大型起重船（1500t）吊運(yùn)沉箱安裝施工技術(shù)

林振輝 中交三航局廈門分公司

1.工程概況

廈門對(duì)臺(tái)漁業(yè)基地歐厝避風(fēng)港B段一期工程為新建2個(gè)DT 5000t冷藏船泊位，采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱共計(jì)28件，尺寸為長(zhǎng)13.65m，寬11.80m，高度11.40m，橫向有2個(gè)、縱向有3個(gè)倉(cāng)格，單件重將近850t。

2.總體方案比選

起重船在海洋工程建設(shè)中發(fā)揮出重要作用，在其支持下可完成海上裝卸、結(jié)構(gòu)物建造等相關(guān)工作。不同于常規(guī)船的是，起重船在線型主尺度以及樁排方式上都有其特殊之處：（1）起重船船形普遍選擇的是箱形的方式，其設(shè)置的大面積甲板能夠?yàn)槠鹬貦C(jī)安裝作業(yè)創(chuàng)造良好條件；（2）甲板上安裝起重機(jī)，此設(shè)備中心相對(duì)較高，與基線高吃水之比約1.5，相比之下常規(guī)船約為1；（3）從船舶寬度與吃水之比的角度來(lái)看，相比于常規(guī)船的2～3而言，其已經(jīng)達(dá)到了6～14。

2.1 方案介紹

目前針對(duì)沉箱的出運(yùn)、安裝主要設(shè)計(jì)了以下兩種方法。

（1）半潛駁出運(yùn)、安裝。該方法是在沉箱預(yù)制完成并質(zhì)量滿足施工需求后，在氣囊作用下利用碼頭和半潛駁上的牽引裝置將沉箱牽引至半潛駁甲板上，然后通過半潛駁將其運(yùn)送至任務(wù)地點(diǎn)，但是該方法需要在200t起重船配合下進(jìn)行安裝。

（2）大型起重船直接起吊、安裝。由于本工程位于三航翔安預(yù)制廠北圍堤的延長(zhǎng)線上，因此在沉箱預(yù)制完成后在氣囊和卷?yè)P(yáng)機(jī)的作用下將其移送至三航翔安預(yù)制廠北圍堤上，通過大型起重船及配套的吊具將沉箱吊起，并通過起重船的錨纜運(yùn)送至指定位置進(jìn)行安裝作業(yè)。

2.2 方案比選分析

若采用方案一，為實(shí)現(xiàn)半潛駁下潛的作業(yè)，擬選取中交三航局廈門分公司預(yù)制廠搬遷工程港池為半潛駁下潛坑（港池底標(biāo)高-13.5m），再通過200t起重船組以及1艘大馬力拖輪相配合將沉箱浮吊至指定的安裝區(qū)。按照設(shè)計(jì)要求，進(jìn)入安裝區(qū)的航道至少寬60m，航道底標(biāo)高需疏浚至-5.00m才能滿足沉箱吃水要求。首先科學(xué)測(cè)量施工設(shè)計(jì)進(jìn)出航道的現(xiàn)有泥面水深，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有深度不足以使沉箱順利浮運(yùn)，因此需要將航道進(jìn)一步疏浚約為15×104m3，若疏浚單價(jià)按15.0元/m3計(jì)算，則疏浚作業(yè)大約需花費(fèi)225萬(wàn)；另外，還需要配備1艘錨艇（20萬(wàn)/月）、1艘半潛駁（80萬(wàn)/月）、1艘200t起重船（50萬(wàn)/月）、1艘拖輪（70萬(wàn)/月），沉箱的安裝大約要經(jīng)過3個(gè)月的工期，在船機(jī)不計(jì)算油水的前提下計(jì)算安裝費(fèi)用約為885萬(wàn)。

若采用方案二，不使用擬設(shè)置的施工航道，擬通過1500t起重船，利用碼頭的有利位置，將沉箱逐漸移送到北圍堤上，同時(shí)利用起重船對(duì)其進(jìn)行起吊安裝。該方案只需要疏浚不滿足1500t自航起重船在趁潮安裝時(shí)的淺點(diǎn)，疏浚方量約為4.4×104m3，預(yù)計(jì)花費(fèi)66萬(wàn)元，另外，還需要配備1艘1500t自起重船、1艘錨艇（20萬(wàn)/月），沉箱安裝的工期可以減少一半，僅需1.5個(gè)月，在船機(jī)不計(jì)算油水的前提下計(jì)算安裝費(fèi)用約為418.5萬(wàn)元。

對(duì)比以上兩種不同的施工方案，方案二在具體施工時(shí)可以有效的避免與當(dāng)?shù)貪O民養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行重合，同時(shí)還大大縮短了起重船的起吊運(yùn)輸距離，有效的規(guī)避了施工風(fēng)險(xiǎn)，提升了沉箱安裝的施工效率，工期從方案一的3個(gè)月縮減為1.5個(gè)月，且施工造價(jià)也節(jié)約了近一半。因此選取方案二進(jìn)行沉箱的施工。

3.工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 吊孔、吊架設(shè)計(jì)

根據(jù)沉箱的尺寸及格倉(cāng)設(shè)置6個(gè)吊孔，采用強(qiáng)度高韌性好的無(wú)縫鋼管（外徑351mm，壁厚30mm），6個(gè)吊孔處于同一標(biāo)高以確保沉箱起吊時(shí)受力均勻。

