柬埔寨西哈努克港 3×135MW 燃煤電廠工程起重船吊扶沉箱出運(yùn)安裝工藝

倪景軍，陳運(yùn)濤，張宇，楊勝玉

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，

港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

柬埔寨西哈努克港 3×135MW 燃煤電廠工程起重船吊扶沉箱出運(yùn)安裝工藝

倪景軍1，陳運(yùn)濤2，張宇1，楊勝玉1

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，

港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

國(guó)外項(xiàng)目中大型沉箱的預(yù)制、出運(yùn)在設(shè)備資源匱乏的條件下是一個(gè)較大的難題。以柬埔寨燃煤電廠工程為例，介紹圍堰內(nèi)預(yù)制沉箱、起重船吊扶沉箱工藝，克服了傳統(tǒng)出運(yùn)方式的局限性，在沒有沉箱預(yù)制場(chǎng)和專用出運(yùn)設(shè)施條件下實(shí)施了沉箱預(yù)制和出運(yùn)；介紹起重船吊扶沉箱過程中吊點(diǎn)設(shè)置、密封處理、沒頂沉箱安裝過程中的計(jì)算及施工關(guān)鍵技術(shù)。該工程的成功實(shí)踐，可為國(guó)外大型沉箱的預(yù)制和出運(yùn)安裝提供借鑒。

起重船吊扶；沉箱密封處理；沒頂安裝

1 工程概況

柬埔寨西哈努克港 3 × 135MW 燃煤電廠工程位于柬埔寨西哈努克市（ Sihanoukville）西哈努克港以北約 15 km，蘇基密（Sokimex）原油碼頭以北4 km 處海岸。本工程規(guī)劃設(shè)計(jì)容量 7 × 135 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，本期設(shè)計(jì)容量為 3 × 135MW 抽凝式發(fā)電機(jī)組，主機(jī)排汽冷卻采用海水直流冷卻方式。電廠取水頭部所處海域，海水平均溫度為29 ℃，海水最低溫度 23 ℃，最高溫度 32.5 ℃。海水取水頭部位于電廠西北側(cè)，距海岸約 1 000m處海域取水，冷卻后的海水排入電廠東側(cè)海域，海水溫度按照30℃設(shè)計(jì)。

取水工程位于電廠西側(cè)，陸域與直流取水水泵房相接，向海域延伸至-7m 等深線。取水管線全長(zhǎng) 1 384m，其中陸上部分為 388m，水上部分為 996m；分單孔箱涵取水線及雙孔箱涵取水線，單孔箱涵高 4.3m，海側(cè)連接 A 型取水頭沉箱；雙孔箱涵高 3.7m，距取水位置 60m 位置開叉分為 2條單孔箱涵線，海側(cè)連接2個(gè)B型取水頭沉箱。A 型取水頭沉箱尺寸為 9.0m × 9.6m × 11.65m，空 載 重 569.7 t； B 型 取 水頭 沉 箱尺 寸 為 9.0 m × 9.0m × 11.65m，空載重 554 t（見圖 1 ）。

圖1 A型取水頭沉箱平面、立面圖Fig.1 Plan and elevation drawing of A intake caisson

兩種型號(hào)取水頭沉箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式相同，底部設(shè)置 1 道高 1.15m 的十字交叉墻；交叉墻上方間隔 1.3m 依次分布 5 道十字交叉梁；沉箱頂部有厚度 15 cm 的現(xiàn)澆混凝土蓋板，將沉箱頂口密封；沉箱在四面外墻分別設(shè)置2個(gè)進(jìn)水口，底部設(shè)置1個(gè)出水口。

2 方案比選

傳統(tǒng)大型預(yù)制構(gòu)件出運(yùn)形式為半潛駁出運(yùn)、滑道溜放出運(yùn)、氣囊出運(yùn)等，然而柬埔寨地區(qū)無大型起重設(shè)備且無大型構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)地，不具備上述出運(yùn)條件。通過認(rèn)真分析工程特點(diǎn)，對(duì)不同的沉箱預(yù)制出運(yùn)方案進(jìn)行分析研究，結(jié)合柬埔寨當(dāng)?shù)厥┕べY源相對(duì)匱乏的實(shí)際情況，積極與設(shè)計(jì)單位溝通，綜合考慮各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以選擇最合理的方案用于本工程。施工現(xiàn)場(chǎng)配置有1艘用于箱涵安裝的 200 t起重船，所以方案比選在使用本起重設(shè)備的前提下進(jìn)行。

