海上排水板插板船設(shè)計(jì)與施工構(gòu)想

武洋 于渤

摘 要：在印尼三寶壟-淡目高速公路中，共涉及6.36km*110m范圍的海上排水板打設(shè)工作，總工程量約2800萬米。工程師們結(jié)合現(xiàn)場因素和技術(shù)工期等要求，提出了使用海上插板船進(jìn)行排水板施工的想法，本文就插板船的設(shè)計(jì)和施工方法進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：排水板;插板船;插板機(jī);定位;效率

中圖分類號(hào)：U662? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）03-0086-03

1工程概況

印尼三寶壟-淡目高速公路項(xiàng)目全長27km，位于印度尼西亞中爪哇省省會(huì)三寶壟市東北，交通便利，項(xiàng)目起點(diǎn)距離三寶壟國際機(jī)場約為10.5km，距已經(jīng)通車的高速公路約5分鐘車程，周邊有國道AH2。本工程海堤路總區(qū)段長度為6.36公里，里程為STA.1+950-STA.4+025、STA.4+105-STA.6+411以及STA.6+571-STA.8+550，需要海上打設(shè)排水板的范圍寬度為110m，排水板間距為1m，單根排水板長度為35～53m，打設(shè)排水板總延米數(shù)大約為2800萬米。根據(jù)最新提供的資料，排水板設(shè)計(jì)單根長度為35～53m，結(jié)合前一版資料，排水板的設(shè)計(jì)長度為20m和40m兩種，分析其詳細(xì)長度應(yīng)在40m以內(nèi)，局部長度超過40m，最長為53m。因此，本方案制定時(shí)，考慮插板設(shè)備高度按照40m板長進(jìn)行設(shè)計(jì)，超長部分考慮通過設(shè)計(jì)變更進(jìn)行縮短，如變更無法實(shí)現(xiàn)，采取插板過程中延長導(dǎo)桿的方式進(jìn)行。

2船機(jī)方案及施工方法

2.1 施工整體思路

本工程排水板打設(shè)采用海上插板設(shè)備進(jìn)行，將110m寬度分為3條進(jìn)行，每條寬35～40m，沿路基縱向每500m劃分一個(gè)區(qū)段，交錯(cuò)流水進(jìn)行施工，使用GPS進(jìn)行定位。

2.2 插板船設(shè)備

計(jì)劃使用在方駁上安裝插板機(jī)的方式組建插板船，方駁型號(hào)為1500～2000t無動(dòng)力平板駁，在駁船的四角安裝4臺(tái)錨機(jī)，并在船艏、船尾各安裝定位插樁1根。在船上將6臺(tái)插板機(jī)連接成整體，使其可在沿鋪裝在甲板面上的軌道上沿船舶縱向移動(dòng)。插板船形式有以下兩種方案：

（1）普通平板駁改造插板船。在平板方駁上鋪設(shè)通長的軌道，在導(dǎo)軌上架設(shè)6臺(tái)軌道式插板機(jī)，插板導(dǎo)管位于船體的兩側(cè)，將6臺(tái)插板機(jī)連接成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使其形成在軌道上可整體移動(dòng)的插板機(jī)組，每次打設(shè)6根排水板。船舶結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（2）分體駁改造插板船。在平板方駁上鋪設(shè)通長的軌道，在導(dǎo)軌上架設(shè)6臺(tái)軌道式插板機(jī)，插板導(dǎo)管位于分體駁船體的中間，船舶上設(shè)置供插板機(jī)移動(dòng)的網(wǎng)架導(dǎo)軌，插板機(jī)頂部與導(dǎo)軌用可自動(dòng)抱死的連接裝置進(jìn)行連接，插板機(jī)可沿導(dǎo)軌任意移動(dòng)，6臺(tái)插板機(jī)工作互不影響。船舶結(jié)構(gòu)如下圖所示：

方案評(píng)價(jià)比選：使用普通平板駁船改造插板船，船機(jī)資源較為方便，改造工程量小，但為了設(shè)備安全，需將所有的插板機(jī)連接成整體，插板機(jī)無法單獨(dú)工作，每移動(dòng)一次插板機(jī)組需將6根排水板全部施工完成，一旦某一臺(tái)插板機(jī)故障，將會(huì)造成整船施工中斷;使用分體駁（或浮箱組建）改造插板船，可利用船機(jī)資源較少，中間固定網(wǎng)架及上導(dǎo)軌加工及安裝工程量較大，但因設(shè)備重心更靠近船舶中心，浮游穩(wěn)定性較普通平板駁方案更好，對(duì)風(fēng)浪的適應(yīng)能力更強(qiáng)，且6臺(tái)插板機(jī)單獨(dú)工作互不影響，施工效率更高。

