氣囊助浮安裝預(yù)制箱涵技術(shù)與研究

李虎高+朱金民

摘 要：華潤(rùn)海豐電廠(chǎng)取水口引水箱涵因無(wú)法進(jìn)行全部干法施工，需要進(jìn)行部分箱涵先預(yù)制，后出運(yùn)安裝，而受箱涵安裝通道狹窄，通道水深較淺，起重船回旋區(qū)域狹小，吃水深度不夠等因素制約，無(wú)法利用起重船助浮安裝箱涵。而氣囊搬運(yùn)箱涵技術(shù)，幾乎不受場(chǎng)地限制，且重量輕，安裝和拆卸方便快捷，便于運(yùn)輸，成本低，可以減小吃水深度，故考慮采用氣囊助浮，出運(yùn)并進(jìn)行安裝。

關(guān)鍵詞：取水口 氣囊 助浮 箱涵 出運(yùn) 安裝

1.工程概況

廠(chǎng)址位于廣東省汕尾市海豐縣小漠鎮(zhèn)的東南部。取水口箱涵工程分現(xiàn)澆段和安裝段，安裝段箱涵長(zhǎng)度共計(jì)140m，由24節(jié)箱涵組成，包括6個(gè)沉箱式取水頭箱涵和18節(jié)進(jìn)水箱涵。取水頭箱涵單個(gè)重約900t，進(jìn)水箱涵包括15米進(jìn)水雙孔標(biāo)準(zhǔn)箱涵10個(gè)，單個(gè)自重約603t，截面尺寸9.5m*5.5m，三通式箱涵2個(gè)，自重約455t，接頭箱涵6個(gè)，自重約為180t和305t，本文以15米雙孔標(biāo)準(zhǔn)箱涵為例進(jìn)行闡述。

受現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件限制，原設(shè)計(jì)圖紙取水箱涵接泵房60m長(zhǎng)度范圍內(nèi)實(shí)行干法施工，需要開(kāi)挖基坑并在臨海側(cè)形成圍堰。待干法施工完成后，需將圍堰拆除，根據(jù)施工圖紙結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，安裝段開(kāi)挖范圍為60m×140m范圍內(nèi)進(jìn)行，開(kāi)挖采用抓斗式挖泥船配備兩艘1200m3開(kāi)底駁，基床底標(biāo)高開(kāi)挖至-8.0m左右，基床標(biāo)高-7.2m。

2.方案比選

2.1起重船助浮安裝

若采用起重船出運(yùn)安裝施工，需要起重船、半潛駁、拖輪、平板駁、吊機(jī)等設(shè)備，與此同時(shí)其他工序交叉施工，參與施工船機(jī)設(shè)備多，各船布纜易交叉，相互干擾大。且因箱涵噸位較大，需租賃大型起重船舶設(shè)備，增加工程成本。

取水口分#1、#2引水箱涵，引水箱涵在開(kāi)挖基坑的兩側(cè)，故起重船安裝時(shí)，吊車(chē)中線(xiàn)需與箱涵中線(xiàn)對(duì)齊，以500t起重船參數(shù)為例，吊重為500噸，主勾水上吊高為60m，舷外跨距為30m，主勾間距4m。船長(zhǎng)60.3m，型寬26m，型深5m，滿(mǎn)載船艏吃水1.8m，船艉吃水3.8m。而#1、#2箱涵內(nèi)側(cè)距離最小30m，箱涵寬9.5m，基坑總寬度60m，故箱涵外側(cè)至基坑邊線(xiàn)距離5.5m，箱涵安裝軸線(xiàn)距基坑邊線(xiàn)10.25m，起重船吊鉤中線(xiàn)距船邊線(xiàn)13m，故安裝寬度不夠。起重船回旋范圍不夠，此方案不可行。

2.2鋼浮筒助浮安裝

傳統(tǒng)的鋼浮筒助浮沉箱出運(yùn)方法的優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)硬、牢固，但質(zhì)量過(guò)大，且施工難度大，需要預(yù)設(shè)固定鐵件，增加進(jìn)排水系統(tǒng)、外部電源等要求，且難于水下拆除，比較費(fèi)工麻煩。

2.3氣囊助浮安裝

氣囊助浮出運(yùn)安裝技術(shù)是利用氣囊充氣產(chǎn)生浮力，產(chǎn)生與鋼浮筒等其他助浮用具相同的助浮效果，氣囊相對(duì)較輕，可用反鏟配合搬運(yùn)，而將沉箱助浮完成后，氣囊拆卸操作簡(jiǎn)單。氣囊通過(guò)閥門(mén)充放氣，無(wú)需外部電源，成本低廉，制作時(shí)間短且使用壽命長(zhǎng)。

