yù)定海域后位置后，兩側(cè)氣囊逐條放氣，放氣時由下往上的順序放氣，氣囊放氣的同時，負(fù)責(zé)箱涵定位的潛水員站在箱涵頂，在陸地測量員的指揮下，指揮氣囊放氣和定位。

當(dāng)箱涵頂面與水面幾乎平行，箱涵軸線與安裝軸線幾乎重合（箱涵頂上兩根測桿同時處在安裝軸線上），同時箱涵距前一段箱涵1米左右位置，兩側(cè)氣囊同時放氣，箱涵緩緩下沉到底，如需要調(diào)整，可通過充放兩側(cè)氣囊實現(xiàn)重新起浮下沉，進(jìn)行調(diào)位，如安裝到位，可進(jìn)行兩側(cè)氣囊回收及箱涵頂鋼絲纜解除工作。

鋼絲纜解除后，再由潛水員安裝對拉牽引設(shè)備，安裝完成后，啟動對拉設(shè)備，箱涵對接完成，即安裝完成，最后進(jìn)行剩余氣囊回收工作。

5.氣囊助浮工藝要求

（1）施工前對所有作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底。

（2）計算數(shù)據(jù)須經(jīng)兩人復(fù)核，并經(jīng)主管領(lǐng)導(dǎo)審查、批準(zhǔn)后方可實施。

（3）氣囊在使用前，要嚴(yán)格檢查各個部位及配件的質(zhì)量均完好，發(fā)現(xiàn)問題，立即報告。

（4）拉帶要平整的捆綁在氣囊上，確保氣囊受力均勻。

（5）兩側(cè)氣囊應(yīng)同時均勻充氣。

（6）氣囊在使用過程中，應(yīng)防止被利器扎、割損傷、漏氣。

（7）拉環(huán)焊接必須符合質(zhì)量要求，外邊緣必須修整、磨邊。

6.工藝實施效果

經(jīng)過采用氣囊助浮出運安裝箱涵的新工藝，使得華潤海豐電廠取水口箱涵出運安裝工作得以順利完成，節(jié)約了經(jīng)濟成本，提高了安裝效率，有著廣泛推廣的實際意義，本項目對箱涵安裝區(qū)域狹小的項目有一定的借鑒意義，可應(yīng)用于氣囊助浮打撈工作，具有一定的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1].金毅，楊梅萍.大型預(yù)制構(gòu)件水下高精度安裝施工控制技術(shù)[J].大壩與安全，2011，（06）： 29-36.[2017-09-25].

[2].余景良.大型預(yù)制沉箱鋼筋安裝施工質(zhì)量控制[J].建筑技術(shù)開發(fā).2011，38（01）：29+47.[2017-09-25] .

[3].孫合軍，姜濤.大型半圓體及齒形構(gòu)件水下安裝技術(shù)[J].

[4].黃金龍.沉箱出運安裝的安全控制研究[D].天津大學(xué).2013.