超大型沉管出塢施工及控制方法

寧進(jìn)進(jìn)，丁宇誠

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

某大橋島隧工程的沉管是目前世界上體量、重量最大的混凝土構(gòu)件。外海沉管浮運對出塢有嚴(yán)格的潮水、流速和時間限制[1]，必須在3 h內(nèi)完成。沉管預(yù)制場深塢區(qū)和塢口較狹窄，塢口區(qū)域水流情況復(fù)雜，超大型沉管出塢極具挑戰(zhàn)性[2]。

在充分考慮塢口水文氣象條件和塢口地理條件的情況下，選擇低流速的小潮汛進(jìn)行出塢作業(yè)，合理利用沉放駁的25 t、65 t絞車、塢頂?shù)?5 t絞車和快速脫鉤器，并研究開發(fā)了出塢定位系統(tǒng)比較沉管和塢門軸線位置偏差，解決了快速出塢、快速帶纜、解纜的超大型沉管出塢的難題。

1 工程概況

某大橋島隧工程沉管隧道穿越珠江口廣州、深圳西部港區(qū)出海主航道，沉管段長5 664 m，共有沉管33個。沉管截面采用兩孔一管廊形式，標(biāo)準(zhǔn)沉管長180 m，寬37.95 m，單根重78 000 t。

沉管出塢作業(yè)是沉管安裝的首道工序。由于塢口和預(yù)制場限制，出塢時沉放駁兩側(cè)與塢口的富裕寬度僅2 m，沉管兩側(cè)與塢口的富余寬度13.5 m。沉管姿態(tài)控制難度大，出塢用纜繩最大直徑55 mm，取纜送纜難度大，并且換纜步驟多，操作難度大。沉管出塢主要利用沉放駁上的絞車及岸上的絞車完成，船上絞車和岸上絞車指揮需要雙方協(xié)調(diào)配合，協(xié)同性要求高。

2 出塢設(shè)備

為保證沉管出塢過程中不碰撞塢門，結(jié)合塢口的水流情況，在2艘沉放駁設(shè)置了8臺25 t絞車（P1耀P8）和2臺65 t（H1、H2）見圖1，在深塢區(qū)內(nèi)側(cè)設(shè)置了2臺25 t絞車（1號耀2號），在出塢塢頂設(shè)置了4臺25 t絞車（3號耀6號），在出塢編隊區(qū)預(yù)拋8 t大抓力錨連接沉放駁的2個65 t絞車（H1、H2）。利用16臺絞車提供沉管出塢的動力并控制沉管的姿態(tài)和速度[3]。

圖1 絞車布置圖Fig.1 Windlasslayout

沉放駁的P、H纜和陸上絞車上都可以顯示纜力值。絞車采用應(yīng)變銷軸式取力傳感器監(jiān)測鋼絲繩拉力，鋼絲繩受力時傳感器產(chǎn)生4耀20 mA電流信號，通過對電流信號換算得出鋼絲繩的受力。

在塢內(nèi)和塢外安裝系船柱和導(dǎo)纜器共10個（H-1耀H-10），其中深塢區(qū)2個，塢頂塢外各4個。

為了提高送纜速度和減少人工作業(yè)，在塢外和沉放駁上安裝6臺5 t絞車負(fù)責(zé)引纜，收纜速度最快可以達(dá)到20 m/min，控制單根送纜時間在15~30 min。為了提高解纜速度和保證安全，絞車與系船柱之間通過35 t快速脫鉤器連接。

3 定位系統(tǒng)

出塢定位系統(tǒng)利用1組雙天線信標(biāo)機(jī)作為沉管定位設(shè)備，主界面實時顯示沉管信息，指揮室通過有線傳輸視頻信號實現(xiàn)軟件顯示。主要硬件配置包括信標(biāo)機(jī)、無線電臺、無線AP、電腦等。

實時、同步采集GPS的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算各特征點的空間關(guān)系，顯示沉管在深塢及出塢編隊區(qū)的地理位置，實時顯示實測的流速、流向及海水密度。用戶可以使用不同顏色標(biāo)示沉管出塢航道的控制邊線、中心線，準(zhǔn)確顯示沉管位置和與塢門、邊坡的距離，并設(shè)置5 m一條橫向間隔線以判斷沉管出塢的實際位置，所有數(shù)據(jù)實時記錄，也可回放，便于事后觀摩研究。

