大型起重船（1500t）吊運沉箱安裝施工技術

林振輝 中交三航局廈門分公司

1.工程概況

廈門對臺漁業基地歐厝避風港B段一期工程為新建2個DT 5000t冷藏船泊位，采用重力式沉箱結構，沉箱共計28件，尺寸為長13.65m，寬11.80m，高度11.40m，橫向有2個、縱向有3個倉格，單件重將近850t。

2.總體方案比選

起重船在海洋工程建設中發揮出重要作用，在其支持下可完成海上裝卸、結構物建造等相關工作。不同于常規船的是，起重船在線型主尺度以及樁排方式上都有其特殊之處：（1）起重船船形普遍選擇的是箱形的方式，其設置的大面積甲板能夠為起重機安裝作業創造良好條件；（2）甲板上安裝起重機，此設備中心相對較高，與基線高吃水之比約1.5，相比之下常規船約為1；（3）從船舶寬度與吃水之比的角度來看，相比于常規船的2～3而言，其已經達到了6～14。

2.1 方案介紹

目前針對沉箱的出運、安裝主要設計了以下兩種方法。

（1）半潛駁出運、安裝。該方法是在沉箱預制完成并質量滿足施工需求后，在氣囊作用下利用碼頭和半潛駁上的牽引裝置將沉箱牽引至半潛駁甲板上，然后通過半潛駁將其運送至任務地點，但是該方法需要在200t起重船配合下進行安裝。

（2）大型起重船直接起吊、安裝。由于本工程位于三航翔安預制廠北圍堤的延長線上，因此在沉箱預制完成后在氣囊和卷揚機的作用下將其移送至三航翔安預制廠北圍堤上，通過大型起重船及配套的吊具將沉箱吊起，并通過起重船的錨纜運送至指定位置進行安裝作業。

2.2 方案比選分析

若采用方案一，為實現半潛駁下潛的作業，擬選取中交三航局廈門分公司預制廠搬遷工程港池為半潛駁下潛坑（港池底標高-13.5m），再通過200t起重船組以及1艘大馬力拖輪相配合將沉箱浮吊至指定的安裝區。按照設計要求，進入安裝區的航道至少寬60m，航道底標高需疏浚至-5.00m才能滿足沉箱吃水要求。首先科學測量施工設計進出航道的現有泥面水深，發現現有深度不足以使沉箱順利浮運，因此需要將航道進一步疏浚約為15×104m3，若疏浚單價按15.0元/m3計算，則疏浚作業大約需花費225萬；另外，還需要配備1艘錨艇（20萬/月）、1艘半潛駁（80萬/月）、1艘200t起重船（50萬/月）、1艘拖輪（70萬/月），沉箱的安裝大約要經過3個月的工期，在船機不計算油水的前提下計算安裝費用約為885萬。

若采用方案二，不使用擬設置的施工航道，擬通過1500t起重船，利用碼頭的有利位置，將沉箱逐漸移送到北圍堤上，同時利用起重船對其進行起吊安裝。該方案只需要疏浚不滿足1500t自航起重船在趁潮安裝時的淺點，疏浚方量約為4.4×104m3，預計花費66萬元，另外，還需要配備1艘1500t自起重船、1艘錨艇（20萬/月），沉箱安裝的工期可以減少一半，僅需1.5個月，在船機不計算油水的前提下計算安裝費用約為418.5萬元。

對比以上兩種不同的施工方案，方案二在具體施工時可以有效的避免與當地漁民養殖區進行重合，同時還大大縮短了起重船的起吊運輸距離，有效的規避了施工風險，提升了沉箱安裝的施工效率，工期從方案一的3個月縮減為1.5個月，且施工造價也節約了近一半。因此選取方案二進行沉箱的施工。

3.工藝參數設計

3.1 吊孔、吊架設計

根據沉箱的尺寸及格倉設置6個吊孔，采用強度高韌性好的無縫鋼管（外徑351mm，壁厚30mm），6個吊孔處于同一標高以確保沉箱起吊時受力均勻。

吊架由四根直徑800mm，壁厚12mm，最小屈服點強度為345MPa，許用應力≥230MPa的鋼管焊接而成，呈長方形，其結構尺寸與沉箱的外形尺寸相適應，為9475mm×8300mm。