綜上所述，針對(duì)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，氣囊助浮方案是優(yōu)先考慮方案。

3.工前準(zhǔn)備

3.1高壓氣囊的主要技術(shù)參數(shù)

本工程擬采用直徑D=1.5m及1.8m，長(zhǎng)度均為12m的兩種氣囊進(jìn)行沉箱助浮及安裝。

3.2下水平臺(tái)及地錨布置

雙孔箱涵預(yù)制平臺(tái)標(biāo)高-3m，同時(shí)作為出運(yùn)平臺(tái)。設(shè)計(jì)高潮水位+1.95m左右，設(shè)計(jì)低潮水位+0.22m左右，潮差為1.73m。后地錨布置于箱涵的預(yù)制平臺(tái)后方，平行于海岸線(xiàn)每隔30m；前移地錨布置于海上駁船上，具體位置根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

3.3定位器設(shè)置及測(cè)量放線(xiàn)

為便于箱涵在水下的定位，需加工制作定位器，以便精確安裝箱涵。定位器由型鋼制作而成，并在箱涵沒(méi)水前焊接、安裝完成。根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)及已經(jīng)安裝的沉箱布置情況，于岸邊布置測(cè)量控制點(diǎn)。

3.4預(yù)埋拉環(huán)

在箱涵兩側(cè)底部預(yù)埋掛氣囊的拉環(huán)，拉環(huán)間距1.3m，每側(cè)預(yù)埋11個(gè)，拉環(huán)預(yù)埋位置距箱涵底面0.5m。箱涵拖運(yùn)前，需要在箱涵頂板四個(gè)點(diǎn)預(yù)埋直徑80mm的圓鋼拉環(huán)，預(yù)埋的拉環(huán)同時(shí)作為箱涵間對(duì)拉設(shè)備的預(yù)埋件。

4.施工流程、施工步驟及施工方法

4.1雙孔箱涵氣囊助浮出運(yùn)安裝工藝

潛水員配合掛后鋼絲纜→駁船定位掛前牽引鋼絲纜→箱涵內(nèi)外氣囊安裝→氣囊就位后充氣→拉緊四角纜繩，等待高潮位→箱涵起浮，拖運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)→箱涵在纜繩控制下定位→氣囊放氣，箱涵下沉→解除鋼絲纜，安裝對(duì)拉牽引設(shè)備→對(duì)拉箱涵，回收氣囊。

4.2雙孔箱涵起浮安裝操作

（1）低潮位時(shí)，由潛水員將充半氣的氣囊依次拖運(yùn)到箱涵內(nèi)部，拖運(yùn)到位后，氣囊放氣，自然下沉，底層平行布置兩條直徑1.5m氣囊，中層平行布置兩條直徑1.8m氣囊，上層平行布置兩條直徑1.8m氣囊。

（2）內(nèi)部氣囊分三層布置完成后，開(kāi)始逐層充氣，充氣順序由上到下依次充氣。

（3）安裝兩側(cè)外掛氣囊時(shí)，潛水員預(yù)先將捆綁帶安裝在拉環(huán)上，然后將氣囊拖運(yùn)到捆綁帶上，每側(cè)各布置3條直徑1.5m氣囊。

（4）布置完外側(cè)氣囊后，氣囊開(kāi)始充氣，充氣時(shí)根據(jù)氣囊膨脹狀態(tài)隨時(shí)調(diào)整各氣囊氣壓，充氣完成后，綁帶自然鎖緊，氣囊固定牢固。

（5）在布置氣囊的同時(shí)，鋼絲纜也要同時(shí)安裝，箱涵后方左右兩側(cè)各布置一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，每臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲纜需要掛在箱涵頂板后方的預(yù)埋拉環(huán)上。駁船上船頭和船尾的卷?yè)P(yáng)機(jī)也分別引出鋼絲纜，掛在箱涵頂板前端的兩個(gè)預(yù)埋拉環(huán)上。

（6）鋼絲纜和氣囊安裝完成后，等待漲潮，當(dāng)潮位達(dá)到+1.5m標(biāo)高時(shí)，箱涵起浮，收緊前后纜。

（7）通過(guò)駁船的前纜牽引，陸地上的后纜松放，將起浮后的箱涵拖運(yùn)到預(yù)定海域。

（8）箱涵到達(dá)預(yù)定海域后，技術(shù)人員開(kāi)始指揮定位，同時(shí)將兩側(cè)外掛氣囊依次放氣，兩側(cè)氣囊同時(shí)放氣，以保證箱涵平衡，當(dāng)兩側(cè)氣囊放氣完成時(shí)，箱涵剛好開(kāi)始下沉。