方案比選的最大制約因素為船機(jī)資源，如有可利用的分體駁或浮箱船，選取分體駁方案，如船機(jī)資源受限，選用普通平板駁方案。下面以普通平板駁改造方案進(jìn)行介紹。

2.2.1 錨泊設(shè)備

考慮印尼當(dāng)?shù)卮耙话銦o定位需求，船舶僅配備1口防風(fēng)錨，因此需要對(duì)船舶進(jìn)行改造。計(jì)劃增加錨機(jī)3臺(tái)，每角各1臺(tái)，錨機(jī)型號(hào)為不低于3t，配備錨纜長度500m（可為海上接長），錨重2t。在船艏、船尾各安裝定位樁1根，長度為8m、直徑1m的開口樁，在樁頂2m范圍內(nèi)安裝混凝土配重塊，整體使用門架及卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行插拔。錨機(jī)及定位樁安裝如下圖所示：

2.2.2 插板機(jī)

在船舶甲板上根據(jù)插板機(jī)的輪距，鋪設(shè)4根通長的導(dǎo)軌。將6臺(tái)插板機(jī)相互連接形成整體，使用卷揚(yáng)機(jī)在甲板上縱向移動(dòng)。考慮水深和富裕高度，插板機(jī)架高凈高不低于48m，使用鋼材將豎架連接成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)架上安裝豎向梯籠和頂部水平人行廊道。網(wǎng)架的連接經(jīng)過驗(yàn)算，保證網(wǎng)架整體的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。插板機(jī)的導(dǎo)管沿船舷兩側(cè)布置，相鄰導(dǎo)管之間的間距為板距的整數(shù)倍。震動(dòng)錘功率暫考慮為40KW。

插板導(dǎo)管直徑考慮為200mm，長度45m，底部設(shè)置為雙面楔形端頭，開口寬度為35mm，端口在較窄的兩個(gè)方向留U型槽。使用1根直徑30mm、長度為30cm的圓管作為封堵設(shè)施，將圓鋼使用鐵鏈與導(dǎo)管進(jìn)行連接。插入時(shí)圓鋼與筒壁擠緊，可保證排水板不離開端頭、泥不進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)，提起時(shí)圓鋼端頭受泥的阻力作用與導(dǎo)管分離，將排水板留在泥內(nèi)。

本次插板計(jì)劃采用提前將排水板長度切割好的方式，避免水上割板造成排水板浪費(fèi)。因此需要設(shè)計(jì)使用導(dǎo)管內(nèi)的提板裝置。計(jì)劃采用通心重錘夾頭，將排水板插入留孔的抽芯鋼板內(nèi)，使用鋼絲繩吊在導(dǎo)管內(nèi)。當(dāng)夾頭下移至導(dǎo)管楔形頭位置時(shí)，重錘受楔形頭阻礙無法繼續(xù)下降，錘內(nèi)抽芯鋼板繼續(xù)向下，釋放排水板;向上提取時(shí)，錘與抽芯鋼板為整體上升，將排水板提高至合適高度。導(dǎo)管楔形端頭與提板夾頭設(shè)計(jì)如下圖所示。

另外，在導(dǎo)管頂部20m范圍內(nèi)每隔5m位置對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)5*10cm的開孔，用于在導(dǎo)管插入到底部時(shí)自動(dòng)向?qū)Ч軆?nèi)注水，提管時(shí)自動(dòng)沖洗導(dǎo)管內(nèi)壁。

2.2.3 定位系統(tǒng)

本插板船使用GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位，在陸地架設(shè)1臺(tái)基準(zhǔn)站，在海上安裝2臺(tái)流動(dòng)站、1臺(tái)測斜儀、1臺(tái)激光測距儀。測斜儀用于測量船體的橫縱向傾斜，激光測距儀用于測量插板機(jī)與船體的相對(duì)位置，兩臺(tái)GPS用于船舶定位。使用專用的定位系統(tǒng)，將船體位置、插板機(jī)位置顯示在電腦的顯示器上。本系統(tǒng)可使用海上定點(diǎn)拋石船系統(tǒng)或打樁定位系統(tǒng)，經(jīng)與廠家溝通，可適當(dāng)修改后安裝在插板船上。系統(tǒng)安裝布置圖如下所示。

2.3 施工方法

插板工作分條、分段進(jìn)行作業(yè)，每條寬為35～40m，每段長度為500m。使用兩條船同時(shí)進(jìn)行作業(yè)。船舶定位時(shí)，船體軸線與道路軸線垂直進(jìn)行布置，前后兩條船間隔100m。

