台车与半潜驳联合出运大型沉箱施工技术的应用

成 强，陈占鑫，张 攀

（1.日照市城市排水设施维护管理有限公司,山东 日照 276826；2.日照经济技术开发区经济发展集团有限公司,山东 日照 276826；3.日照市岚山区海洋工程有限公司,山东 日照 276806）

0 引言

近年来,随着沿海港口资源整合和转型升级的不断加快推进,各项基础设施建设得到快速优化。作为港口工程重要的预制构件,4500 t以上的大型沉箱被越来越多地应用到深水重力式码头、直立式防波堤、海上围海造岛等水工建筑物,甚至作为锚碇基础结构应用于跨海桥梁工程。为了满足沉箱预制施工和沉箱出运条件,较为理想的预制厂往往无法靠近施工现场选址建设,加上海上作业环境复杂,施工受海潮和风浪影响大,长途运输风险高,导致工程施工难度越来越大,选择合适的大型沉箱出运施工工艺和方法便成为此类工程进度控制、安全控制的重点和难点。

为提高大型沉箱远距离出运效率,确保施工作业安全,基于工程实际案例,提出台车与半潜驳联合出运施工工艺,即：陆上出运采用台车顶升运移沉箱上搭岸半潜驳,海上出运采用拖轮拖运半潜驳和沉箱至施工现场沉坞坑,半潜驳下锚定位注水下潜,沉箱达到浮游稳定漂浮后,拖轮拖带沉箱出驳至安装现场。

1 施工工艺流程及组织安排

1.1 施工工艺流程

出运前,大型沉箱已全部预制完成并验收合格,满足出运条件。施工流程如下：

1.2 施工组织安排

组建专业的沉箱出运队伍,组织作业人员进行安全技术交底,加强安全教育培训和学习；选择合适的拖运方式和半潜驳、拖轮等船机设备；对半潜驳经过的航道水域进行测量,加强与海事部门的沟通协调,办理相关手续；检查沉箱质量,复核其浮游稳定性；对台车、施工船舶、机械和用具进行全面检查,并做好记录；安装沉箱出运盖板、阀门杆,检查阀门是否完好、开启顺畅,确保串水孔位置正确、通畅。半潜驳在预制厂前的出运码头就位,台车轨道与半潜驳甲板轨道对接并固定。

1.3 主要施工机械设备

根据工程施工需要,陆上出运采用可以自由组合的台车组,海上出运选用主、副拖轮和半潜驳,还应配备必要的起锚艇、交通船、起重船、发电机等船机设备辅助沉箱出运。其中,半潜驳的技术参数、甲板以上最大潜深、空载吃水深度均应满足沉箱出运需求。

2 沉箱陆上出运施工方法

2.1 台车组装就位

将台车单元分列组装,每列均有独立的控制柜,1#组合车（带触摸屏）为主机控制柜,其它组合车为从机控制柜；各组合车联机时,通过主机控制柜控制所有组合车同步行走,且能显示其运行状态及故障。全部连接并调试完成后,台车放入顶升地沟,台车油顶落到最低,将每列台车分别驶进第一个沉箱底部,按照对应的标线准确就位。

2.2 台车顶升沉箱

启动顶升系统,缓慢匀速顶升沉箱。为使每个油顶均接触沉箱底部,保证顶部压力一致,应先进行低压预顶升,油压表读数均为5 MPa时暂停顶升；待油压稳定后按指令开始高压顶升,每次顶升高度2 cm。顶升过程中,若出现顶升高差导致偏载超值时须暂停顶升,在进行单列顶升调节并达到允许值后方可继续顶升。沉箱四角的观察人员应随时报告沉箱顶升时的相关情况,使沉箱四边均匀升高到8 cm。

2.3 沉箱移运上驳

（1）利用台车前端倒链将支撑滑块整体移动至活塞支撑点左右两侧,待支撑滑块就位检查无误后,根据指令开启台车行走系统,行走速度为匀速1.3 m/min。行进过程中,操作人员应实时观测沉箱四角高度,仔细观察半潜驳与码头前沿搭岸处行走情况,随时与测量人员和半潜驳调水员沟通联系,确保高差受控；电工对电缆卷筒实时观测,确保供电安全。

（2）当沉箱移运至半潜驳标线位置后,按下台车的停止行走按钮,沉箱离半潜驳垫墩上的橡胶垫块高度为5 cm,启动台车后端的推拉装置,将支撑滑块整体向后移动回到原位。

（3）开启电动降压装置使油顶回降,每次回降2 cm,安排专人在台车两端观察沉箱回降情况,降速控制在2 cm/min,防止回降过快出现偏载及对垫墩造成不均匀压力。

（4）沉箱平稳的坐在台座上后,应继续收低油缸,当所有油顶与沉箱底部脱离后停止操作,沉箱完成上坞。台车移运沉箱上驳见图1。

图1 台车移运沉箱上驳

2.4 台车返回

沉箱座落在半潜驳的垫墩上后,检查油路系统内油压为零时,拆除电力系统联机线以及油路系统液压线,启动台车单列行走系统。利用遥控装置控制台车行走,台车空载返回速度为2.6 m/min。台车载着钢盖板从沉箱底部驶出后,利用塔吊将钢盖板吊离台车。台车原路返回沉箱预制场,进入下一个沉箱陆上出运工序。