2.1 方案一

沉箱預(yù)制采用水上接高，首先在臨近出運(yùn)碼頭的預(yù)制場(chǎng)完成沉箱底座預(yù)制，采用起重船將沉箱底座吊至接高臺(tái)座上，共分3次水上接高，水上接高臺(tái)座采用拋石基床結(jié)構(gòu)，每次接高位置以滿足 200 t起重船吊扶為原則，3 次接高整個(gè)過程均需水上進(jìn)行。

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

1） 水上接高預(yù)制工藝成熟，施工風(fēng)險(xiǎn)較??；

2） 可直接選擇水深合適的位置進(jìn)行接高預(yù)制，不需進(jìn)行航道疏浚。

2.1.2 缺點(diǎn)

1） 水上接高預(yù)制施工受海況影響較大，施工周期較長(zhǎng)；

2） 水上施工的施工質(zhì)量不易得到保證；

3） 使用的船機(jī)設(shè)備較多，施工成本高；

4） 水上施工存在較大的安全不利因素。

2.2 方案二

將取水工程水陸相接處施工圍堰向海側(cè)延伸100m，做好圍堰的止水，在圍堰內(nèi)采用陸上施工將基槽施工至箱涵安裝底標(biāo)高 （澆筑 30 cm 混凝土墊層），沉箱預(yù)制在圍堰內(nèi)進(jìn)行，預(yù)制完成后進(jìn)行壓載，利用 200 t起重船吊扶沉箱至安裝位置。

2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

1） 陸上進(jìn)行沉箱預(yù)制混凝土質(zhì)量和鋼筋綁扎質(zhì)量有保證；

2） 圍堰內(nèi)施工不受海況影響，操作方 便，施工效率高，施工工期短；

3） 陸上施工安全控制措施容易得到保證；

4） 因伸向海側(cè)的 100m 圍堰位置巖層約 5m厚，將該部分水上施工改為陸上施工，大大降低了工程成本。

2.2.2 缺點(diǎn)

1） 圍堰止水是關(guān)鍵，因該部分圍堰推填深度在6m左右，圍堰止水難度較大，如一旦圍堰漏水，存在較大隱患；

2）起重船吊扶需一定水深，需要專門進(jìn)行航道疏浚。

2.3 比選結(jié)果

綜合考慮當(dāng)?shù)刭Y源、施工進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全等各方面因素，最終確定采用圍堰內(nèi)預(yù)制沉箱、起重船吊扶至安裝位置的方案。

3 沉箱吊扶相關(guān)計(jì)算

吊扶起重船采用越南船 YETKIEU P3 號(hào)，船長(zhǎng) 40.5m， 船 寬 20.8m， 吃 水 2.5 m， 最大 吊 重200 t，吊高 24.5m，舷外跨距 13.2m。

3.1 沉箱壓載及吃水計(jì)算

為滿足沉箱出運(yùn)時(shí)構(gòu)件自身的浮游穩(wěn)定，要求定傾高度 m 值大于 20 cm。計(jì)算浮游穩(wěn)定時(shí)考慮內(nèi)部殘積水 30 cm，對(duì)沉箱壓固體載荷，由于沉箱安裝后需在內(nèi)部澆筑水下混凝土，故固體載荷選擇為混凝土。

經(jīng)過計(jì)算確定最終出運(yùn)時(shí)吃水如表1。

3.2 吊點(diǎn)設(shè)置計(jì)算

因沉箱頂口隔墻尺寸較小，不具備埋置吊環(huán)的條件。因此考慮在外墻埋置銷子進(jìn)行吊裝的方案，單個(gè)沉箱設(shè)置 4 個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)材質(zhì)為 Q345直徑 160mm 鋼柱加工而成。