根據(jù)預(yù)定的板位，通過調(diào)整插板船錨纜長度將船舶進(jìn)行移位、定位，使插板機(jī)的導(dǎo)管位于排水板的設(shè)計(jì)軸線上，將插板船的兩根定位樁插入泥面中，如遇風(fēng)浪天氣，定位不穩(wěn)定時(shí)，可上下插拔定位樁，使其插入泥面的深度增加。

船舶定位完成后，根據(jù)預(yù)定的板位，將插板機(jī)調(diào)整到點(diǎn)位上。

提前將排水板分割成需求的長度，考慮每段富裕30cm，即設(shè)計(jì)40m板長的位置排水板的長度為40.6m。將排水板的一段插入提板夾具內(nèi)，拉動(dòng)導(dǎo)管內(nèi)的細(xì)鋼絲繩使排水板進(jìn)入導(dǎo)管并沿導(dǎo)管上升，待排水板將近全部進(jìn)入導(dǎo)管時(shí)，減低提板速度至管段漏出約50cm的長度。在距離板端30cm的位置將板沿圓鋼彎折，兩端插入導(dǎo)管內(nèi)，向上托送排水板及圓鋼與導(dǎo)管的楔形頭卡住。圓鋼兩端外漏5cm左右。

將導(dǎo)管自沉至泥面以下，開啟振動(dòng)錘，震動(dòng)穩(wěn)定后下沉開始插管工作。在導(dǎo)管及插板機(jī)上設(shè)置讀尺，根據(jù)定位系統(tǒng)提供的插板機(jī)位置甲板面高程計(jì)算插入的深度。

插板至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將錘及導(dǎo)管逐漸提起，并隨之釋放提板的鋼絲繩，釋放鋼絲繩速度與提管速度一致，使其保持不向上提拉排水板狀態(tài)。插板機(jī)導(dǎo)管離開泥面一定高度后，提板夾具可自動(dòng)釋放排水板，至此，本根排水板插板完成。

待6臺(tái)插板機(jī)全部插板完成后，移動(dòng)插板機(jī)組至下一機(jī)位，重復(fù)插板工作。待1個(gè)船位的插板工作全部完成后移動(dòng)船至下一船位。

3人機(jī)料組織

3.1 材料

印尼國內(nèi)排水板使用較為常規(guī)，可在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行價(jià)格比選后進(jìn)行采購，如設(shè)計(jì)規(guī)格較少，采用定尺加工。

3.2 人員

每船配備中國籍船長兼管理負(fù)責(zé)人1人，技術(shù)員（或測量員）1人。

每臺(tái)插板機(jī)配備操作手1人，喂板人員1人，記錄人員1人，共18人，并在其中配備船舶錨機(jī)操作手4人、定位樁操作手2人（由插板機(jī)操作手兼職），電焊工、維修工2人。另外配2名雜工進(jìn)行排水板分割等工作。

全船共配備人員22人，其中中國籍人員2人，印尼籍工人20人。前期每船配備翻譯1人，待工作熟練、配合默契后取消固定翻譯人員。

3.3 船機(jī)

插板船用方駁計(jì)劃采購印尼二手船舶，考慮綜合性價(jià)比和遠(yuǎn)期印尼市場資源儲(chǔ)備，采購較租賃更為合理。考慮插板機(jī)設(shè)備型號(hào)較大，印尼市場租賃難度較大且價(jià)格過高，計(jì)劃采購、制作新設(shè)備。其中，支架及底座等計(jì)劃由當(dāng)?shù)氐匿摻Y(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行制作，振動(dòng)錘、卷揚(yáng)及控制柜進(jìn)行采購。發(fā)電機(jī)考慮為租賃。GPS定位系統(tǒng)計(jì)劃由中國國內(nèi)采購。

4工效分析

按照每個(gè)插板機(jī)平均每天插板200條進(jìn)行計(jì)算，每條船每天可完成1200條，兩條船每天可以完成2400條，按照每月工作25天進(jìn)行計(jì)算，本工程共設(shè)計(jì)排水板702900條，共需11.72月。考慮本工程海堤段60%由我方進(jìn)行施工，預(yù)計(jì)可在7個(gè)月內(nèi)完成，考慮施工過程中可能遇到的連續(xù)風(fēng)浪期，將排水板施工整體工期考慮為9個(gè)月。

5結(jié)語

印尼三寶壟-淡目高速公路項(xiàng)目排水板打設(shè)工程，受資源和工期限制施工難度較大。項(xiàng)目技術(shù)人員在利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行大膽創(chuàng)新，為本項(xiàng)目的施工提出了一條新思路，也為國內(nèi)外海上排水板打設(shè)提出了一種新方案。

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