氣囊頂升移運沉箱工藝的改進和完善

東景潔，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083）

氣囊頂升移運沉箱工藝的改進和完善

東景潔，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083）

重力式碼頭施工常會依地而建臨時沉箱預制場，在出運沉箱工藝選擇時，由于氣囊出運沉箱工藝具有成本低、施工高效的優(yōu)點而備受青睞。文章針對氣囊廊道結(jié)構(gòu)選擇、氣囊頂升安全、連鎖沉箱工藝，通過工程實踐和深入摸查，從加快施工進度、減少投資、保證工藝安全角度，提出收效良好的氣囊出運沉箱工藝改進措施。

氣囊頂升；移運；沉箱

0　引言

隨著船舶大型化和水上運輸事業(yè)的發(fā)展，沉箱重力式碼頭結(jié)構(gòu)被越來越多地采用，沉箱需求量逐年增多。為了滿足建設(shè)進度需要和減少沉箱預制相關(guān)的措施費用，施工單位會采取建設(shè)臨時簡易沉箱預制場，利用橡膠氣囊完成沉箱陸上頂升、移運。但是，采用氣囊頂升、移運沉箱是多機械配合的施工過程，稍有不慎就會發(fā)生重大質(zhì)量或安全事故。在此介紹氣囊頂升、移運沉箱施工工藝的改進和完善措施，有助于加快施工進度、提高施工安全系數(shù)和降低施工成本。

1　工藝簡介

利用氣囊頂升、運移沉箱施工設(shè)備主要由氣囊、氣囊充氣系統(tǒng)、卷揚機牽引系統(tǒng)三部分組成。沉箱陸上頂升、移運時，通過空壓機對超高壓氣囊充氣，利用氣囊充氣后的擴張力承受沉箱重力荷載頂升沉箱，利用卷揚機水平方向牽引力克服沉箱下氣囊的滾動摩擦力實現(xiàn)移運[1]。一般情況下，在用于沉箱出運的牽引地牛和連鎖沉箱主繩間設(shè)滑輪組，以減小卷揚機鋼絲繩承受的牽引荷載。沉箱預制前，需制定完善的沉箱出運專項方案，選配牽引地牛、卷揚機、氣囊、牽引索具、支墊物等。

2　施工工藝改進

頂升、移運沉箱作業(yè)包括沖砂、連鎖沉箱、頂升沉箱、工字鋼和蓋板抽除、沉箱橫縱移、沉箱臨時支墊等內(nèi)容。以下結(jié)合目前氣囊頂升、移運沉箱施工工藝中存在的缺陷，提出改進方法和措施。

2.1優(yōu)選氣囊廊道結(jié)構(gòu)形式

2.1.1鋪設(shè)式廊道Ⅰ型（“工字鋼+竹膠板”式廊道）“工字鋼+竹膠板”式廊道是在預制平臺上按一定間距（滿足氣囊安全抽穿的要求）鋪設(shè)工字鋼做枕梁，工字鋼上覆竹膠板作為沉箱承載面。由于竹膠板剛度低，在鋪設(shè)竹膠板前需要在廊道內(nèi)填砂并振沖，保證承載面剛度，見圖1。在沉箱出運階段，需先將廊道內(nèi)填砂用高壓水沖除才可穿放氣囊進行沉箱頂升施工。為節(jié)約投資，許多臨時沉箱預制場通常會選用此種廊道結(jié)構(gòu)，例如福建泉州港的斗尾沉箱預制場。

圖1　“工字鋼+竹膠板”式廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig.1 Cross-section of"I-beam+Plywood"corridor structure

此廊道結(jié)構(gòu)適用于臨時預制場使用時間短，沉箱數(shù)量較少，本地區(qū)無后續(xù)工程再需預制沉箱的情況。當預制場需預制沉箱數(shù)量較多，或可預見到本地區(qū)仍有多個后續(xù)工程需要預制沉箱時，使用此種沉箱出運的廊道結(jié)構(gòu)將不再適用，會有以下缺點：