吊點(diǎn)對(duì)稱布置，吊點(diǎn)距離沉箱底 5.8m。

吊點(diǎn)受力計(jì)算主要為驗(yàn)證銷子的抗剪及抗彎能力。

1） 抗剪能力計(jì)算

式中：FQ為吊裝分鋼絲繩作用于銷子上的垂直分力；SZ為面積矩，SZ=d3/12；Iz為慣性矩，Iz= πd4/64；b 為截面的直徑。

得：tmax=19.5MPa。

根據(jù)最大拉應(yīng)力與許用拉應(yīng)力的關(guān)系，因此τmax≤ [τ]，滿足要求。其中： [τ] 為許用切應(yīng)力。為許用抗彎應(yīng)力，Q345鋼柱 [δ]=230MPa， [τ]=132.8MPa。

2） 抗彎能力計(jì)算

M=FQ×L

按銷子可能出現(xiàn)最大彎矩進(jìn)行計(jì)算，力臂為8 cm。滿足彎矩的條件為：

M/Wz≤ [δ]

式中：L為銷子探出外墻的長(zhǎng)度；M 為對(duì)銷子 的 彎矩 ；Wz為 彎 曲截 面 系 數(shù) ，Wz= πd3/32 =401 920 mm3。

M/Wz=58.5MPa ≤[δ]=230MPa，滿足要求。

3.3 吊索具設(shè)置計(jì)算

用于本工程的吊索具共分為以下3個(gè)主要部件：

吊裝主鋼絲繩：與起重船主鉤相連接的主繩采用直徑 80mm 鋼絲繩，長(zhǎng) 11m。

吊裝分鋼絲繩：與沉箱銷子相連接的副繩采用直徑 52mm 鋼絲繩，長(zhǎng) 10m。

吊裝架：連接主繩與分繩，確保分繩在沉箱頂口位置的垂直受力。

吊裝架中間設(shè)置剪刀撐，四周用型鋼設(shè)置邊框。如圖2所示。

圖2 吊裝架平面布置圖Fig.2 Layoutof lifting frame

吊裝架斜向支撐與豎向支撐梁交接點(diǎn)，設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，用于起吊吊裝架。

吊裝架制作材料采用柬埔寨當(dāng)?shù)?0號(hào)工字鋼加工制作。工字鋼特性如表2。

表2 柬埔寨 30號(hào)工字鋼特性Table 2 Characteristicsof No.30 I-section steel in Cambodia

1） 壓彎構(gòu)件

軸心抗壓計(jì)算 σ1：

σ1=F橫

自身重力引起彎矩計(jì)算 σ2：

構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算見表3。

表3 構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算Tab le 3 In ternal force calculation of com ponents N·mm-2

σ1+ σ2< σ，滿足要求。

其中：F橫為吊裝主鋼絲繩水平分力；g 為重力加速度；l為構(gòu)件長(zhǎng)度；M 為構(gòu)件彎矩；W 為構(gòu)件凈截面模量；σ 為 170 N/mm2。

2） 壓桿穩(wěn)定

壓桿穩(wěn)定計(jì)算公式如下：

柔度：λ = μL/i

穩(wěn)定許用應(yīng)力： [σ]= Ψ × σ

得 σ1+ σ2< Ψ × σ，滿足要求。

其中：μ為桿件的長(zhǎng)度因數(shù)；L為桿件的實(shí)際長(zhǎng)度；i為慣性半徑；Ψ 查表為 0.757。

4 沉箱密封處理

4.1 進(jìn)水口、出水口密封

沉箱上部設(shè)置8個(gè)進(jìn)水口，下部設(shè)置1個(gè)出水口，沉箱出運(yùn)以及安裝時(shí)需控制內(nèi)部進(jìn)水量，故需將全部窗口進(jìn)行密封處理。

預(yù)制沉箱時(shí)，將窗口周圈 20 cm 位置間隔50 cm 預(yù)埋 φ20 mm 圓臺(tái)螺母（ 見圖 3 ）。使用8 mm 厚、200mm 寬的橡膠板和直徑 25mm 的橡膠棒做密封材料，密封板安裝時(shí)要保證每個(gè)螺母都擰緊

