無(wú)掩護(hù)水域長(zhǎng)周期波條件下沉箱出運(yùn)安裝工藝

徐曉東，施孟凱

（中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011）

1 工程概況及自然條件分析

毛里塔尼亞友誼港4號(hào)、5號(hào)泊位為突堤式碼頭，長(zhǎng)450 m，寬69 m，其結(jié)構(gòu)形式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)。沉箱主要為東西向布置，呈“U”形，共56個(gè)，單體尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為17.6 m×15.9 m×13.2 m，重1 600 t。采用陸地預(yù)制、浮船塢出運(yùn)和方駁定位安裝工藝。

工程位于大西洋東海岸友誼港1、2、3號(hào)泊位港池南側(cè)開(kāi)敞海域，周邊無(wú)掩護(hù)，施工難度比較大。從多年收集的氣象資料來(lái)看，沿海潮汐為正規(guī)半日潮。最大潮差1.66 m，平均潮差0.93 m。本海域影響施工的要素主要為波浪，以涌浪為主的混合浪，年頻率68%，其中純涌浪占4%，12月至次年3月為大浪期。本區(qū)域波浪周期較長(zhǎng)，6.0～8.9 s的頻率為23.48%，9.0～11.9 s的頻率為10.48%，≥12s的頻率為9.67%，最大周期24.4 s。

以上因素在沉箱的拖帶、浮運(yùn)、下潛及安裝等過(guò)程中有直接的影響，本文提出了該自然狀況下的以上各個(gè)施工環(huán)節(jié)的影響因素和應(yīng)對(duì)措施。

2 沉箱出運(yùn)安裝船機(jī)設(shè)備

陸上沉箱出運(yùn)采用膠囊頂升橫、縱移工藝，海上出運(yùn)用浮船塢106。浮船塢106最大舉力5 000 t，總長(zhǎng)52 m，總寬35 m，塢內(nèi)凈寬28 m，主體型深4.1 m，最大潛深17.8 m。投入船機(jī)設(shè)備還有2 646 kW（3 600匹）拖輪、1 176 kW（1 600匹）起錨艇各1艘。沉箱安裝定位用2 000 t方駁。

3 沉箱出運(yùn)工藝

3.1 沉箱出運(yùn)工藝流程

沉箱陸上出運(yùn)→沉箱上浮船塢→浮船塢起浮，海上出運(yùn)沉箱→浮船塢拋錨駐位，初次下潛→沉箱注壓艙水→浮船塢二次下潛，沉箱起浮出塢。

3.2 沉箱出運(yùn)施工過(guò)程及注意事項(xiàng)

1） 沉箱陸上出運(yùn)

通過(guò)膠囊陸上橫移、縱移轉(zhuǎn)運(yùn)到出運(yùn)碼頭。

2） 沉箱上浮船塢

浮船塢在出運(yùn)碼頭乘潮水對(duì)中、坐底（水下專用平臺(tái)），在浮船塢甲板上安放支點(diǎn)木枋，間距2.5 m沿沉箱底四周布置，再用膠囊將沉箱移至浮船塢上，待沉箱平穩(wěn)落在木枋后，放氣抽出膠囊，折好運(yùn)回備用。

注意事項(xiàng)：為保證浮船塢安全，船底與平臺(tái)的富裕水深保持≥0.65 m；沉箱與浮船塢的對(duì)中偏差約0.5 m；浮船塢與出運(yùn)碼頭之間的縫隙采用10 mm厚的鋼板鋪墊，兩端打磨圓角，并用細(xì)砂鋪墊，以減少膠囊的磨損，見(jiàn)圖1。

圖1 沉箱上浮船塢Fig.1 The floating dock of caisson

3）浮船塢起浮，海上出運(yùn)沉箱

當(dāng)潮水為+1.0 m時(shí)浮船塢排水上浮，達(dá)到+1.5 m時(shí)船底與平臺(tái)間約有650 mm富裕水深，浮船塢可緩慢絞離坐底平臺(tái)，由拖輪和起錨艇綁靠浮船塢，拖至4號(hào)、5號(hào)泊位的下潛坑拋錨駐位。下潛坑長(zhǎng)150 m，寬150 m，底標(biāo)高-14 m。

起浮出運(yùn)條件：風(fēng)速＜5級(jí)，波高＜0.65 m，流速≤1.0 m/s，需提前2 d接收氣象海浪預(yù)報(bào)。

4）浮船塢拋錨駐位，初次下潛

浮船塢用GPS進(jìn)行定位，東西向駐位。下潛區(qū)域必須滿足-14.0 m水深，實(shí)測(cè)水位后，開(kāi)始下潛。下潛至（吃水9.4 m）沉箱吃水5 m時(shí)停止（考慮甲板300 mm木枋），通過(guò)扶梯到沉箱頂上，檢查各自負(fù)責(zé)的艙格內(nèi)積水和閥門關(guān)閉狀態(tài)，如箱內(nèi)無(wú)積水則各艙格工作人員將浮漂水尺放入各進(jìn)水艙格備用（前2 m后3 m，誤差±10 cm）。