1）沉箱出運時，沖砂速度緩慢，影響沉箱出運進度。

2）廊內(nèi)沖砂施工會造成場內(nèi)出現(xiàn)大量積砂和積水，將會影響場內(nèi)文明施工，且不可避免的會影響到鄰近沉箱施工進度。

3）工字鋼上覆竹膠板大多只能使用一次，且考慮填充和掏除砂的施工成本，當沉箱預制數(shù)量較多時其施工成本并不低廉。

2.1.2鋪設(shè)式廊道Ⅱ型（“工字鋼+蓋板或木方”式廊道）

“工字鋼+蓋板或木方”廊道和“工字鋼+竹膠板”式廊道結(jié)構(gòu)相近，區(qū)別是取消氣囊廊道內(nèi)的振搗填砂，用強度和剛度更好的鋼蓋板或木方代替竹膠板作為預制平臺承載面，見圖2、圖3。例如廣西北海鐵山港石頭埠作業(yè)區(qū)2號泊位的沉箱出運采用此種廊道結(jié)構(gòu)。

此種氣囊廊道結(jié)構(gòu)適用于各類利用氣囊頂升沉箱的沉箱出運施工。相較于其它氣囊廊道結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：

1）相較于廊內(nèi)填砂的“工字鋼+竹膠板”式廊道，本法具有施工速度快、不污染場地的優(yōu)點。

2）此種方法對預制場地基條件要求不高，對多型號沉箱預制適應性強。

圖2　“工字鋼+蓋板或木方”廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig. 2 Cross-section of "I-beam+ Cover or Wood beam" corridor structure

圖3　鋼蓋板結(jié)構(gòu)斷面Fig.3 Cross-section of SteelCover

3）工字鋼上覆的蓋板或木方倒運方便，可周轉(zhuǎn)使用，且施工用具殘值較高，長遠來看是比較經(jīng)濟合理的。

2.1.3下臥式廊道

預制場平臺建設(shè)時，在平臺上留設(shè)下臥式混凝土溝槽，上覆蓋板或木方形成平臺。沉箱預制時可在此平臺上直接放線施工，待沉箱出運時，向廊道內(nèi)穿入橡膠氣囊，加壓充氣完成沉箱頂升，見圖4。此種廊道在山東嵐山和龍口、福建泉州都有所應用，例如福建泉州港秀涂作業(yè)區(qū)16號泊位的沉箱出運采用此種廊道結(jié)構(gòu)。下臥式溝槽廊道結(jié)構(gòu)適用于沉箱型號相近、數(shù)量較多、沉箱預制場設(shè)計使用時間較長，場內(nèi)地基條件良好的情況。由于此廊道結(jié)構(gòu)對外界環(huán)境有諸多要求，再考慮到成本、進度的因素，總結(jié)出此種廊道結(jié)構(gòu)具有以下缺點：

圖4　下臥式廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig.4 Cross-section of lower horizontal corridor structure

1）下臥式溝槽廊道在沉箱預制平臺上是固定的，其間距、位置均不可變，當沉箱型號改變，底平面尺寸和重量變化較大時，會給施工帶來一定麻煩。

2）采用下臥式溝槽廊道的施工工藝要求地基條件不能過差。當場內(nèi)地基軟弱、條件較差時，采用此工藝就需要進行地基處理或澆筑較厚的鋼筋混凝土溝槽基礎(chǔ)，如此將會大大提高預制場的建設(shè)成本，往往得不償失。

3）由于下臥式溝槽廊道的結(jié)構(gòu)尺寸精度要求較高，在平臺建設(shè)施工時進度會相對緩慢，很可能會拖延預制場建設(shè)施工總進度。

綜上各類氣囊廊道結(jié)構(gòu)的介紹和適用條件分析，可得出以下結(jié)論：當預制場地基條件較好、沉箱數(shù)量較多、預制場設(shè)計使用時間較長時，可選用下臥式溝槽廊道或鋪設(shè)式“工字鋼+蓋板或木方”廊道；當臨時預制場地基條件較差、沉箱預制數(shù)量較少、現(xiàn)場文明施工要求不高時，則可選鋪設(shè)式“工字鋼+竹膠板”廊道。

