海港工程中沉箱出運與安裝技術研究

陳奮，王樂滋

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 技術背景

沉箱是一種盒裝無底、可在水中漂浮、加重可自沉的鋼筋混凝土井筒，在海港、防波堤建設工程中常用作深基礎，通常在預制廠加工后再運送到施工現場安裝。常用的沉箱出運技術有：

（1）斜坡法，需要配置橫/縱移車，對預制廠場地有一定的要求，且成本高；

（2）滑板法，涂抹鞋脂油的四氟板搭載沉箱，通過卷揚機牽引至上駁，適用于預制場地小、沉箱尺寸小的施工項目；

（3）臺車法，需要配置臺車，成本較高；

（4）氣囊法，將沉箱放在若干氣囊上有卷揚機牽引上駁，該種方法對制件有緩沖保護作用，氣囊充氣技術成熟可使用，成本低，工期短，對預制場地要求低，重復利用率高，操作簡單耗能小，適用于制件多的工程。沉箱安裝作為工程奠基，其施工尤為重要，現有的沉箱安裝技術通常采用GPS 定位、起重船+潛水員人工測量的安裝方法，最大不確定性在于施工團隊技術水平，考驗施工團隊對定位精度以及沉箱注水下潛的穩定性的把控。

本文以香港環保署綜合廢物管理設施一期工程作為案例，圍繞施工要點展開沉箱出運及海上安裝工藝技術介紹，以期為相關工程設計提供幫助與指導。

2 海港工程中沉箱出運與安裝項目案例

2.1 項目概況

香港環保署綜合廢物管理設施一期工程位于香港石鼓洲西南海岸外側，工程周期395 天，其中沉箱工期為關鍵節點。案例項目中沉箱總計使用99 件，安裝分布于海堤區、防波堤區、碼頭區，類型多達27 種。安裝施工時需要從預制廠沿海運輸到工程現場，運送路程約60 海里水路，且非對稱結構沉箱數量多，安裝時穩定性和傾斜度控制難度大，安裝工藝要求高，海面缺少參照物，沉箱安裝定位難。

基于該工程項目的技術難點以及對比現有技術中沉箱出運、安裝方案的優缺點，該工程選用氣囊法出運沉箱，選用GPS 定位+人工輔助的方法進行沉箱安裝。

2.2 氣囊法沉箱出運

圖1 氣囊法橫/縱移出運沉箱流程圖

2.2.1 準備工作

為保障航行安全，要求出運前實測氣象，最大風速應小于10.8m/s，最大波高應小于1m，半潛駁的吃水富余水深應大于0.4m。

2.2.2 沉箱移運

采用氣囊法移運沉箱，由橫運銜接縱運至碼頭前沿，整個移運過程需用到卷揚機、滑輪組、叉車等器械，技術難點在于對氣囊充氣壓強的把控，工作中氣囊高度應保持一致，保證氣囊受力均勻。

使用千斤頂將沉箱頂升，在其底部1～2m 間距布置若干氣囊，充氣頂升至高度400mm 后逐一抽出工字鋼。使用鋼索連接卷揚機與沉箱，兩臺卷揚機配合滑輪組前拉后放牽引沉箱勻速緩慢前移，保證沉箱前進方向布設有2～3 個氣囊待命，移動過程中須注意氣囊狀態，必要時進行氣囊補氣或更換，觀察沉箱前進趨勢是否發生偏移，及時糾偏。當沉箱后方氣囊漸至尾部時對該氣囊緩慢排氣，并使用叉車將該氣囊搬運至沉箱前進方向充氣待命，重復動作直至完成橫移，進入拐角，準備橫/縱移銜接。

沉箱橫移至出運通道中間位置時停止牽引，在沉箱底部放置支墊枕木，布置完畢后將氣囊排氣抽出，進入縱移準備。

縱移方法與橫移一致，將沉箱牽引至碼頭前沿后停止動作，此時在沉箱下均勻放置支墊枕木，氣囊勻速緩慢放氣使沉箱平穩停落在枕木上，至此完成一次沉箱的移運。

2.2.3 上駁

使用半潛駁拖航每次運送一件沉箱。控制半潛駁與碼頭面平齊，將鋼板架設在兩者接縫處，沉箱底部鋪設氣囊，充氣將沉箱頂升取出支墊枕木，通過卷揚機牽引沉箱上駁，過程中控制沉箱軸向偏量應小于50cm，若在上駁時出現船艉下沉的情況應暫停牽引，調整半潛駁與碼頭面平齊再繼續牽引工作。