（9）箱涵下沉到位后，潛水員將箱涵四角的鋼絲纜解除，然后安裝好對(duì)拉牽引設(shè)備。

（10）箱涵在對(duì)拉設(shè)備作用下，與前一段箱涵對(duì)接完成，經(jīng)岸邊測(cè)量員進(jìn)行校核，潛水員水下檢查安裝精度符合規(guī)范后，最后進(jìn)行氣囊回收。

4.3雙孔箱涵安全驗(yàn)算

（1）箱涵體積計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，箱涵體積為246.15m3。

（2）助浮氣囊充氣后箱涵起浮驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，箱涵被水淹沒(méi)4.5m時(shí)（潮位到達(dá)+1.5m）開(kāi)始起浮。水深達(dá)到4.5m時(shí)，淹沒(méi)箱涵體積162.45m3，淹沒(méi)直徑1.8m氣囊體積224m3，淹沒(méi)直徑1.5m氣囊體積225m3，合計(jì)：611.45m3，淹沒(méi)總體積可提供浮力為626.45t，氣囊自重合計(jì)為22t，箱涵自重為603t。

626.45-22=604.45t≈603t，因此箱涵在淹沒(méi)4.5m時(shí)可以自浮。

（3）箱涵下沉驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，箱涵兩側(cè)的6條氣囊放氣后，箱涵正好開(kāi)始下沉，當(dāng)需要重新起浮時(shí)，在兩側(cè)的氣囊稍微充氣即可。箱涵全部沒(méi)入水中，淹沒(méi)箱涵體積243.15m3，淹沒(méi)直徑1.8m氣囊體積262.4m3，淹沒(méi)直徑1.5m氣囊體積：90m3，合計(jì)：595.5m3。淹沒(méi)總體積可提供浮力為610t，氣囊自重合計(jì)為24t，箱涵自重為603t。箱涵需要重新起浮時(shí)，兩側(cè)氣囊需提供627-610=17t，即兩側(cè)氣囊各充三分之一條氣囊的氣，即可重新起浮。

4.4箱涵定位安裝

箱涵拖運(yùn)到預(yù)定海域后位置后，兩側(cè)氣囊逐條放氣，放氣時(shí)由下往上的順序放氣，氣囊放氣的同時(shí)，負(fù)責(zé)箱涵定位的潛水員站在箱涵頂，在陸地測(cè)量員的指揮下，指揮氣囊放氣和定位。

當(dāng)箱涵頂面與水面幾乎平行，箱涵軸線(xiàn)與安裝軸線(xiàn)幾乎重合（箱涵頂上兩根測(cè)桿同時(shí)處在安裝軸線(xiàn)上），同時(shí)箱涵距前一段箱涵1米左右位置，兩側(cè)氣囊同時(shí)放氣，箱涵緩緩下沉到底，如需要調(diào)整，可通過(guò)充放兩側(cè)氣囊實(shí)現(xiàn)重新起浮下沉，進(jìn)行調(diào)位，如安裝到位，可進(jìn)行兩側(cè)氣囊回收及箱涵頂鋼絲纜解除工作。

鋼絲纜解除后，再由潛水員安裝對(duì)拉牽引設(shè)備，安裝完成后，啟動(dòng)對(duì)拉設(shè)備，箱涵對(duì)接完成，即安裝完成，最后進(jìn)行剩余氣囊回收工作。

5.氣囊助浮工藝要求

（1）施工前對(duì)所有作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底。

（2）計(jì)算數(shù)據(jù)須經(jīng)兩人復(fù)核，并經(jīng)主管領(lǐng)導(dǎo)審查、批準(zhǔn)后方可實(shí)施。

（3）氣囊在使用前，要嚴(yán)格檢查各個(gè)部位及配件的質(zhì)量均完好，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即報(bào)告。

（4）拉帶要平整的捆綁在氣囊上，確保氣囊受力均勻。

（5）兩側(cè)氣囊應(yīng)同時(shí)均勻充氣。

（6）氣囊在使用過(guò)程中，應(yīng)防止被利器扎、割損傷、漏氣。

（7）拉環(huán)焊接必須符合質(zhì)量要求，外邊緣必須修整、磨邊。

6.工藝實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)采用氣囊助浮出運(yùn)安裝箱涵的新工藝，使得華潤(rùn)海豐電廠(chǎng)取水口箱涵出運(yùn)安裝工作得以順利完成，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，提高了安裝效率，有著廣泛推廣的實(shí)際意義，本項(xiàng)目對(duì)箱涵安裝區(qū)域狹小的項(xiàng)目有一定的借鑒意義，可應(yīng)用于氣囊助浮打撈工作，具有一定的社會(huì)效益。

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