3.2 吊架上鋼絲繩計算

吊架上鋼絲繩采用六根鋼絲繩進行吊裝，鋼絲繩與豎直力方向有一個夾角，取其最不利角度45°進行計算，其計算過程與吊架下吊鋼絲繩相同。

本項目最后選擇巨力索具股份有限公司生產的柔軟性好、強度高的無接頭繩圈鋼絲繩，該種鋼絲繩特別適用于空間有限或特大型吊裝工程，上部吊架采用6根φ140mm，下部采用12根φ90mm的無接頭繩圈鋼絲繩。

3.3 起吊插銷

插銷采用長度650mm 的國標鋼材質制作而成，插銷有2個吊點，每個吊點承受的剪力設計值為1360.5kN，插銷的容許剪力（安全荷載）按下式（1）計算：

式（1）中，[τ]—插銷的容許剪應力，MPPa，一般取不大于110MPa；As—插銷的截面積，mm2，As按下式（2）計算：

式（2）中，D0—插銷的直徑，mm。

綜上所述，可求得D0=125.5mm，因此插銷直徑選用250mm為宜。

4.安裝工藝及控制要點

4.1 施工工藝流程

施工準備→起重船移至起吊區→起重船掛鉤→起吊→起重船移船至候潮區→沉箱安裝→脫鉤

4.2 主要施工工藝

4.2.1 起重船掛鉤

起重船下鉤，掛鉤先從一邊往另外一邊下鉤，在吊鉤下降時由人工將分支鋼絲繩掛在沉箱吊孔的插銷上，待潮位滿足起重船吊運吃水深度要求后，由指揮人員指揮起重船掛鉤緩緩起吊，吊力控制在850t左右。

4.2.2 起吊

當潮水達到起吊要求后，逐步加大起重噸位，同時緩慢的收回起重船扒桿，主要是促使起重船的起吊中心往船的中心點靠攏，確保船舶的安全穩定。

4.2.3 沉箱安裝

因下水位置距安裝位置較近，起重船采用錨纜移位至安裝區域進行初定位，待潮水退至沉箱設計頂標高便可進行安裝。起重船緩慢放鉤將沉箱沉放下水，海水通過沉箱底部進水孔灌入沉箱，沉箱開始均勻壓水下沉，起重船的負荷逐步降低到100t左右，當沉箱底部距離拋石基床頂面約300mm時，起重船停止下放吊鉤，測量人員開始對沉箱進行精確定位。在進行定位時，測量人員通過全站儀確定沉箱的軸線。為準確控制沉箱的吃水深度，在完成了沉箱預制后，測量人員需要在沉箱前后側標注水尺，有利于準確孔沉箱的坐標。同時根據起重船利用自身產生的位移以及船上的調節鋼纜，在現場施工技術人員的監測指揮下將沉箱運送至設計位置，并且各沉箱之間相互緊鄰，盡可能的減少安裝縫。由于在拋石基床頂面預留了1%的倒坡，但是沉箱的底面是水平的，這就要求在起重船吊起時將沉箱前壁水平位置向前移動114mm，才能確保其傾斜坐底時位置符合設計要求。另外為了達到沉箱傾斜量的要求，當沉箱位置滿足標準后仍需繼續放下起重船吊鉤，確保其平穩置于基床上。當沉箱坐底后，如果技術人員經觀測發現其位置與設計存在較大偏差時，應當將起重船再次起鉤吊起沉箱，進行重新安裝，直到其位置符合設計標準。沉箱安裝位置滿足設計要求后，將起重船的吊索進行脫鉤，然后進行下一輪的沉箱安裝程序。沉箱安裝到具體位置后，技術人員需要在沉箱上設立適當的觀測點，定期監測沉箱的位移變化。

4.2.4 脫鉤

沉箱安裝就位進行脫鉤作業，考慮到吊孔位于最低水面下且插銷重量達到700多斤，為避免潛水作業人員水下作業和降低施工難度，在插銷一側焊接滑輪組配合人工進行脫鉤作業。

5.結束語

廈門對臺漁業基地歐厝避風港沉箱安裝采用大型起重船直接起吊安裝工藝，大幅度節約了工程成本，緩解了企業的船機調配壓力，滿足工程施工進度的要求，具有良好的經濟效益和社會效益。