圖3 窗口密封示意圖Fig.3 Sketch ofw indow sealing

封窗板結(jié)構(gòu)：

封窗板板面為 10mm 厚鋼板，背后橫肋、縱肋采用柬埔寨當(dāng)?shù)?40號(hào)工字鋼，縱肋貫通無斷開，橫肋斷開與縱肋焊接。

4.2 沉箱頂部蓋板密封

為滿足沉箱吊裝和沉箱沒頂安裝的要求，需要在蓋板頂口設(shè)置方形孔，同時(shí)方形孔上部需設(shè)置煙囪式止水圍囹，止水圍囹主要有以下作用：

1） 滿足吊裝鋼絲繩穿入沉箱內(nèi)部吊點(diǎn)的要求；

2） 滿足沉箱沒頂安裝的要求，起到止水作用；

3） 止水圍囹頂口設(shè)置操作平臺(tái)，滿足測(cè)量定位的需要。

止水圍囹結(jié)構(gòu)板面采用8mm厚鋼板，背后采用 10號(hào)槽鋼做板肋，連接處均為滿焊。圍囹底部通過預(yù)埋螺栓與沉箱蓋板固定，底部鋼板和蓋板之間采用橡膠板和橡膠棒做止水處理。

5 沉箱出運(yùn)施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：加長(zhǎng)止水圍堰→圍堰內(nèi)進(jìn)行巖石爆破→施工沉箱底胎→沉箱預(yù)制→沉箱密封處理→圍堰拆除至出運(yùn)標(biāo)高→起重船駐位→起重船掛鉤→取水頭沉箱抽水起浮→沉箱出運(yùn)→沉箱沒頂安裝。

5.2 主要施工方法及操作要點(diǎn)

5.2.1 加長(zhǎng)圍堰止水施工

本方案的實(shí)施是在加長(zhǎng)圍堰內(nèi)進(jìn)行的，因此圍堰止水是方案成功實(shí)施的前提。圍堰止水施工主要采取 2 個(gè)措施：1） 采用滲透系數(shù)極小的紅黏土作為圍堰的主體，外側(cè)采用塊石護(hù)面以確保圍堰不被海浪淘涮；2）在圍堰內(nèi)側(cè)鋪設(shè)兩布一膜的土工膜作為止水材料，土工膜鋪設(shè)后在其上覆蓋海砂以防止土工膜被破壞。圍堰使用時(shí)間約為100 d，中間經(jīng)歷了巖石爆破、海浪淘涮等外在因素的考驗(yàn)，證明圍堰止水效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

5.2.2 圍堰內(nèi)沉箱抽水起浮

沉箱掛鉤完成后，采用潛水泵抽水至內(nèi)部水深 2.5m 時(shí)，起重船緩慢起鉤。起鉤過程中確保副鋼絲繩底口始終緊貼銷子內(nèi)側(cè)，使各吊點(diǎn)受力均勻。起重船緩慢加力至 80 t時(shí)，如沉箱仍不能吊起，繼續(xù)抽水至殘積不能抽出為止。注意抽水過程中始終保持 80 t吊扶力，因沉箱自身是穩(wěn)定狀態(tài)。如至此狀態(tài)，沉箱仍不能吊起，說明沉箱底部存在真空，具體受力情況不易確定。因此采取夯錘錘擊沉箱四周以解決真空吸底問題，錘擊完成后在起重船 80 t吊扶力下沉箱順利起吊。為減少沉箱出運(yùn)通道的疏浚量，將起重船吊扶力加至 176 t，此時(shí)沉箱吃水 5.6m，沉箱順利吊出。