5） 沉箱注壓艙水

沉箱前墻進(jìn)水閥門按“一管四”布置，后墻按“一管二”布置，進(jìn)水孔距沉箱底部4.5 m。前兩排艙格壓水高度2 m，后排艙格壓水高度3 m，沉箱浮游穩(wěn)定吃水8 m。下潛過(guò)程中如出現(xiàn)傾斜應(yīng)立即停止，調(diào)節(jié)船體糾偏，穩(wěn)定后繼續(xù)下潛。

閥門控制人員根據(jù)指令開(kāi)關(guān)閥門，本工程沉箱進(jìn)水孔直徑150 mm，整個(gè)沉箱完成壓水動(dòng)作需要1 h左右，經(jīng)實(shí)測(cè)由于不均勻壓水導(dǎo)致的浮船塢左右傾斜小于0.30 m，故實(shí)操時(shí)，可同時(shí)打開(kāi)4個(gè)進(jìn)水閥門共同壓水，當(dāng)后艙進(jìn)水艙格水位達(dá)到3 m，關(guān)閉后艙進(jìn)水閥門，待前、中艙進(jìn)水艙格水位達(dá)到2 m，關(guān)閉前艙進(jìn)水閥門。壓水過(guò)程中用水尺測(cè)量各艙水位，推算單個(gè)區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定后平均水位。待過(guò)水穩(wěn)定，對(duì)各艙水位進(jìn)行微調(diào)。

6）浮船塢二次下潛，沉箱起浮出塢

當(dāng)各艙格壓艙水滿足條件后，關(guān)緊進(jìn)水閥門，浮船塢繼續(xù)下潛，當(dāng)沉箱吃水8 m時(shí)（浮船塢吃水12.4 m）各角逐個(gè)浮起。指揮人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)沉箱吃水進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)浮船塢繼續(xù)下潛至吃水13.1 m，這時(shí)浮船塢甲板距沉箱底1 m，船底距海底0.90 m（平潮時(shí)），沉箱穩(wěn)定后，由錨艇將其緩慢拖離浮船塢。

在沉箱離開(kāi)浮船塢過(guò)程中，要把握解、帶纜的時(shí)機(jī)，控制好收放纜繩的速度并保持與錨艇的協(xié)調(diào)同步關(guān)系，隨時(shí)根據(jù)風(fēng)浪和流向進(jìn)行必要的調(diào)整。用錨艇安全地將沉箱拖至預(yù)定的基槽位置。

4 沉箱安裝工藝

4.1 沉箱安裝工藝流程

方駁定位→拖輪綁靠就位→沉箱壓水→第一個(gè)沉箱就位→第二個(gè)沉箱定位→起浮第一個(gè)沉箱正位→后續(xù)沉箱安裝。

4.2 沉箱安裝施工過(guò)程及注意事項(xiàng)

1） 方駁定位

使用2 000 t方駁作為定位船，將方駁左舷中間20 m范圍緊密布滿直徑約1.5~2 m的大號(hào)輪胎，輪胎底邊至少達(dá)到水面或水面以下。

2） 拖輪綁靠就位

安裝南側(cè)第一個(gè)沉箱時(shí)，定位方駁與基槽軸線平行駐位，于碼頭中部水深充裕的位置等待沉箱綁靠，錨艇將沉箱拖帶至距定位駁150 m左右時(shí)，拖輪靠近沉箱進(jìn)行綁靠，將沉箱緩慢靠近定位方駁。定位方駁與沉箱帶好纜繩后，拖輪解纜遠(yuǎn)離，由定位方駁上的絞纜系統(tǒng)將沉箱沿基槽平穩(wěn)的移向安裝位置。

3） 沉箱壓水

基本到位后，打開(kāi)沉箱進(jìn)水閥門向艙格內(nèi)壓水，控制沉箱平穩(wěn)下沉，同時(shí)定位駁與沉箱另一側(cè)進(jìn)行軟連接。當(dāng)沉箱距基床1 m時(shí)關(guān)閉閥門，按照便于浮起沉箱的位置布置水泵備用。

4）第一個(gè)沉箱就位

沉箱測(cè)量定位：陸上采用全站儀測(cè)量沉箱南北方向與安裝基準(zhǔn)線的偏差，沉箱上用GPS測(cè)量其東西向偏差，兩者相互校核。沉箱安裝允許偏差：臨水面與施工準(zhǔn)線允許偏差±50 mm、臨水面錯(cuò)牙50 mm、最大縫寬0.15 m，碼頭整體長(zhǎng)度偏差+1.6 m，－0.225 m。

在沉箱前沿立兩個(gè)定位尺，待沉箱下潛至底標(biāo)高約－11.4 m（距基槽0.60 m，此數(shù)值可根據(jù)安裝當(dāng)日的風(fēng)浪情況適當(dāng)調(diào)整）時(shí)開(kāi)始仔細(xì)調(diào)平定位。由于第一個(gè)沉箱安裝很難保證一次正位，所以在定位時(shí)著重控制其東西兩邊在南北方向上與施工準(zhǔn)線的偏差（沉箱面要正），東西向不可偏西，定位完畢后，繼續(xù)下潛。下潛過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注測(cè)量數(shù)據(jù)，變化較大時(shí)應(yīng)停止下潛，重新定位調(diào)平后方可繼續(xù)。如果沉箱落地后位置仍有偏差則打開(kāi)水泵抽水，將沉箱浮起后再次定位下潛。

