浮箱助浮沉箱出運(yùn)工藝技術(shù)探討

◎ 于洋 中交一航局第二工程有限公司

1.工程概括

本工程位于海陽(yáng)核電廠南側(cè)取水明渠新建第2道攔污網(wǎng)的墩臺(tái)，為獨(dú)立墩式沉箱結(jié)構(gòu)，明渠入口方向有一道已投入使用的攔污網(wǎng)，進(jìn)出施工通道為此攔污網(wǎng)東北段支墩間。沉箱共4個(gè)，外形尺寸均為8m×7m×9.1m，最大設(shè)計(jì)單重約649t，自身浮游穩(wěn)定吃水8.6m，因施工通道僅為12m，水深約-6m，無(wú)法滿足正常的沉箱浮游穩(wěn)定出運(yùn)要求。

由于防護(hù)滸苔期限，預(yù)留給沉箱安裝的工期僅有10天，對(duì)沉箱出運(yùn)安裝工藝的合理性與時(shí)效性提出了更大的挑戰(zhàn)。

2.課題研究?jī)?nèi)容

2.1 方案比選和確定

方案一：采用起重船從預(yù)制場(chǎng)吊裝沉箱至運(yùn)輸駁，海上運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后由起重船直接現(xiàn)場(chǎng)吊裝。

無(wú)法實(shí)施原因：12m寬的施工通道不能滿足起重船、沉箱運(yùn)輸駁通過，且因電廠運(yùn)營(yíng)期間攔污網(wǎng)無(wú)法拆除，故無(wú)法實(shí)施。

方案二：起重船從預(yù)制場(chǎng)直接吊裝至運(yùn)輸駁運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，起重船在明渠攔污網(wǎng)外側(cè)將沉箱吊過攔污網(wǎng)后，由拖輪拖航至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

無(wú)法實(shí)施的原因：在滿足沉箱安裝后具備接高條件的最低潮位施工條件的前提下，變更施工工藝后沉箱越過攔污網(wǎng)后，仍然受水深條件影響無(wú)法正常浮運(yùn)。

方案三：采用起重船站在明渠攔污網(wǎng)外側(cè)將沉箱全部吊過攔污網(wǎng)后暫存，待大汛潮時(shí)起浮由拖輪拖航至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

無(wú)法實(shí)施的原因：一是工期不允許；二是攔污網(wǎng)內(nèi)明渠底部地勢(shì)不平整，且存在很多孤立礁盤，不具備沉箱存放的條件，且施工期明渠內(nèi)不允許拋填施工以免懸浮泥沙對(duì)電廠運(yùn)營(yíng)造成影響。

方案四：吊裝加浮箱助浮安裝：700t起重船將4個(gè)沉箱吊裝上3400t自航式甲板運(yùn)輸駁，載運(yùn)沉箱至明渠現(xiàn)有攔污網(wǎng)外側(cè)，起重船將沉箱吊運(yùn)至現(xiàn)有攔污網(wǎng)處進(jìn)行吊越，吊越攔污網(wǎng)后，采用浮箱助浮沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定、沉箱吃水、干舷等要求。此方案既能保證沉箱浮游穩(wěn)定出運(yùn)的安全性，又有足夠的適潮作業(yè)時(shí)間確保各道工序的完成。

2.2 浮箱助浮沉箱出運(yùn)操作要點(diǎn)及其受力驗(yàn)算

2.2.1 浮箱設(shè)計(jì)加工

根據(jù)驗(yàn)算，每個(gè)沉箱需在四壁各外掛一個(gè)浮箱實(shí)現(xiàn)助浮后的浮游穩(wěn)定，浮箱尺寸為7m×2m×2.5m，采用6mm鋼板作為外板。

據(jù)計(jì)算每個(gè)浮箱可供25t助浮力，4個(gè)浮箱提供100t助浮力。

2.2.2 浮箱安裝

沉箱在下水助浮前，通過頂部預(yù)埋的φ25（HPB235級(jí)）圓鋼吊環(huán)對(duì)浮箱進(jìn)行外掛；浮箱在助浮沉箱時(shí)，通過底板預(yù)埋的φ40（HPB235級(jí)）圓鋼吊環(huán)對(duì)沉箱施加助浮力。

浮箱頂部采用2點(diǎn)吊方式掛至沉箱外墻，浮箱底部采用3點(diǎn)吊對(duì)沉箱施加助浮力。

2.2.3 沉箱吊裝插銷及吊裝架設(shè)計(jì)及計(jì)算

（1）吊裝架。

①吊裝架主體為φ219×10無(wú)縫鋼管，吊軸采用φ426×16鋼管內(nèi)澆筑C30混凝土。采用4點(diǎn)吊，上、下吊索通過吊裝架四角的吊索槽進(jìn)行沉箱吊裝。

②吊架桿系計(jì)算。

桿系軸力計(jì)算：吊架承受水平力N=3928÷18000×2016=439.936kN。

截面強(qiáng)度計(jì)算：豎向桿長(zhǎng)度L=6.6m；壓桿選用直徑φ=219mm；截面積A=6566mm2；根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（附條文說明[另冊(cè)]）》（GB 50017-2017）：

截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

③軸心受壓穩(wěn)定性計(jì)算。

受壓鋼管i=74m m；桿件長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=89.19；b類截面穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.621；根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（附條文說明[另冊(cè)]）》：

軸心受壓穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）吊索。吊索分為上吊索及下吊索。

上吊索用以起重船主鉤掛至吊裝架，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環(huán)狀，共計(jì)4根，每根長(zhǎng)度為75m，單根吊索采用四股吊裝。