3 沉箱海上出运施工方法

3.1 半潜驳重载上浮

沉箱在半潜驳就位、加固。待潮水达到所需起浮潮位以上时,开启半潜驳各压载舱蝶阀,并打开各压载泵至压载舱吸入阀以及各压载泵通海底门排出阀[1]。

启动压载泵,将压载舱内压载水排至舷外,半潜驳会逐渐浮起,确保半潜驳底与搭岸结构和钢梁保持40 cm以上的富裕高度,此时应密切注意船舶四周吃水情况,保证船舶正浮状态。

半潜驳上浮至吃水要求时,停止泵水,关闭压载泵进出口阀及各压载舱的所有蝶阀。涨潮至满足半潜驳航行水深后,检查主甲板及可能淹没进水的开口,确认是否关闭严密。检查无误后,调平半潜驳,使其离开码头停靠区域,后退至深水区,准备系缆拖航。

3.2 拖运半潜驳及沉箱

（1）将半潜驳主甲板以下人孔、通道水密门、燃油、淡水注入孔等关闭并紧固。

（2）用主拖轮拖带半潜驳,拖缆用直径120 mm尼龙缆。半潜驳绞出码头前沿区域,收回码头缆绳,拖轮开始系缆拖航。在拖运过程中,半潜驳人员要注意观察半潜驳的纵横倾变化情况,及时调整压载水,确保半潜驳及沉箱平稳,并注意通过调整航向来降低半潜驳的摇摆度[2]。

（3）拖运期间,主拖轮船长要加强与海事部门和港口调度部门的沟通联系,注意航行安全和船舶避让,确认所经过航道的使用情况。

3.3 半潜驳重载下潜及沉箱起浮

主拖轮拖带半潜驳和沉箱进入航道,拖航至施工现场的下潜区,等待水位满足沉箱出驳条件。

3.3.1 沉箱下驳施工工艺流程

3.3.2 半潜驳抛锚驻位

施工前,应在半潜驳下潜水域抛好定位浮标。半潜驳运载沉箱至施工现场的沉坞坑后,采用主拖轮配合作业进行抛锚,下好四口锚后,根据定位浮标及半潜驳自身定位GPS,找正位置,收紧锚缆,准备下潜。半潜驳原则上顺流驻位下潜,根据现场涨落潮情况,半潜驳横向与水流方向一致。半潜驳下潜就位见图2。

图2 半潜驳下潜就位

3.3.3 半潜驳重载下潜

（1）半潜驳准确定位后,打开所有压载舱阀,打开压载泵进出口各阀,快速使船舶下沉,这时要密切注意船舶纵、横倾,观察四周吃水,随时调整各舱进水,保证船舶始终处于正浮状态[3],控制吃水差不大于30 cm。

（2）当船舶下沉至吃水距主甲板附近（约20 mm～30 mm）时,应减慢下沉速度,以保证船舶安全平稳下沉。当主甲板淹没时刻开始,船舶会下沉速度加快,此时更加密切注意四角吃水,随时调整四角吃水,保证船舶正浮下沉[1]。

（3）当沉箱进水阀门下沉至水面以下0.5 m时,半潜驳暂时停止下沉,施工人员检查阀门完好情况,并开启阀门往沉箱内注压仓水,加水至沉箱浮游稳定预设值,关闭阀门后,指挥下令半潜驳继续注水下沉。沉箱压水过程中,重心位置会发生较大变化,此时注意调整半潜驳各舱室的进水速度,以克服由于沉箱重心位置变化及不平衡压载造成的倾翻力矩[4]。在半潜驳下潜过程中,要保证四根锚缆处于紧张状态,以控制半潜驳不发生偏移走位。

（4）当沉箱底部与半潜驳甲板处于脱离的临界状态,减缓半潜驳下潜速度,沉箱慢慢浮起。当沉箱底部距半潜驳甲板面安全距离大于50 cm,并处于稳定平衡状态后,拖轮靠前,系好拖带缆绳（避免拖轮碰撞沉箱）,通过调节缆绳的松紧,拖轮缓慢、匀速地拖动沉箱出驳。

（5）施工人员通过缆绳使沉箱保持平稳,操纵时要严格控制沉箱移动速度,避免快停快动,以免断缆或沉箱与半潜驳塔楼碰撞[5]。同时,注意水流力对沉箱的作用,拖轮慢速倒拖沉箱,塔楼的系缆松紧与沉箱的移动速度相配合,保证沉箱顺流脱离半潜驳。

3.4 半潜驳起浮返航

沉箱出驳后,拖轮拖运沉箱至安装现场,待不存在影响起浮因素后,半潜驳开始排水起浮。装好上一个沉箱的封仓施工盖板后起锚,主拖轮拖半潜驳返回预制场出运码头,准备下一个沉箱的海上出运。

综上所述,通过台车和半潜驳联合出运施工工艺的实践应用,完成了一个大型沉箱从陆上预制厂到海上工程施工现场的典型出运过程。

4 结语

大型沉箱出运直接影响到整个工程的施工质量和工期,采用陆上台车顶升运移与海上半潜驳联合出运施工工艺,克服了项目的难点,实现了沉箱安全、快速出运,取得了良好的施工效果。

台车作为陆上沉箱顶升和出运的一种新工艺,具有操作简单、用工少、安全可靠、无污染的优点,较之传统的高压气囊出运工艺效率更高。随着工程应用经验的积累和施工成熟度的不断提升,新工艺值得更大范围推广和使用。