大型混凝土預(yù)制箱涵海上浮運(yùn)拖帶及半潛卸船的操作

顧建華

摘要：本文介紹了香港口岸人工島施工項(xiàng)目中關(guān)鍵的作業(yè)和施工項(xiàng)目，即大型混凝土預(yù)制箱涵海上浮運(yùn)拖帶及半潛卸船，內(nèi)容包含箱涵裝船，鋼浮箱安裝，半潛駁船海上和狹水道拖航運(yùn)輸，半潛駁船下潛作業(yè)，以及箱涵卸船作業(yè)，并特別介紹了箱涵海上浮運(yùn)和拖帶方式，提出了海上浮運(yùn)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：箱涵 浮運(yùn)拖帶 半潛卸船

0引言

香港人工島D區(qū)位于人工島西南角，是香港機(jī)場聯(lián)通的通道，寬約150米，布置有五道箱涵用于過水。箱涵結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土，浮運(yùn)時(shí)全封閉水密。自重最大約5 800噸左右，在廣東新會(huì)預(yù)制廠預(yù)制，通過半潛船運(yùn)到香港之后半潛船下潛將箱涵浮起后卸船，然后水上浮運(yùn)拖帶至指定位置，就位后，灌水，沉底安裝。

1半潛船出運(yùn)

1.1箱涵裝船

在預(yù)制廠通過氣囊滾裝將箱涵裝運(yùn)上“三航工5”半潛船，每個(gè)航次裝載兩件，往返于新會(huì)和香港之間。

1.2聯(lián)絡(luò)安排

兩港安排人員，保持與代理、船檢及香港調(diào)度聯(lián)系，確保箱涵能及時(shí)出運(yùn)。

1.3半潛船從新會(huì)預(yù)制廠至香港拖航運(yùn)輸

（1）外海拖航

一艘具備國際航行資質(zhì)的5 000匹馬力全回轉(zhuǎn)大馬力主拖船，海上主拖鋼纜放長400米。

（2）高欄港進(jìn)出、崖門水道航行及虎跳門水道

拖航由1艘主拖船再配置至少1艘3 200HP全回轉(zhuǎn)拖船輔助、護(hù)航，引航員視當(dāng)時(shí)氣象及通航環(huán)境可能會(huì)增加1艘拖船，狹水道主拖鋼纜放長100～150米。

（3）預(yù)制廠靠泊作業(yè)

兩艘全回轉(zhuǎn)輔助拖輪和一艘1 000匹馬力錨艇。

“三航工5”到達(dá)碼頭前沿水域，先將船首鏈條錨拋下，以便于船舶掉頭及絞錨離泊；之后松錨鏈，同時(shí)拖輪協(xié)助“三航工5”掉頭并使艉部逐漸向碼頭靠攏；錨艇負(fù)責(zé)拋下“三航工5”艏部兩只開錨，并將“三航工5”艉部兩根鋼纜送上碼頭套上系纜樁。“三航工5”調(diào)整各錨及鋼絲繩，使尾部靠緊碼頭。

（4）香港港界至下潛錨地

半潛駁至香港港界后，由至少2艘香港全回轉(zhuǎn)拖船將其拖至下潛位置。行程約9海里，2.5～3小時(shí)。

（5）半潛駁空載回航（同上反向）。

（6）從新會(huì)預(yù)制廠至香港整個(gè)航段航程約100海里，拖航時(shí)長約需20～24小時(shí)；滿載出新會(huì)及空載回新會(huì)預(yù)制廠，航經(jīng)高欄港、崖門水道及虎跳門，這些港內(nèi)航段全程約23海里，航時(shí)約5～6小時(shí)。

2 半潛駁下潛作業(yè)