下吊索用以吊裝架掛至沉箱，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環(huán)狀，共計(jì)4根，每根長(zhǎng)度為18.5m，單根吊索采用四股吊裝，兩端分別掛至吊裝架吊索槽與沉箱吊軸。

（3）吊具。吊具采用材質(zhì)為45號(hào)鋼φ280圓鋼作為主軸加工而成，插入吊孔后，通過2cm厚鋼板擋圈與φ18圓鋼插銷固定。

（4）沉箱預(yù)留吊孔。采用預(yù)埋Q235φ325×16熱鍍鋅無(wú)縫鋼管作為預(yù)留吊孔，吊孔位于8m長(zhǎng)外墻上。

2.2.4 沉箱吊運(yùn)上船

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成并檢查無(wú)誤后開始沉箱吊運(yùn)。根據(jù)預(yù)制場(chǎng)前沿水域測(cè)量，滿足起重船60°仰角時(shí)的舷外跨距26m，最大吃水3.5m的要求，趕1m以上高潮位將4個(gè)沉箱吊裝至3000t自航甲板運(yùn)輸駁上，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。

2.2.5 起重船吊浮、浮箱助浮沉箱至浮游穩(wěn)定

起重船吊運(yùn)沉箱跨過攔污網(wǎng)后超過4m距離，墊鉤至沉箱入水至水面沒過閥門孔0.5m，開始向倉(cāng)格內(nèi)注水。注水時(shí)起重船吊高保持不變，注水結(jié)束后關(guān)閉閥門，起重船緩慢墊鉤，至沉箱在浮箱助浮下自由穩(wěn)定漂浮，起重船解鉤。

2.2.6 拖輪帶纜拖運(yùn)沉箱靠定位駁

沉箱浮游穩(wěn)定性后，浮運(yùn)工藝為傳統(tǒng)工藝。

2.2.7 浮箱拆除

沉箱安裝合格前，封堵對(duì)拉鋼板、木楔子與操作蓋板均不拆除，倉(cāng)格內(nèi)壓水至操作蓋板底面即可。沉箱安裝驗(yàn)收合格后，于落潮至浮箱外露水面超過0.3m時(shí)，人員上浮箱拆除封固槽鋼和手拉葫蘆，開啟浮箱進(jìn)水口注水，至浮箱內(nèi)外水持平。

潛水員水下拆除浮箱下拉索及吊具。定位駁上履帶吊與浮箱掛鉤帶吊索具，潛水員水下打開排水口。履帶吊緩慢起鉤，浮箱內(nèi)的壓艙水隨著浮箱提升排除，上吊索松動(dòng)后拆除浮箱上吊索。履帶吊司機(jī)通過吊力數(shù)據(jù)觀測(cè)，確保浮箱提升與箱內(nèi)水的排放同步，直至浮箱吊出水面時(shí)，箱內(nèi)水同步排凈方可繼續(xù)起鉤。

3.工藝實(shí)施效果

本工程沉箱采用起重船吊浮及浮箱助浮相輔相成的施工工藝，解決了現(xiàn)場(chǎng)通道狹窄、水深不足、沉箱達(dá)不到自由浮游穩(wěn)定狀態(tài)且不具備直接由起重船助浮進(jìn)行吊裝的施工難題。

在施工過程中各項(xiàng)實(shí)際參數(shù)與理論數(shù)值基本相同，誤差較小，采用多種助浮方式結(jié)合的出運(yùn)工藝安全可靠，克服了各種不具備正常沉箱出運(yùn)的困難，順利按工期完成施工。

4.效益評(píng)估

本工程沉箱出運(yùn)施工中，受施工條件所限，結(jié)合使用了沉箱出運(yùn)中的多種出運(yùn)技術(shù)，主要包括沉箱吊裝，起重助浮、浮箱助浮、拖航定位安裝等沉箱施工技術(shù)，成功解決了因現(xiàn)場(chǎng)限制的一系列施工難題，同時(shí)縮短了工期，保證了施工進(jìn)度，在當(dāng)?shù)睾^(qū)滸苔大量繁殖污染前完成了第2道攔污網(wǎng)防線，為該核電廠的安全運(yùn)行提高了保障。

由于本工程受眾多條件所限，須采用多種船機(jī)以及出運(yùn)工藝方能解決施工難題，無(wú)法進(jìn)行直接的效益評(píng)估，但在構(gòu)件無(wú)法采用傳統(tǒng)的助浮方式進(jìn)行出運(yùn)安裝的情況下，采用起重助浮+浮箱助浮相比較單一的起重助浮能夠克服眾多受限條件，且給起重船釋放了更多的進(jìn)行下一沉箱吊越攔污網(wǎng)的流水作業(yè)時(shí)間，整體工效提升，施工效果顯著。

該種工藝方法對(duì)類似工程具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)單一出運(yùn)方式受環(huán)境條件限制無(wú)法實(shí)施的情況下，合理的結(jié)合各種工藝以滿足施工需要，為海上構(gòu)件的出運(yùn)施工提供了一種成功的創(chuàng)新思路與方法，是對(duì)傳統(tǒng)工藝施工技術(shù)的一項(xiàng)突破，這對(duì)提高海上構(gòu)件出運(yùn)水平具有重要意義，它的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。

5.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明：本工程利用起重船助浮方式解決攔污網(wǎng)外的運(yùn)輸，采用浮箱助浮使得沉箱達(dá)到穩(wěn)定浮游的方式進(jìn)行攔污網(wǎng)內(nèi)的拖運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)了沉箱快速、安全、高效的浮運(yùn)安裝施工。