三亞新機場本島鋼圓筒振沉施工船舶駐位問題探討

趙彬

摘 要：以三亞新機場本島工程為例，在概述鋼圓筒設(shè)計要求及振沉船舶的選擇的基礎(chǔ)上，對其鋼圓筒振沉施工中包括運輸船、起重船和定位駁在內(nèi)的各類施工船舶駐位方式進行分析探討。結(jié)果表明，本工程所采用的鋼圓筒振沉施工船舶駐位方式充分考慮到風力及水流力的影響，能保證鋼圓筒振沉施工效率的提升，且鋼圓筒定位準確，并能有效解決本工程鋼圓筒振沉施工船舶駐位所面臨的技術(shù)難題，所形成的一套完整的工藝流程可為類似工程參考使用。

關(guān)鍵詞：鋼圓筒;振沉施工;船舶;駐位

中圖分類號：[U655.3+2]? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0121-03

1 工程概況

三亞新機場主要為三亞鳳凰機場遷建及部分輔助設(shè)施新建，新機場占地面積共450hm2，跑道長和寬分別為3400m和60m，主降方向由西向東設(shè)置，能為大型飛機提供全載起降服務(wù)，單條跑道可以容納2000萬人次/a的吞吐需求，新機場建成后停機坪能同時停放40架大中型客機。新機場本島整體形態(tài)為圓角矩形，護岸長度20113m，用海面積2559萬m2，所形成陸地面積2420萬m2，東、西、南、北護岸長度分別為4395m、3227m、7756m和4778m。結(jié)合工程設(shè)計要求，三亞新機場本島南護岸7272.4m及東西護岸南側(cè)1km以內(nèi)的岸壁結(jié)構(gòu)均按照直立式鋼圓筒設(shè)計。鋼圓筒直徑30m，高33.5m，壁板厚22mm，厚30mm的加強板分別增設(shè)在鋼圓筒頂部1m和底部0.5m以內(nèi);相鄰鋼圓筒凈距3m，并通過鋼副格鎖口方式連接，見圖1所示;鋼圓筒主體材質(zhì)均采用Q345B型鋼，內(nèi)部加勁肋則采用Q235B型鋼材料，鋼圓筒筒頂標高+2.0m，筒底標高為-31.5m，共設(shè)置10個鋼圓筒，筒重670t/個。

三亞新機場本島工程鋼圓筒振沉施工采用12臺進口APE-600型液壓振動錘聯(lián)動方案，單臺振動錘激振力4948kN，工作功率671.5kW，偏心距230kg·m，振動頻率1400rpm，上拔力2224kN，重量23t。該型號振動錘夾頭油缸未設(shè)置液壓鎖，若夾頭系統(tǒng)在夾頭加緊后發(fā)生泄漏，則主要由保護閥提供操作過程中的壓力，防止鋼圓筒發(fā)生脫落。液壓夾頭的開口幅度最大可達246.7mm，最小開口幅度下對應(yīng)的鋼圓筒夾緊厚度為30mm。此外，還配備有12套CAT-1200-HP動力柜，36個液壓夾具，12套液壓油管，機械同步系統(tǒng)、吊架和共振梁各1套。

2 鋼圓筒振沉船舶的選擇

考慮三亞新機場本島鋼圓筒最大重量、筒高以及振沉系統(tǒng)重量，并結(jié)合施工水域涌浪大，波浪波長及周期較長的客觀實際，為保證施工進度、質(zhì)量和安全，選用船長×寬×型深為120m×48m×8m的4000t“一航津泰”起重船，船長×寬×型深為115m×32m×7m且載重1.3×104t的“海陽59”號甲板定位駁?？紤]到本工程鋼圓筒必須長途運輸，對運輸船舶遠洋運輸能力及運輸經(jīng)驗有較高要求;此外，鋼圓筒重量大、高度高，還要求運輸船具備較高的穩(wěn)定性及抗風浪能力，鋼圓筒運輸選擇使用船長×寬×型深為225m×43m×9m的“振華31”號7×104t遠洋運輸船。圓筒振沉施工主要船機表詳見表1。

鋼圓筒運輸分2船次進行，先通過“振華31”號運抵施工現(xiàn)場，運達后將運輸船駐位于振沉鋼圓筒東側(cè)，使船艏朝南后正南正北駐位，并將運輸船與就近鋼圓筒的距離控制在300m;再由位于待振沉鋼圓筒北側(cè)的“一航津泰”號船艏朝南2次駐位;定位駁應(yīng)駐位于待振沉鋼圓筒南側(cè)。

3 船舶駐位施工

3.1 運輸船駐位

3.1.1 運輸船系泊

綜合考慮三亞新機場本島鋼圓筒及振沉系統(tǒng)概況，結(jié)合施工水域自然環(huán)境，為保證施工進度、質(zhì)量和安全，運輸船駐位區(qū)域選定在本島東偏南方向300m處的280m×80m×（-8.5m）水域，該區(qū)域能保證在起重船動錨較少情況下取得最佳的鋼圓筒振沉施工效果[1]。運輸船吃水深，船體長度及阻水面積大，為此，必須結(jié)合潮流方向進行運輸船駐位角度的確定，保證順流駐位。

三亞新機場本島鋼圓筒振沉所用施工所用運輸船長240m，錨固系統(tǒng)薄弱，起重船起吊振動錘取筒過程中的定位精度難以保證，若通過海上打樁運樁駁駐位方式，則對運輸船駐位位置及數(shù)量要求較高，且無法實現(xiàn)運輸船順流駐位。為此，在本島之外的固定區(qū)域設(shè)定錨定系統(tǒng)，用于運輸船纜繩的系掛，符合運輸船穩(wěn)定性要求的同時，確保順流駐位。具體而言，將4個混凝土沉塊+錨鏈+浮筒組成的錨定系統(tǒng)分別設(shè)置在運輸船設(shè)計駐位區(qū)域，并使該系統(tǒng)與船體呈縱向45°夾角，混凝土沉塊長×寬×高設(shè)計尺寸為4.5m×4.0m×4.0m，錨鏈為長度55m的100mm有擋錨鏈，高2m、直徑4m的浮筒通過錨鏈與混凝土沉塊綁固在海底，各浮筒上分別系掛6根尼龍纜繩。