2.1 下潛坑布置

（1）捆綁鋼浮箱的箱涵上浮所需水深計(jì)算

箱涵浮運(yùn)吃水約5.6米，墊木厚度0.35米，“三航工5”型深7米，考慮0.5米富裕水深，則下潛后箱涵上浮所需水深為13.45米。

（2）未捆綁鋼浮箱的箱涵上浮、橫移所需水深計(jì)算

38.82米普通箱涵及C1-4/C1-5圓弧段箱涵未增加鋼浮箱時(shí)，吃水約6.0米（考慮四角隔倉有0.1米殘余水），墊木厚度0.35米，工5型深7米，考慮0.5米富裕水深，則下潛后箱涵上浮所需水深為13.85米。

（3）下潛坑選址

根據(jù)最新掃海結(jié)果，將在下圖示區(qū)域進(jìn)行半潛駁下潛作業(yè)，該區(qū)域海床面標(biāo)高約為-13.0～-14.2 米。

捆綁鋼浮箱的箱涵，需+0.45米以上潮位上浮。未捆綁鋼浮箱的箱涵，需+0.85米以上潮位上浮、橫移。

2.2 下潛前準(zhǔn)備

2.2.1 掃海

首節(jié)箱涵安裝前，安排測量船配置多波束測深儀對下潛坑區(qū)域及浮運(yùn)路線上掃海，繪制精確的等深線圖。

2.2.2 下潛、浮運(yùn)安裝時(shí)段選擇

收集歷年潮位、氣象資料，結(jié)合箱涵吃水，下潛坑、浮運(yùn)路線上水深，找出滿足下潛、浮運(yùn)水深要求的潮位時(shí)間段，以選擇下潛、浮運(yùn)、安裝作業(yè)時(shí)間。

2.2.3 下潛、浮運(yùn)、基槽口換纜作業(yè)時(shí)間分析

（1）下潛作業(yè)時(shí)間分析：“三航工5”半潛駁運(yùn)輸箱涵時(shí)吃水約4～5米（裝載情況不同）左右，下潛約10米，需注水18 000立方左右，每小時(shí)注水量7 500立方左右，約2～3小時(shí)可下潛至要求深度，則半潛駁下潛、箱涵出塢作業(yè)預(yù)計(jì)耗時(shí)5小時(shí)。

（2）海上浮運(yùn)：下潛坑至基槽口約4.2公里，拖輪保持1.5節(jié)航速，約2小時(shí)浮運(yùn)至基槽口?；劭隈g船協(xié)助定位及換纜作業(yè)：預(yù)計(jì)2～3小時(shí)。

（3）機(jī)場碼頭高速客輪在7：30開始運(yùn)行，箱涵能在此之前海上拖帶浮運(yùn)通過。

故箱涵下潛、出駁宜選擇在0：00～1：00時(shí)開始作業(yè)，箱涵在6：00左右出駁進(jìn)行海上拖帶浮運(yùn)，7：00左右通過機(jī)場碼頭海域。

2.3鋼浮箱安裝

（1）因混凝土箱涵自重大，剩余浮力較小，水上浮運(yùn)吃水不能滿足航道水深要求，故需要額外增加空艙以提供較大浮力，減小吃水。最后決定采取在水泥箱涵左右兩邊牢固的捆綁若干個(gè)自制的鋼浮箱體。

（2）鋼浮箱連接方式——箱涵鋼浮箱夾綁在箱涵側(cè)面，如圖2-5示：

2.4 下潛工藝

2.4.1 卸船前

為防止同時(shí)起浮后移位，對第二件箱涵進(jìn)行配重壓載，以確保半潛駁下潛時(shí)該箱涵穩(wěn)定。單節(jié)箱涵配8只30噸預(yù)制塊，壓載240噸重；四角隔倉注水1米高，約200立方，采用4臺(tái)50立方/小時(shí)潛水泵注水，1小時(shí)可完成，約可增加215噸重量；共計(jì)可增加50厘米防上浮吃水深度，加上未配鋼浮箱時(shí)有50厘米防上浮吃水深度，加載在半潛駁下潛時(shí)同步進(jìn)行，因箱涵浮力增加可抵消壓載重量，不會(huì)對半潛駁造成過載。如此，在半潛駁下潛、前節(jié)箱涵上浮時(shí)，基本能保持后節(jié)箱涵穩(wěn)定，但需注意注水壓載同時(shí)，半潛駁亦需調(diào)整壓載水以適應(yīng)載重變化。

