箱涵式沉箱浮運安裝施工技術

姚耿哲

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州 510220）

0 引言

在水工建筑物中，沉箱一般采用陸上預制、水上浮運安裝施工工藝。常規沉箱布置多為連續“一字型連續”或“單個獨立”布置，結構上為多倉方形或圓形鋼筋混凝土結構，容易通過增、減倉格水量實現自浮和下沉安裝。但在非常規設計布置下箱涵式沉箱的安裝施工中，由于沉箱下部箱涵式結構，使常規浮運安裝施工工藝下無法通過自身結構實現自浮。本文將介紹碼頭工程取水口中箱涵式沉箱浮運安裝施工技術。

1 工程背景

本工程取水口共11 件沉箱，A、D、E 型沉箱順岸布置，B、C型沉箱垂直于A 型沉箱布置，單件沉箱重量約為1306.43～2633.25t。其中A 型、B 型為箱涵式沉箱，B 型沉箱結構不對稱，兩件B 型沉箱下部箱涵與A 型沉箱下部箱涵對接。

2 浮運安裝理論思路

為實現取水口非常規布置下箱涵式沉箱浮運安裝，提出以下理論思路：

2.1 自浮設計

根據《重力式碼頭設計與施工規范（JTS 167-2—2009）》，沉箱安裝自浮需滿足：①沉箱的干舷高度應滿足公式要求：②定傾高度不下于0.2m。

2.1.1 A 型沉箱自浮設計

A 型沉箱在不采用助浮措施的情況，自身重力大于浮力，無法自浮，需采取助浮措施。下部箱涵為四道水流通道，通道體積1984.7m3，通過對箱涵結構進行封倉增加浮力實現自浮，封倉采用鋼封門。利用CAD 軟件建立沉箱三維模型，通過查詢模型特性信息，得到沉箱的重心、體積、慣性矩等數據。采用Excel 建立浮游穩定計算表，試算確定在上部沉箱倉格中加入1m 左右壓倉水，干舷高度和定傾高度滿足要求。

2.1.2 B 型沉箱自浮設計

B 型沉箱在不采用助浮措施的情況，自身重力大于浮力，無法自浮，需采取助浮措施。B 型沉箱箱涵通道為彎折通道，箱涵側壁分布不對稱，導致重心偏心，不平衡力矩過大。下部箱涵通道體積931.08m3，采用鋼封門進行封倉增加浮力，增加空倉結構，在上部沉箱倉格中壓載砂，減小自重和不平衡力矩，利用上文相關軟件試算確定壓載砂分布和數量，使干舷高度和定傾高度滿足要求。

2.2 鋼封門設計

鋼封門采用沉箱預制模板改造，由鋼面板、鋼桁架組合而成，A 型沉箱采用8 套外鋼封門。由于A 型、B 型沉箱有2 條箱涵通道對接相通，故B 型沉箱一側采用內封門，一側采用外鋼封門。

（1）鋼封門在沉箱安裝過程中，受內外水頭差產生的水壓力，外鋼封門支撐在混凝土面上，內鋼封門支撐在鋼牛腿上，最高水位為1.6m，鋼封門底部高程為-9.0m，內外水頭差為10.6m，鋼封門底部水壓最大最不利。鋼封門主要承受外側海水水壓力，水壓力通過鋼封門面板及豎肋傳遞至橫向主梁上，橫向主梁由雙拼槽鋼+10 號槽鋼的組合桁架，主梁間距為1m，主梁與沿鋼封門周邊設置24#槽鋼連接，24 與10mm 鋼板封邊，通過midas gen 進行驗算，強度、變形滿足要求，如圖1 所示。

（2）為確保沉箱在浮運和安裝過程中箱涵通道內無海水滲入，在鋼封門與沉箱接觸面之間采用橡膠止水帶進行止水，止水帶安裝在鋼封門上，采用槽鋼擠壓固定。

3 浮運安裝施工

結合取水口沉箱平面布置，取水口沉箱安裝順序：E 型→A-2 型→B-2 型→C-2 型→2×A-3 型→A-1 型→B-1 型→C-1型→D 型→E 型。

圖1 鋼封門結構

箱涵式沉箱浮運安裝施工與常規沉箱安裝有所不同，以B型沉箱為例，施工步驟如下：

（1）鋼封門安裝。將內鋼封門支撐牛腿用螺栓固定于箱涵內壁上，汽車式起重機將內鋼封門、外鋼封門依次吊起安裝。按照壓載方案，用噸袋裝填砂，吊入各沉箱倉格。安裝操作平臺、進出水閥門管道。