2.2配備移動式充放氣控制站

目前大多利用氣囊出運沉箱施工時，氣囊充氣的操作人員均緊隨在氣囊附近，觀察氣壓表情況，以及時為氣囊充氣或排氣。但根據(jù)行業(yè)施工安全技術(shù)操作規(guī)程，沉箱移運時，沉箱兩側(cè)20 m范圍內(nèi)設(shè)工作警戒，高壓氣囊充氣過程中，工作人員要遠離氣囊5m以上[2]，由此可見，緊隨氣囊進行充放氣操作是不符合操作規(guī)程的，存在安全隱患的。

另外，在沉箱頂升工序中，施工前所有氣囊是未加壓承載的狀態(tài)，由于現(xiàn)場空氣壓縮機數(shù)量有限或者功率較小的原因，不能做到對沉箱下所有氣囊同時均勻充氣加壓，因此施工時就會出現(xiàn)對氣囊逐個并多次的重復加壓情況，沉箱頂升工序的時間延長的同時，也增大了諸多安全隱患[3]。

為改進沉箱頂升時氣囊不能同步加壓承載，降低氣囊充氣操作失誤概率，避免氣囊充氣環(huán)節(jié)人員需緊隨操作的弊病，提出引入移動式充放氣控制站的改進措施。

移動式充放氣控制站即在沉箱出運要求的安全距離上設(shè)置集中控制站，針對每條氣囊對號配置充放氣支路，設(shè)氣壓表量測壓力，可將高壓空氣通過閥門控制、膠管輸送傳遞給沉箱下橡膠氣囊，待泄壓的氣囊也可通過控制站的排氣閥將空氣排出。采用移動式充放氣控制站可實現(xiàn)沉箱頂升階段的氣囊同步加壓，縮短工序時間，減少誤操作和氣囊意外傷人等安全隱患發(fā)生的概率。

2.3改進連鎖沉箱工藝

氣囊移運沉箱時，用于拖拽沉箱的主繩需與沉箱通過一定方式連接，現(xiàn)有的連接方式有鋼絲繩圍捆式、鋼架套箍式，預埋拖拽拉環(huán)式等方式。

2.3.1鋼絲繩圍捆和鋼架套箍連鎖沉箱

鋼絲繩圍捆式和鋼架套箍式兩者形式相同，即利用鋼絲繩或鋼架圍繞沉箱一圈或多圈后將其連鎖于拖拽沉箱主繩上，見圖5。由于鋼絲繩圍捆圈數(shù)多、鋼架重量大的原因，該工藝會嚴重降低施工效率，增加施工成本，且該工序會對相鄰平臺沉箱預制施工產(chǎn)生影響。同時，若采用以上工藝連鎖矩形沉箱，即使對沉箱做護邊防護，拖拽沉箱施工時仍會不可避免的對沉箱造成破壞。

圖5　鋼絲繩圍捆沉箱Fig.5 Thew ire rope tied around caisson

2.3.2預埋拖拽拉環(huán)連鎖沉箱

在沉箱預制時預埋沉箱出運用拖拽拉環(huán)，沉箱出運時利用卸扣將主繩與拉環(huán)連鎖實現(xiàn)拖拽沉箱的目的。此種方式雖簡易便捷，但由于拉環(huán)外突出沉箱一定長度，且長度不宜過?。粲凶銐虬惭b卸扣的長度），在沉箱拖拽時受橫向剪力作用大，極易破壞預制構(gòu)件。

2.3.3穿銷式連鎖沉箱

在沉箱預制時在沉箱四角預留牽引孔埋件（牽引孔預留在沉箱邊角處，距離沉箱底面30 cm左右，以設(shè)在沉箱底板厚度取中位置最佳（圖6）。對有外趾的沉箱可將牽引孔設(shè)在外趾上），使沉箱向各方向移動時均有拖拽點和后拉點。沉箱每一角預留橫豎2個牽引孔：其中一孔穿拖拽拉銷，做拖拽沉箱用；另一孔穿輔助拉銷，保證拖拽鋼絲繩與沉箱移運走向平行，避免拖拽拉銷脫出。拖運沉箱時，前進方向的兩角鋼絲繩前拉拖拽沉箱前行，后角鋼絲繩后拉（溜尾）控制沉箱行進方向和速度，如此共同作用實現(xiàn)沉箱平穩(wěn)移運[4]。此種連鎖沉箱方式在大連長興島拆船駁岸項目、太平灣港區(qū)一港池散雜碼頭項目上都有應用。