2.4.2 半潛駁注水下沉endprint

“三航工5”潛駁設(shè)壓載泵4臺(tái)，每臺(tái)泵流量為1 900立方/小時(shí)，揚(yáng)程：13米。四臺(tái)壓載泵可以在同一工況同時(shí)工作，即同時(shí)注入或同時(shí)排出?！叭焦?”四臺(tái)壓載泵總量7 600立方/小時(shí)，在下潛時(shí)需動(dòng)力注水約18 000立方，下潛時(shí)間約需3個(gè)小時(shí)，起升時(shí)需動(dòng)力卸載約13 000立方，起升時(shí)間約需2小時(shí)。

2.4.3 箱涵上浮

半潛駁下潛前，先由起吊船“起7”、起吊船“起16”錨機(jī)上的φ38毫米錨車鋼絲繩連接的φ28毫米小鋼絲繩與箱涵頂部4個(gè)吊環(huán)用卸扣相連、輕微拉緊，箱涵上浮過程中，始終拉穩(wěn)箱涵，確保其穩(wěn)定。

2.4.4 箱涵出駁

起吊船“起16”布置在半潛駁北側(cè)，起吊船“起7”布置在半潛船南側(cè)。兩艘起重船上卷揚(yáng)機(jī)協(xié)同拉穩(wěn)箱涵，將箱涵從半潛駁中間空當(dāng)處緩緩?fù)蟼?cè)拖出，并順靠上起吊船“起7”。穩(wěn)妥后視時(shí)間需要再交由兩艘3 200HP拖輪拖帶箱涵，進(jìn)行海上浮運(yùn)。

2.4.5 墊木防上浮措施

為防止箱涵起浮時(shí)半潛駁甲板上的墊木上浮，箱涵上駁前設(shè)置墊木時(shí)將每只墊木用扒釘釘牢，扒釘與細(xì)鋼絲繩相連，鋼絲繩再與浮船塢甲板相連即可。

2.4.6 后節(jié)箱涵配重塊卸除

后節(jié)箱涵上浮、橫移需要+0.85米以上水位方能浮起。在前節(jié)箱涵出駁后，半潛駁上浮2米，再進(jìn)行后節(jié)箱涵隔倉抽水、配重塊吊除。同時(shí)后節(jié)箱涵由起吊船“起7”和起吊船“起16”及半潛駁上卷揚(yáng)機(jī)拉穩(wěn)。

2.4.7 后節(jié)箱涵上浮、橫移

待后節(jié)箱涵壓載卸除后，半潛駁即可根據(jù)潮位，選擇+0.85米以上持續(xù)潮位時(shí)間較長時(shí)，進(jìn)行二次下潛及橫移。

后節(jié)箱涵橫移時(shí)，通過GPS做好測量定位，以確保箱涵位置與半潛駁甲板上墊木位置吻合。橫移到位后，起吊船“起7”、起吊船“起16”拉穩(wěn)箱涵，半潛駁再次緩緩上浮，使箱涵落在半潛駁甲板墊木上。

2.4.8 后節(jié)箱涵出駁與前節(jié)箱涵工藝相同。

2.5“三航工5”下潛及箱涵卸船作業(yè)

（1）起吊船“起16”提前在下潛點(diǎn)北側(cè)30米處順東西方向拋錨就位，起吊船“起7”提前在下潛點(diǎn)南側(cè)至少100米處拋錨就位，或在“三航工5”到達(dá)之后，在“三航工5”南側(cè)就近拋開錨。