吊架由四根直徑800mm，壁厚12mm，最小屈服點(diǎn)強(qiáng)度為345MPa，許用應(yīng)力≥230MPa的鋼管焊接而成，呈長(zhǎng)方形，其結(jié)構(gòu)尺寸與沉箱的外形尺寸相適應(yīng)，為9475mm×8300mm。

3.2 吊架上鋼絲繩計(jì)算

吊架上鋼絲繩采用六根鋼絲繩進(jìn)行吊裝，鋼絲繩與豎直力方向有一個(gè)夾角，取其最不利角度45°進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算過程與吊架下吊鋼絲繩相同。

本項(xiàng)目最后選擇巨力索具股份有限公司生產(chǎn)的柔軟性好、強(qiáng)度高的無(wú)接頭繩圈鋼絲繩，該種鋼絲繩特別適用于空間有限或特大型吊裝工程，上部吊架采用6根φ140mm，下部采用12根φ90mm的無(wú)接頭繩圈鋼絲繩。

3.3 起吊插銷

插銷采用長(zhǎng)度650mm 的國(guó)標(biāo)鋼材質(zhì)制作而成，插銷有2個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)承受的剪力設(shè)計(jì)值為1360.5kN，插銷的容許剪力（安全荷載）按下式（1）計(jì)算：

式（1）中，[τ]—插銷的容許剪應(yīng)力，MPPa，一般取不大于110MPa；As—插銷的截面積，mm2，As按下式（2）計(jì)算：

式（2）中，D0—插銷的直徑，mm。

綜上所述，可求得D0=125.5mm，因此插銷直徑選用250mm為宜。

4.安裝工藝及控制要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→起重船移至起吊區(qū)→起重船掛鉤→起吊→起重船移船至候潮區(qū)→沉箱安裝→脫鉤

4.2 主要施工工藝

4.2.1 起重船掛鉤

起重船下鉤，掛鉤先從一邊往另外一邊下鉤，在吊鉤下降時(shí)由人工將分支鋼絲繩掛在沉箱吊孔的插銷上，待潮位滿足起重船吊運(yùn)吃水深度要求后，由指揮人員指揮起重船掛鉤緩緩起吊，吊力控制在850t左右。

4.2.2 起吊

當(dāng)潮水達(dá)到起吊要求后，逐步加大起重噸位，同時(shí)緩慢的收回起重船扒桿，主要是促使起重船的起吊中心往船的中心點(diǎn)靠攏，確保船舶的安全穩(wěn)定。

4.2.3 沉箱安裝

因下水位置距安裝位置較近，起重船采用錨纜移位至安裝區(qū)域進(jìn)行初定位，待潮水退至沉箱設(shè)計(jì)頂標(biāo)高便可進(jìn)行安裝。起重船緩慢放鉤將沉箱沉放下水，海水通過沉箱底部進(jìn)水孔灌入沉箱，沉箱開始均勻壓水下沉，起重船的負(fù)荷逐步降低到100t左右，當(dāng)沉箱底部距離拋石基床頂面約300mm時(shí)，起重船停止下放吊鉤，測(cè)量人員開始對(duì)沉箱進(jìn)行精確定位。在進(jìn)行定位時(shí)，測(cè)量人員通過全站儀確定沉箱的軸線。為準(zhǔn)確控制沉箱的吃水深度，在完成了沉箱預(yù)制后，測(cè)量人員需要在沉箱前后側(cè)標(biāo)注水尺，有利于準(zhǔn)確孔沉箱的坐標(biāo)。同時(shí)根據(jù)起重船利用自身產(chǎn)生的位移以及船上的調(diào)節(jié)鋼纜，在現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的監(jiān)測(cè)指揮下將沉箱運(yùn)送至設(shè)計(jì)位置，并且各沉箱之間相互緊鄰，盡可能的減少安裝縫。由于在拋石基床頂面預(yù)留了1%的倒坡，但是沉箱的底面是水平的，這就要求在起重船吊起時(shí)將沉箱前壁水平位置向前移動(dòng)114mm，才能確保其傾斜坐底時(shí)位置符合設(shè)計(jì)要求。另外為了達(dá)到沉箱傾斜量的要求，當(dāng)沉箱位置滿足標(biāo)準(zhǔn)后仍需繼續(xù)放下起重船吊鉤，確保其平穩(wěn)置于基床上。當(dāng)沉箱坐底后，如果技術(shù)人員經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)其位置與設(shè)計(jì)存在較大偏差時(shí)，應(yīng)當(dāng)將起重船再次起鉤吊起沉箱，進(jìn)行重新安裝，直到其位置符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。沉箱安裝位置滿足設(shè)計(jì)要求后，將起重船的吊索進(jìn)行脫鉤，然后進(jìn)行下一輪的沉箱安裝程序。沉箱安裝到具體位置后，技術(shù)人員需要在沉箱上設(shè)立適當(dāng)?shù)挠^測(cè)點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)沉箱的位移變化。

4.2.4 脫鉤

沉箱安裝就位進(jìn)行脫鉤作業(yè)，考慮到吊孔位于最低水面下且插銷重量達(dá)到700多斤，為避免潛水作業(yè)人員水下作業(yè)和降低施工難度，在插銷一側(cè)焊接滑輪組配合人工進(jìn)行脫鉤作業(yè)。

5.結(jié)束語(yǔ)

廈門對(duì)臺(tái)漁業(yè)基地歐厝避風(fēng)港沉箱安裝采用大型起重船直接起吊安裝工藝，大幅度節(jié)約了工程成本，緩解了企業(yè)的船機(jī)調(diào)配壓力，滿足工程施工進(jìn)度的要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。