3.1.2 運輸船系泊系統(tǒng)受力

駐位結(jié)束后的鋼圓筒運輸船受到風力及水流力的影響較大，具體影響程度可以通過鋼圓筒及運輸船受風力影響的面積及運輸船阻水面積量化得出，根據(jù)結(jié)果進行運輸船系泊系統(tǒng)可靠性評價。取風速20.7m/s的八級橫風、波浪力為風力60%的最不利工況進行鋼圓筒運輸船受風力及水流力影響程度的計算[2]。

（1）纜繩及錨鏈受力。八級橫風作用力2590kN，按照風力60%確定波浪力，則風浪聯(lián)合作用力為4144kN。纜繩和錨鏈與運輸船呈45°縱向夾角，則單個浮筒所承受的水平合力為2950kN，不均勻系數(shù)取1.1，則單個浮筒纜繩和錨鏈所承受的水平力為3250kN。使用實驗拉力3300kN、斷裂拉力4450kN的有擋錨鏈，完全滿足設(shè)計要求。運輸船上的纜繩主要為標稱斷裂負荷1050kN、實際斷裂負荷1265kN的丙綸長絲繩，各浮筒上系裝6根纜繩符合運行要求。

（2）混凝土沉塊抗拔力。將混凝土沉塊埋入與運輸船距離106m的水域后計算得出沉塊所承受的垂向力為850kN，鋼筋混凝土沉塊空氣中和水中比重分別取2.3t/m3和1.3t/m3，則沉塊體積應(yīng)為72m3，沉塊在水中重量超出85t。沉塊在鋼圓筒振沉施工運輸船駐位過程中主要發(fā)揮錨固的作用，若沉塊放置在泥面上，則其所承受的水平力主要通過混凝土沉塊和泥面之間的摩擦力平衡，這就要求混凝土沉塊的尺寸應(yīng)足夠大。而混凝土沉塊埋入泥面以下后，主要憑借其垂向抗拔力保持穩(wěn)固。在錨鏈受力的情況下，其水平力主要由泥面下埋入的沉塊和周圍泥土間的摩擦力、土壓力等平衡，且混凝土沉塊底部與泥面的距離應(yīng)控制在5.0m以內(nèi)。

3.2 起重船與定位駁駐位

使用具有獨自定位能力及良好穩(wěn)定性，且船型吃水、尺寸、錨固力和打樁船、起重船均相似的“振駁28”號， 船長和寬分別為82m和28m，吃水5.5m，船角各設(shè)置1臺35t電動錨機并配備1只8t海軍錨，錨繩長650m。此外，沿船軸線艏處設(shè)置1臺50t錨機并配備12t海軍錨，艉處設(shè)置1臺35t錨機配1臺8t海軍錨。通過錨機能顯著提升鋼圓筒定位效率，且錨纜長度也符合下錨振沉鋼圓筒的要求。

起重船長98m、寬37m，鋼圓筒和振動錘總重1100t，在設(shè)計吊重下起重船舷外跨距62m，能起吊鋼圓筒并越過定位駁后定位和振沉。為保證起重船在運輸船和待沉鋼圓筒之間良好移動，減少下錨次數(shù)，應(yīng)將起重船纜繩長度增加至900m。在船舶移動取鋼圓筒的過程中，2艘回轉(zhuǎn)拖輪應(yīng)分別靠泊于起重船左右船舷，對起重船起到協(xié)助取筒作用。

預(yù)制鋼圓筒共分10船次運輸，首個鋼圓筒由定位駁運抵振沉施工水域，第2～10個鋼圓筒則由2艘運輸船交替運輸，運輸船順流駐位在新機場本島東南向距離本島300m處。定位駁則在起重船和待振沉施工鋼圓筒之間駐位，并在運輸船船舷處交叉系掛2根牽牛繩，以方便運輸船移位至鋼圓筒起吊位置。待運輸船和定位駁同時駐位后，最后進行起重船駐位。運輸船駐位位置固定，而起重船和定位駁每振沉1次鋼圓筒后就應(yīng)調(diào)整錨位。

4 結(jié)論

綜上所述，三亞新機場本島鋼圓筒振沉施工主要存在鋼圓筒重量大、筒高較高、振沉系統(tǒng)較重，施工水域涌浪大，運輸船吃水深、船體長度及阻水面積大，工期緊等難題，鋼圓筒預(yù)制后經(jīng)過長途運輸至指定水域振沉施工，故要求運輸船舶必須具備遠洋運輸能力、豐富的運輸經(jīng)驗及良好的抗風浪性能。所設(shè)計的船舶系泊駐位工藝使鋼圓筒振沉施工效率及船機使用效率顯著提升，作業(yè)強度減小，創(chuàng)下了一日三筒的施工記錄。本工程所總結(jié)出的鋼圓筒振沉施工運輸船、起重船和定位駁駐位系泊工藝可為類似工程提供借鑒參考。

參考文獻：

[1]張洋，徐新成.全旋轉(zhuǎn)起重船在大直徑鋼圓筒振沉施工中的應(yīng)用[J].中國水運，2018（02）：206-210.

[2]張鐵軍，劉昊檳，楊潤來.港珠澳大橋鋼圓筒振沉施工船舶駐位工藝[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（07）：61-63.