（2）三艘船全部按東西順?biāo)鞣较蚓臀缓螅鸬醮捌?6”、起吊船“起7”靠近“三航工5”，開始安裝鋼浮箱、輪胎靠把及其他設(shè)備。

（3）起吊船“起16”和起吊船“起7”側(cè)面鋼纜帶上箱涵兩側(cè)，收緊，候潮。

（4）開始下潛，直至第一個(gè)箱涵浮起，另一箱涵注水、加配重塊。

（5）起吊船“起7”開始絞纜，同時(shí)起吊船“起16”同步松鋼纜，將箱涵緩慢的靠上起吊船“起7”，收緊起吊船“起16”解纜，起吊船“起7”開始絞錨，帶著箱涵往南逐漸遠(yuǎn)離“三航工5”。

（6）留出有足夠水域后，兩艘拖輪擇時(shí)帶拖纜，起吊船“起7”解纜，進(jìn)行水上拖運(yùn)。

（7）之后，為穩(wěn)定第二件箱涵，“三航工5”可適當(dāng)起浮一點(diǎn)，或不需要，視情況而定。

（8）第二件出塢時(shí)間合適后，起重船繼續(xù)配合“三航工5”，同時(shí)箱涵排水，起吊船“起7”協(xié)助去除配重塊

（9）同樣，兩艘起重船按上次帶纜要求，等第二件箱涵浮出后，絞錨移船，帶動(dòng)箱涵將其移出塔樓，往“三航工5”艏部方向拖動(dòng)，“三航工5”前部絞車也可以帶上鋼纜一起牽引，以期放在合適位置。

（10）重復(fù)前個(gè)箱涵的準(zhǔn)備工作，及出塢。

2.6注意事項(xiàng)

（1）如此作業(yè)方式的優(yōu)點(diǎn)是，箱涵出半潛船比較穩(wěn)，受水流影響也很小，只要潮位滿足“三航工5”下潛水深了即可作業(yè)，甚至可以提前一天或一個(gè)潮水預(yù)先完成，對箱涵的系解纜距離大幅縮短，方便安全；且第二個(gè)箱涵移位也更穩(wěn)當(dāng)，亦不受水流、時(shí)間的限制。

（2）為便于系解纜，起重船絞車鋼纜需連接約30米長、φ28毫米的小鋼纜。

（3）為避免香港作業(yè)現(xiàn)場對箱涵做水上調(diào)頭，包括保證輪胎靠把安裝方向的一致，避免重復(fù)或過多增加香港沉放現(xiàn)場作業(yè)流程，新會(huì)箱涵落駁時(shí)，除安排好箱涵后裝先卸的秩序外，還應(yīng)規(guī)定好箱涵落駁方向。

（4）考慮到“三航工5”被拖帶時(shí)的方向及進(jìn)入下潛點(diǎn)的航線航向，預(yù)先將箱涵先進(jìn)入槽內(nèi)端統(tǒng)一稱為前部，并在新會(huì)場內(nèi)預(yù)先做好標(biāo)記，如油漆或插旗。

（5）將要靠泊起吊船“起7”側(cè)的鋼浮箱外側(cè)必須安裝緩沖防撞輪胎，保護(hù)箱涵。

（6）做好出半潛船前的鋼浮箱安裝、設(shè)備調(diào)試、箱涵上浮、注水、壓配重及帶纜。

3 箱涵海上浮運(yùn)

3.1 海上浮運(yùn)外部條件

3.1.1 風(fēng)浪、水流條件

為確保箱涵海上浮運(yùn)穩(wěn)定，應(yīng)選擇在浪高≤1.5米、流速≤1米時(shí)進(jìn)行。

3.3.2 浮運(yùn)水深條件

因浮運(yùn)路線上海床面標(biāo)高為-5.1米～-13.0米，浮運(yùn)路線上大部分區(qū)域無須趁潮。

但A區(qū)、D區(qū)局部存在-5.1米淺點(diǎn)，箱涵浮運(yùn)吃水5.6米，考慮0.5米富裕水深，需利用+1.0米以上潮位浮運(yùn)通過淺點(diǎn)。D區(qū)箱涵基槽口附近，最淺處為-5.0mPD，考慮0.5米富裕水深，則需利用+1.0米以上潮位，在此完成換纜作業(yè)。故應(yīng)提前根據(jù)潮位制定浮運(yùn)時(shí)間，確保箱涵浮運(yùn)通過淺點(diǎn)、至基槽口換纜時(shí)，潮位符合要求。