4 出塢流程

沉管出塢作業(yè)前，沉管和沉放駁通過加水調(diào)整到水平位置，利用沉放駁的鋼支墩與沉管壓接，鋼支墩的壓力約為200 t，并用尼龍纜將沉管和沉放駁連接，形成半剛性連接。

出塢過程分為5個步驟。

1）系泊纜解纜。沉管通過安裝船的8臺25 t絞車與岸上的系船柱或?qū)Ю|器相連，沉管艏艉鋼絲繩的連接方式為八字纜，沉管中間纜繩為交叉纜，8根纜形成深塢內(nèi)系泊纜系，可以保證沉管前后左右移動和下沉上浮，見圖2。當(dāng)沉管在深塢區(qū)絞移時逐步解掉8根系泊纜。

圖2 深塢系泊圖Fig.2 Mooring in deep dock

2）深塢區(qū)帶纜。深塢區(qū)帶8根纜。艉端為2根收尾纜，主要控制沉管艉端姿態(tài)和控制出塢速度，為交叉纜。艏端6根纜，主要提供沉管前進(jìn)動力和控制艏端姿態(tài)，中間為交叉纜，外面為“八字”纜，見圖3。

圖3 深塢區(qū)出塢纜系圖Fig.3 Mooring at dock outing in deep dock

3）艏端沉放駁塢門內(nèi)纜系帶纜（艏端沉放駁已大部分絞出塢門）。為了克服塢口往復(fù)流的作用，沉管艏端帶纜6根，中間為交叉纜，外面為八字纜。為了避免沉管碰撞塢門沉管中部帶纜4根，均為交叉纜，主要控制沉管左右位置，見圖4。艉端的2根交叉纜不變。

4）艉端沉放駁塢門內(nèi)纜系帶纜（艉端沉放駁已大部分絞出塢門）。沉放駁上的8根纜繩全部帶上，主要作用是控制艏艉端沉管的位置，艏端沉放駁的4根纜繩還起到抗流作用，艏端交叉纜提供動力，見圖5。艉端新增加2根收尾纜，等到原來的2根收尾纜角度不好或者磨塢門時改用新加的2根收尾纜。

圖4 艏端沉放駁塢門內(nèi)出塢纜系圖Fig.4 Mooring at dock outing in barge gate of bow

圖5 艉端沉放駁塢門內(nèi)出塢纜系圖Fig.4 Mooring at dock outing in barge gate of stem

5）正式出塢和浮運編隊。為了保證在限制的潮位和流速要求的3 h內(nèi)完成出塢和浮運編隊作用，正式出塢期間只解纜不帶纜。到塢口寬闊水域后，解纜和拖輪帶纜相配合保證沉管姿態(tài)和安全。

5 結(jié)語

除沉放駁上的25 t、65 t絞車和沉管的系船柱外，為沉管出塢安裝系船柱和導(dǎo)纜器共3個，其余設(shè)備全部共用塢門和沉管橫移的絞車及系船柱，大大降低出塢成本。借助快速脫鉤器和5 t絞車，沉管出塢時間由計劃的50 h降低到15 h，正式出塢時間由預(yù)計的3 h縮短到2~2.5 h，起重人員也由計劃的50人降低到25人，并最大程度保證作業(yè)人員的安全。出塢定位系統(tǒng)的使用，自動化程度高，出塢指揮人員在指揮室完成出塢工作指揮，準(zhǔn)確度高，視野開闊，操作方便簡單。

經(jīng)過E1—E7沉管現(xiàn)場出塢驗證，該施工控制方法效率高，安全性高，節(jié)省成本，可以為以后的相關(guān)項目提供參考。

[1]朱升.沉管隧道管段浮運和沉放過程中流場和阻力特性的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.ZHU Sheng.Flow field and resistance property of the pipe section of tubetunnel in theprocessof tuggingand immersing[D].Beijing：Beijing Jiaotong University，2009.

[2] 周敬梓.浮筒助浮沉箱出塢施工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（15）：76.ZHOU Jing-zi.Dock outing construction technique by buoy help[J].China New Technologiesand Products，2011（15）：76.

[3] 黃榮深，楊家團(tuán).大型沉箱出塢浮游拖運安裝工藝[J].華南港工，2005（1）：19-23.HUANG Rong-shen，YANG Jia-tuan.Undocking，floating trans原portation and installation large caisson[J].South China Harbour Engineering，2005（1）：19-23.