上駁至沉箱擱置位置后停止牽引，在氣囊間隙設滿表面平齊、高度為300mm 的支墊枕木，氣囊緩慢放氣，沉箱平緩落在支墊枕木后抽出氣囊，解除牽引裝置，調平船身，完成一次沉箱上駁。

2.2.4 拖航就位

沉箱開始拖航前需保證航道水深大于5m，寬度應滿足拖航設備需求。對擬定航道進行水深測量，采用1主拖+1 旁拖的形式拖帶作業，保障航行安全。

2.3 沉箱安裝工藝

圖2 沉箱安裝流程圖

2.3.1 出駁前準備

（1）在沉箱出駁安裝前需要對其浮游穩定性進行計算，根據規范要求其定傾高度應大于0.2m，定傾高度越高，沉箱浮游越穩定，更有利于沉箱安裝。

（2）出駁前應保證半潛駁有足夠的下潛區，對需求的水深進行計算：下潛區水深≥沉箱的浮游穩定吃水+半潛駁型深+木方高度+起浮時沉箱底面與木方頂面的富余水深（取0.3～0.5m）+半潛駁與下潛區底面富余水深（取0.5～1m）。

圖3 半潛駁下潛示意圖

（3）保證安裝沉箱的基床無異物且回淤小于30cm，超過厚度時需要清淤。

2.3.2 出駁

為保證沉箱出駁與安裝的安全性，應選擇在低平潮、潮流流速較小時作業。到達下潛區時使用出塢鋼絲連接沉箱與拖船，半潛駁下潛，拖船將浮起的沉箱緩慢勻速拖拉出駁并拖航至安裝位置。

2.3.3 沉箱安裝粗定位

第一件沉箱選擇粗安裝，待第二件沉箱準確安裝后，再將第一件沉箱抽水起浮重新定位安裝。

第一件沉箱粗安裝時使用兩臺GPS 分別定位沉箱兩角點位置，后續的沉箱安裝用一臺GPS定位安裝位置，再用一臺GPS 校核該沉箱各角點位置。

確定安裝定位后，通過卷揚機牽引、小船協助頂推沉箱逆水流方向到待裝位置，注水使沉箱平緩下沉至適宜高度，掛上手拉葫蘆，通過起重船調整沉箱下沉角度，繼續往沉箱各倉格均衡注水使其底部與基床面相距約30cm，調平沉箱高差準備精準定位。

2.3.4 沉箱安裝精定位

利用GPS 技術和測量儀器對沉箱四角的轉向與標高進行測量校準，在沉箱之間的縫隙放置木板用來調整安裝過程中出現的偏位，出現高差偏位時調整木板厚度即可。必要時可安排潛水員協助觀測，保證沉箱的上下游標高接近或一致、前后坡度與基床平行，使其安裝精度在規范要求范圍內。

沉箱偏角與高差滿足精度要求后，向沉箱緩慢注水使之下沉坐落于基床面上，隨后進行精度測量，發現有偏差須抽水起浮，重新進行精準定位安裝。

2.3.5 安裝注意事項

（1）若兩沉箱安裝的基床存在高差，應優先安裝基床較深的沉箱。

（2）沉箱注水下沉過程中應測量各倉格壓水高度，保證沉箱平緩地下沉，并隨時形成安裝記錄。

（3）為保證工程精度，安裝時需要分段、從下至上游推進安裝，以減小累積誤差，保障總長及分段工程符合設計要求。

（4）沉箱完成安裝后，仍應進行定期的沉降位移觀測和沉箱質量檢測，保障工程質量。

3 結束語

沉箱的出運與安裝關乎海港工程整體施工進度，本文以實例出發，詳細介紹了體量大、工期短的建設項目沉箱的移運、出運、安裝技術和實施工藝以及注意事項，為類似工程提供可靠有效的技術指導。