3.3.3 機(jī)場客運(yùn)碼頭、貨運(yùn)碼頭影響

（1）機(jī)場客運(yùn)碼頭影響解決辦法

為不影響機(jī)場客運(yùn)碼頭航道，在A區(qū)西側(cè)海域浮運(yùn)時(shí)，箱涵靠原A區(qū)西側(cè)帷幕內(nèi)側(cè)運(yùn)進(jìn)（A區(qū)西側(cè)帷幕建議內(nèi)移，否則浮運(yùn)安全寬度不夠），根據(jù)海事通告的工地范圍界限，使用浮標(biāo)劃分正常船只航區(qū)及施工區(qū)。

箱涵浮運(yùn)前，需提前做好與機(jī)場客運(yùn)碼頭的溝通工作，盡量選擇無游輪通過時(shí)間將箱涵浮運(yùn)通過，以防船行波造成箱涵浮運(yùn)的不穩(wěn)定。endprint

（2）機(jī)場貨運(yùn)碼頭影響及解決辦法

在安裝C1＼C2段箱涵時(shí)，基槽口換纜作業(yè)會(huì)占用貨運(yùn)碼頭海域，影響其運(yùn)行。箱涵進(jìn)入基槽口前，提前2天通知機(jī)場碼頭管理局。

3.2海上浮運(yùn)時(shí)間安排

C1-C4段箱涵海上浮運(yùn)距離4.2公里（約2.3海里），拖輪航速不超過3.0節(jié)，考慮系纜、避讓船只等因素影響，海上浮運(yùn)由下潛點(diǎn)到基槽口約需1～1.5小時(shí)。故宜選擇漲潮時(shí)，在漲潮至+1.0米之前提前1小時(shí)開始海上浮運(yùn)，在+1.0米以上潮位通過A區(qū)南、D區(qū)局部-5.0米淺點(diǎn)區(qū)，利用+1.0米以上潮位在D區(qū)基槽口完成換纜作業(yè)。

3.3箱涵海上浮運(yùn)、拖帶方式

按最大的箱涵：長38.84米，寬22.7米，吃水5.5米（然后再加上鋼浮箱后），靜水中拖航阻力如下：

2m/s—（約3.9節(jié)）航速 拖航阻力：36噸

1.5m/s—（約3.0節(jié)）航速 拖航阻力：20.2噸

1m/s—（約2.0節(jié)）航速 拖航阻力：9噸

0.5m/—（約1.0節(jié)）航速 拖航阻力：2.0噸

注意：拖航時(shí)須考慮流向、流速，控制矢向合力（水流阻力，風(fēng)阻力忽略）不超過20噸（約3.0節(jié)航速范圍內(nèi)），隨時(shí)調(diào)整到計(jì)劃拖航速度，并全程關(guān)注箱涵頂部拉環(huán)受力情況，防止對其造成損壞。

2艘3 200HP拖輪拖帶箱涵由下潛坑浮運(yùn)至D區(qū)基槽北側(cè)，航行拖運(yùn)速度保持在3.0節(jié)以下。

拖帶采用（由拖輪出尼龍主拖纜及龍須纜，便于系解纜）φ38毫米鋼絲繩、φ80毫米尼龍繩，通過40噸卸扣與箱涵頂部吊環(huán)連接。

3.4海上浮運(yùn)注意事項(xiàng)

（1）每次作業(yè)，須至少提前一天（兩天）告知機(jī)場客運(yùn)和貨運(yùn)碼頭，避免相互影響。

（2）因作業(yè)的特殊性以及箱涵規(guī)格的不同，加上氣候環(huán)境的差異化，每次作業(yè)須提前開工前交底會(huì)，針對不同環(huán)境和要求，適當(dāng)完善、補(bǔ)充和改良施工作業(yè)方式、方法，不斷提高作業(yè)過程的可靠性和安全性。