采用此法連鎖沉箱的施工注意要點：

1）沉箱預制前要根據(jù)沉箱重量和行走通道對氣囊的摩擦系數(shù)測算牽引沉箱所需牽引力，以配置牽引孔和拉銷。

2）牽引孔內(nèi)徑略大于拉銷直徑5～8 mm，牽引孔長度在1.0m左右（根據(jù)拖拽拉力和沉箱混凝土抗壓強度確定）。拉銷安裝時探出牽引孔，留出容納主鋼絲繩的空間即可，不可探出過多。

3）輔助鋼絲繩長度、直徑要選配得當，保證拖拽沉箱主鋼絲繩緊貼沉箱，與沉箱行走方向平行，防止拉銷被拖出。

綜上，穿銷式連鎖沉箱工藝具有經(jīng)濟、實用、對沉箱實體損害小的優(yōu)點，最重要的是此工藝可以提高沉箱出運效率，對沉箱預制進度無影響。

圖6　穿銷式連鎖沉箱Fig.6 Pin type connecting caisson

3　結(jié)語

氣囊頂升、移運沉箱技術(shù)是沉箱出運工藝的一次創(chuàng)新。超高壓氣囊頂升、運移沉箱是一個多機具、多人員配合的綜合性施工過程，施工中的每個環(huán)節(jié)都可能存在潛在危險，在成本和進度方面也需盡量做到最優(yōu)，因此有些工序仍需改進和完善。文章中所提的合理選用氣囊頂升廊道形式、設(shè)置移動式充放氣控制站和利用穿銷連鎖沉箱的工藝，分別是在成本控制、工藝安全和施工進度角度對氣囊出運沉箱工藝提出的改進和完善措施。以上措施的使用將有利于提高施工企業(yè)的經(jīng)濟效益，推動氣囊出運沉箱技術(shù)的發(fā)展。

[1]施國道，李秉實.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994. SHIGuo-dao,LIBing-shi.Portengineering constructionmanual [M].Beijing：China Communications Press,1994.

[2]JTS 205-1—2008，水運工程施工安全防護技術(shù)規(guī)范[S]. JTS 205-1—2008,Water transportation project construction safety technicalspecifications[S].

[3]張先智，王迎，劉其杰.氣囊出運沉箱的安全控制[J].海岸工程，2009（4）：85-88. ZHANG Xian-zhi，WANG Ying，LIU Qi-jie.The airbag safety controlof caisson transportation[J].Coastal Engineering,2009(4): 85-88.

[4]章廣賓.大型沉箱氣囊出運安裝工藝研究與應用[D].濟南：山東大學，2007. ZHANGGuang-bin.The installation technology research and application of large caisson transportation by airbag[D].Jinan:ShandongUniversity,2007.

Im provement of technology for airbag jacking and transfer of caissons

DONG Jing-jie，WANGYue-jing
（No.3Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116083,China）

With the developmentofgravity quays,ithasbecome amainstream to build caisson prefabrication yards according to the local conditions.On selection of technological process for handling and transportation of caissonson prefabrication yards, the technology of airbag jacking and transferof caissons is favored by construction units because of low costand high efficiency. Based on airbag-corridor structure selection,the safety of airbag jacking and chain caisson process,Effective processing measures were proposed to improve rubber pneumatic bag jacking and transfer of caissons from the aspects of quickening construction progress,reducing investment,and guaranteeing technology safety through engineering practice and investigation. Keywords：airbag jacking;transfer and transportation;caisson

U655.4

B

2095-7874（2016）06-0052-04

10.7640/zggw js201606013

2015-12-24

2016-03-22

東景潔（1985—），男，天津市人，工程師，主要從事港口工程施工技術(shù)管理，土木工程專業(yè)。

E-mail：dongjingjie2008@126.com