（2）陸上出運（頂升、橫移、縱移、上駁）。擺放氣囊，空壓機進行充氣，卷揚機通過鋼絲繩和插銷將沉箱橫、縱移至出運碼頭。半潛駁乘潮靠出運碼頭，氣囊滾動沉箱上駁，枕木支墊。

（3）半潛駁運輸。拖輪拖帶半潛駁，運輸至下潛坑。

（4）下潛、出塢、浮游拖運。半潛駁下潛，根據浮游穩定計算結果調整壓倉水，使沉箱處于漂浮狀態。

由于A 型、B 型沉箱下部設置有鋼封門，鋼封門上設置有進氣管和排水管，安裝時在平臺上設置空壓機與進氣管相連接，進氣管和排水管穿過鋼封門伸入沉箱箱涵結構底部。半潛駁分多次下潛，每次下潛約1m 后停止下潛，靜止5min 后，開啟空壓機往箱涵結構內充氣，觀察排水管是否有水排出，若無水排出，則半潛駁繼續下潛。若有水從排水管排出，則停止下潛，半潛駁緩慢上浮，在半潛駁上檢查鋼封門氣密性，對漏氣部位進行封堵。

通過半潛駁和拖輪上的牽引交叉鋼絲繩，拖動沉箱出塢，由拖輪緩慢拖運沉箱至安裝位置基床。

（5）安裝。駁船掛帶沉箱到安裝位置附近后，慢慢前進，將水流方向上方的鋼絲繩與待安裝沉箱上鋼絲繩連接，方駁解開鋼絲繩并離開。慢慢啟動卷揚機，拉動沉箱到接近安裝位置基床上方。在沉箱就位過程中逐步向沉箱各倉注水，使沉箱平衡下沉，當沉箱下沉至一定深度后，在已安沉箱與待安沉箱之間，交叉連接2 個20t 手拉葫蘆和縱向2 個20t 手拉葫蘆，并隨著沉箱下沉不斷將手拉葫蘆收緊。在已安沉箱與待安沉箱接縫處，根據要求放置調整縫隙用的木板，當沉箱底面與基床面距離0.3～0.5m 時，對沉箱進行精確定位，如圖2 所示。

圖2 下潛、出塢、浮游拖運

（6）鋼封門水下拆除。詳細步驟：①平衡內外水壓力。為確保潛水員在拆除鋼封門過程中不會被內外水頭差形成的吸附力吸附，在拆除鋼封門前先開啟預留的通氣孔閥門，海水充滿箱涵通道平衡水壓；②外鋼封門拆除。鋼絲繩連接鋼封門吊點，潛水員松除鋼封門固定螺絲，起重船起吊完成拆除；③內鋼封門拆除。鋼絲繩連接鋼封門吊點，依次松除牛腿與內鋼封門連接螺絲，啟動卷揚機使內鋼封門傾倒，啟動卷揚機將鋼封門通過已安裝A型沉箱箱涵通道拖出，采用起重船吊起完成拆除，見圖3。

圖3 內鋼封門拆除

鋼封門作為臨時止水措施，能夠承受住水壓力，基本起到隔絕海水的作用，但是在鋼封門處理細部上仍存在改進之處：①在水壓力的作用下，鋼封門橡膠止水帶會壓縮，使固定鋼封門的螺栓松弛，應當在半潛駁下潛沉箱出塢前由潛水員對螺栓進行二次加固；②在水壓力作用下，鋼封門局部產生變形，形成縫隙，使得海水滲入箱涵結構內。可在橡膠止水帶與沉箱接縫處采用柔性止水材料進行封堵，也可在箱涵通道內布置水泵進行排水。

在同類沉箱安裝或大型結構物水下安裝中，可借鑒本工程按經驗，利用結構物自身特點，增加空腔體積以增加浮力，利用壓載抵消不平衡力矩，實現結構浮運安裝。

4 結論

通過在本工程中的實踐，取水口箱涵式沉箱在鋼封門輔助下實現自浮，其中B 型沉箱的非對稱倉格壓載砂方案也基本抵消沉箱“偏心結構”產生的不平衡力矩，使沉箱在拖運、安裝過程中傾斜幅度小，安全實現浮運安裝。同時合理的安裝順序，也利于過程中沉箱的位置調整，提高沉箱安裝精度。