（3）現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)相對固定，避免人員調(diào)換，包括拖航的外租拖輪船長亦應(yīng)固定，保持所有人員的作業(yè)熟練，提高功效及安全性。

（4）船隊(duì)在拖航過程中，項(xiàng)目部相關(guān)人員應(yīng)保持在前后兩艘拖輪上指揮航行，包括拖輪之間、及拖輪與箱涵之間的航行應(yīng)急處理。

（5）航經(jīng)島西北側(cè)與客運(yùn)航道大角度轉(zhuǎn)彎處，提醒拖輪船長及進(jìn)出航道的客、貨船，協(xié)調(diào)安全避讓，同時(shí)應(yīng)提請快船減速，避免箱涵頂部上浪，造成其上人員傷害及損壞機(jī)電設(shè)備。

（6）圍繞整個(gè)流程制定出詳細(xì)可行的人員組織架構(gòu)。

（7）必須落實(shí)從箱涵落駁后出運(yùn)直至箱涵進(jìn)入安裝點(diǎn)沉放，要有專人負(fù)責(zé)，包括各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)人、指揮人員、協(xié)助人員及作業(yè)人員。

（8）各環(huán)節(jié)各分項(xiàng)的分工：①新會(huì)與香港海上往返拖航作業(yè)。②“三航工5”下潛前箱涵上的準(zhǔn)備工作，包括鋼浮箱安裝、防撞墊安裝、注水、排水、配重塊安放等。③“三航工5”下潛、箱涵出塢、水上浮運(yùn)、槽口靠泊、就位。④設(shè)備、設(shè)備調(diào)試、船機(jī)保障。⑤現(xiàn)場每個(gè)分項(xiàng)的安全監(jiān)督。⑥制定《年度防臺(tái)應(yīng)急預(yù)案》以確保臺(tái)風(fēng)季節(jié)的防臺(tái)保障。

（9）商務(wù)及兩港資源保障。航次主拖拖輪、新會(huì)進(jìn)出港護(hù)航拖輪、香港箱涵浮運(yùn)時(shí)租拖輪、兩港代理等，各方面做好商務(wù)溝通、每次提前做好對外船機(jī)租用和協(xié)調(diào)，以確保船舶能夠每次及時(shí)到位，保障各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)作順暢、不脫節(jié)。

4結(jié)束語

混凝土預(yù)制件單件重量大，易受損，無法吊裝卸，需要用氣囊搬運(yùn)及水上助浮的特殊方式進(jìn)行。半潛船在海上定位下潛過程中，船及箱涵都會(huì)同時(shí)在受到風(fēng)、流和波浪共同作用的影響下產(chǎn)生起伏、漂移，如操作不當(dāng)勢必會(huì)造成兩個(gè)箱涵間及與半潛船平衡塔體三者之間相互碰撞，而混凝土結(jié)構(gòu)相對比較脆，很容易損壞。所以，半潛船的下潛深度、速度要嚴(yán)格控制，四個(gè)海上定位錨須機(jī)動(dòng)，隨時(shí)作出松緊調(diào)整，而箱涵亦需要提前帶纜穩(wěn)定且能隨時(shí)調(diào)整纜繩，這樣才能確保相互間的位置保持不變，避免碰撞損壞；同樣，因施工區(qū)浮運(yùn)拖帶水域狹小、并有兩次大角度（大于90度）的轉(zhuǎn)向，且受其他船舶航行作業(yè)干擾大等因素影響大，并且在浮運(yùn)拖帶過程中的拖纜系解纜作業(yè)及航行期間也要求做好防止箱涵與拖輪間接觸靠碰。因此，在整個(gè)裝、卸和水上浮運(yùn)拖帶之前預(yù)先對所有人員進(jìn)行工前安全教育及作業(yè)交底。作業(yè)期間，每次工作界面的銜接、交接及過程中每個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)都必須做到謹(jǐn)慎、小心，每道工序都必須要有統(tǒng)一的指揮協(xié)調(diào)。endprint