5）第二個(gè)沉箱定位

根據(jù)測(cè)量的第一個(gè)沉箱東西方向偏位提前制作尺寸合適的縫板備用。在第二個(gè)沉箱浮運(yùn)前，必須在與第一個(gè)沉箱接觸的一面掛好厚度大于0.50 m的輪胎，防止下潛時(shí)與第一個(gè)沉箱發(fā)生直接碰撞。第二個(gè)沉箱到達(dá)預(yù)定位置后開(kāi)始下潛，至距基槽0.60 m時(shí)（此時(shí)沉箱較為穩(wěn)定）用吊車撤出輪胎，在接縫處放置縫板，通過(guò)縫板尺寸控制沉箱東西位置；同時(shí)在已安裝完的沉箱上安放2臺(tái)3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)及12 t滑輪組，布置好水泵備用，然后開(kāi)始測(cè)量定位。準(zhǔn)確定位后，按安裝第一個(gè)沉箱的方式使沉箱快速平穩(wěn)地坐落在基床上。

6）起浮第一個(gè)沉箱正位

準(zhǔn)確安裝第二個(gè)沉箱后，重新浮起第一個(gè)沉箱，調(diào)整、正位后連續(xù)兩個(gè)低潮復(fù)測(cè)其位置，最大偏移量不得超過(guò)允許偏差，否則應(yīng)在下一個(gè)低潮重新浮起調(diào)整。

沉箱安裝定位時(shí)要預(yù)留一個(gè)偏移量以對(duì)應(yīng)沉箱在最后下潛時(shí)發(fā)生的偏移，此偏移量的確定要根據(jù)當(dāng)日波浪、風(fēng)向及纜繩受力情況等進(jìn)行綜合考慮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，向北側(cè)預(yù)留10~15 cm（整體偏北），東西向有已安裝好的沉箱作為依靠，可不考慮。沉箱定位完畢至坐落到基床上的過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)沉箱即將坐底時(shí)，如果此時(shí)沉箱仍存在整體偏北的微小誤差，可考慮加速沉箱后側(cè)進(jìn)水速率，使后方先行著地。相反，沉箱如果存在微小的偏南誤差，則考慮加速前沿一側(cè)的進(jìn)水速率，使前沿先行著地。采取此措施可使沉箱在坐底時(shí)更接近正位，但如果未能奏效，則打開(kāi)水泵抽水，重新浮起定位。沉箱正位坐底后到艙格注滿水之前，不可松開(kāi)卷?yè)P(yáng)機(jī)或者纜繩，防止突發(fā)的大涌浪使沉箱發(fā)生位移。

沉箱安裝過(guò)程中沉箱底部會(huì)破壞基床表面，正位安裝后，要對(duì)基床進(jìn)行修復(fù)，將低洼的地方用碎石補(bǔ)齊，并把即將安裝下一個(gè)沉箱位置上隆起的部分調(diào)平；沉箱位置復(fù)測(cè)兩個(gè)潮水后，在進(jìn)水孔內(nèi)側(cè)封堵（外包土工布的預(yù)制）混凝土塞，防止回填后漏砂，并進(jìn)行沉箱前沿袋裝砂防護(hù)，作業(yè)完畢后即可進(jìn)行倉(cāng)格內(nèi)的回填作業(yè)。

當(dāng)南側(cè)沉箱安裝至周邊水域深度充裕時(shí)（里程250 m以西）或北側(cè)基槽安裝時(shí)，定位駁可采取上述方式駐位，此種方式安裝的優(yōu)勢(shì)在于沉箱四角每個(gè)點(diǎn)均可通過(guò)1根單獨(dú)的纜繩或卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)調(diào)整其位置，便于操縱且節(jié)省時(shí)間。

7） 后續(xù)沉箱安裝

后續(xù)的沉箱則可在定位方駁的配合下，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已安裝沉箱為基準(zhǔn)進(jìn)行安裝。

5 結(jié)語(yǔ)

沉箱安裝是重力式碼頭建設(shè)中非常重要的一個(gè)組成部分，友誼港4號(hào)、5號(hào)泊位沉箱安裝中最主要的一個(gè)課題就是如何利用現(xiàn)有的資源去克服大西洋惡劣的風(fēng)浪環(huán)境。在實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)不斷的嘗試，總結(jié)出的施工經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)以后類似施工起到指導(dǎo)作用。

[1]JTS257—2008.水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].JTS257—2008.Standard for quality inspection of port and waterway engineeringconstruction[S].

[2]JTS167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].JTS167-2—2009,Design construction codefor gravity quay[S].

[3] 邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002：242-244.QIU Ju.Port engineering buildings[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002:242-244.

[4]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.港口工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001：149-187.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Port engineering design manual[M].Beijing:China Communications Press,2001:149-187.