5.2.3 沉箱出運(yùn)、沒頂安裝

沉箱出運(yùn)圖見圖4。

圖4 沉箱出運(yùn)圖Fig.4 Caisson shipment

沉箱出運(yùn)通道寬度為 16m，兩側(cè)富裕寬度各3m，采用起重船絞動(dòng)自身錨纜進(jìn)行移動(dòng)。起重船前纜繩長(zhǎng) 300m，前錨繩長(zhǎng) 300m，后錨繩長(zhǎng) 500 m，而沉箱移動(dòng)距離約為 900m，因此在沉箱出運(yùn)過程中，需設(shè)置兩處臨時(shí)沉箱存放點(diǎn)，以滿足起重船在重新起錨、下錨過程中沉箱的臨時(shí)寄存。臨時(shí)存放點(diǎn)采用拋石結(jié)構(gòu)處理，起重船移動(dòng)至此位置后，將沉箱放下，輕微碰觸基床，然后將四口錨纜依次收起、拋下。

沉箱移動(dòng)至安裝位置后，指揮起重船緩慢卸力，待起重船吊扶力為 30 t時(shí)，停止卸力；利用潛水泵向沉箱內(nèi)注水，沉箱繼續(xù)下降，直至起重船吊力約為 170 t左右，重復(fù)卸力、注水。在沉箱距離拋石基床 50 cm 時(shí)，停止注水，保證起重船吊力約為 100 t，測(cè)量人員在操作平臺(tái)上使用 GPS進(jìn)行精確定位，定位完成后，緩慢下放吊鉤，使沉箱直接落于基床之上。

6 結(jié)語

本工程在機(jī)械設(shè)備不足、缺乏大型預(yù)制場(chǎng)地的情況下，通過施工方案的比選，綜合分析各施工方案的利弊，選用了圍堰內(nèi)預(yù)制、起重船吊扶的施工工藝。工程實(shí)踐證明，充分利用現(xiàn)有船機(jī)設(shè)備，大膽進(jìn)行方案嘗試，與傳統(tǒng)大型預(yù)制構(gòu)件出運(yùn)相比較，大大降低了工程成本，該出運(yùn)方式為以后類似施工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計(jì) 與施工規(guī)范[S]. JTS 167-2—2009，Design and construction code for gravity quay [S].

[2] 李福文.消浪孔沉箱的開孔封堵、溜放與安裝施工技術(shù)[J].水運(yùn)工程，2012（8）：191—194. LIFu-wen.Construction technique for perforation′s plugging and caisson′s launching and placing[J].Port&Waterway Engineering，2012（8）：191-194.

[3] 交通部第一航務(wù)工程局.港口工程施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1994. The FirstNavigational Engineering Bureau of the Ministry of Communications.Handbook for harbour engineering construction[M]. Beijing：ChinaCommunicationsPress，1994.

[4]JTJ283—1999，港口工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. JTJ 283—1999，Code for design of steel structures in port engineering[S].

Floating crane lifting caisson shipment process of 3×135 MW coal-fired power p lant project in Cambodia Sihanoukville Port

NIJing-jun1，CHENYun-tao2，ZHANGYu1，YANGSheng-yu1
（1.No.5Eng.Co.，Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineering Co.，Ltd.，Qinhuangdao，Hebei066002，China ； 2.CCCC
Tianjin PortEngineering Institute Co.，Ltd.，Key Laboratory of PortGeotechnical Engineering of the Ministry of
Communication，Key Laboratory of PortGeotechnicalEngineeringofTianjin，Tianjin 300222，China）

The prefabrication and shipmentof large caisson is difficultunder the condition of lacking for foreign equipment resources.Taking Cambodia coal-fired power plant project as examp le，this paper introduces the technologies of prefabricating caisson in the cofferdam and floating crane lifting caisson，overcomes the limitation of traditional shippingway， and realizes the possibility of caisson prefabrication and shipmentwithout precast yard and the special facilities for shipping.It introduces the calculating and key technique of construction of lifting point setting， sealing and submerging installation process over the floating crane lifting caisson operation.The successful practice of this project provides references for the prefabrication and shipmentof large caisson abroad.

floating crane lifting； caisson sealing； submerging installation

U655.54

B

1003-3688（2014）05-0048-05

10.7640/zggw js201405012

2013-12-17

2014-04-28

倪景軍 （1980 — ），男，河北省衡水市人，工程師，從事港口工程施工管理工作。E-mail：njj1980@126.com