◎ 于洋 中交一航局第二工程有限公司
本工程位于海陽核電廠南側(cè)取水明渠新建第2道攔污網(wǎng)的墩臺,為獨立墩式沉箱結(jié)構(gòu),明渠入口方向有一道已投入使用的攔污網(wǎng),進出施工通道為此攔污網(wǎng)東北段支墩間。沉箱共4個,外形尺寸均為8m×7m×9.1m,最大設(shè)計單重約649t,自身浮游穩(wěn)定吃水8.6m,因施工通道僅為12m,水深約-6m,無法滿足正常的沉箱浮游穩(wěn)定出運要求。
由于防護滸苔期限,預留給沉箱安裝的工期僅有10天,對沉箱出運安裝工藝的合理性與時效性提出了更大的挑戰(zhàn)。
方案一:采用起重船從預制場吊裝沉箱至運輸駁,海上運輸至施工現(xiàn)場后由起重船直接現(xiàn)場吊裝。
無法實施原因:12m寬的施工通道不能滿足起重船、沉箱運輸駁通過,且因電廠運營期間攔污網(wǎng)無法拆除,故無法實施。
方案二:起重船從預制場直接吊裝至運輸駁運輸至施工現(xiàn)場,起重船在明渠攔污網(wǎng)外側(cè)將沉箱吊過攔污網(wǎng)后,由拖輪拖航至現(xiàn)場安裝。
無法實施的原因:在滿足沉箱安裝后具備接高條件的最低潮位施工條件的前提下,變更施工工藝后沉箱越過攔污網(wǎng)后,仍然受水深條件影響無法正常浮運。
方案三:采用起重船站在明渠攔污網(wǎng)外側(cè)將沉箱全部吊過攔污網(wǎng)后暫存,待大汛潮時起浮由拖輪拖航至現(xiàn)場安裝。
無法實施的原因:一是工期不允許;二是攔污網(wǎng)內(nèi)明渠底部地勢不平整,且存在很多孤立礁盤,不具備沉箱存放的條件,且施工期明渠內(nèi)不允許拋填施工以免懸浮泥沙對電廠運營造成影響。
方案四:吊裝加浮箱助浮安裝:700t起重船將4個沉箱吊裝上3400t自航式甲板運輸駁,載運沉箱至明渠現(xiàn)有攔污網(wǎng)外側(cè),起重船將沉箱吊運至現(xiàn)有攔污網(wǎng)處進行吊越,吊越攔污網(wǎng)后,采用浮箱助浮沉箱達到浮游穩(wěn)定、沉箱吃水、干舷等要求。此方案既能保證沉箱浮游穩(wěn)定出運的安全性,又有足夠的適潮作業(yè)時間確保各道工序的完成。
2.2.1 浮箱設(shè)計加工
根據(jù)驗算,每個沉箱需在四壁各外掛一個浮箱實現(xiàn)助浮后的浮游穩(wěn)定,浮箱尺寸為7m×2m×2.5m,采用6mm鋼板作為外板。
據(jù)計算每個浮箱可供25t助浮力,4個浮箱提供100t助浮力。
2.2.2 浮箱安裝
沉箱在下水助浮前,通過頂部預埋的φ25(HPB235級)圓鋼吊環(huán)對浮箱進行外掛;浮箱在助浮沉箱時,通過底板預埋的φ40(HPB235級)圓鋼吊環(huán)對沉箱施加助浮力。
浮箱頂部采用2點吊方式掛至沉箱外墻,浮箱底部采用3點吊對沉箱施加助浮力。
2.2.3 沉箱吊裝插銷及吊裝架設(shè)計及計算
(1)吊裝架。
①吊裝架主體為φ219×10無縫鋼管,吊軸采用φ426×16鋼管內(nèi)澆筑C30混凝土。采用4點吊,上、下吊索通過吊裝架四角的吊索槽進行沉箱吊裝。
②吊架桿系計算。
桿系軸力計算:吊架承受水平力N=3928÷18000×2016=439.936kN。
截面強度計算:豎向桿長度L=6.6m;壓桿選用直徑φ=219mm;截面積A=6566mm2;根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準(附條文說明[另冊])》(GB 50017-2017):
截面強度滿足設(shè)計要求。
③軸心受壓穩(wěn)定性計算。
受壓鋼管i=74m m;桿件長細比λ=L/i=89.19;b類截面穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.621;根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準(附條文說明[另冊])》:
軸心受壓穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求。
(2)吊索。吊索分為上吊索及下吊索。
上吊索用以起重船主鉤掛至吊裝架,采用6×37+Fc-1770-φ64,最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環(huán)狀,共計4根,每根長度為75m,單根吊索采用四股吊裝。
下吊索用以吊裝架掛至沉箱,采用6×37+Fc-1770-φ64,最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環(huán)狀,共計4根,每根長度為18.5m,單根吊索采用四股吊裝,兩端分別掛至吊裝架吊索槽與沉箱吊軸。
(3)吊具。吊具采用材質(zhì)為45號鋼φ280圓鋼作為主軸加工而成,插入吊孔后,通過2cm厚鋼板擋圈與φ18圓鋼插銷固定。
(4)沉箱預留吊孔。采用預埋Q235φ325×16熱鍍鋅無縫鋼管作為預留吊孔,吊孔位于8m長外墻上。
2.2.4 沉箱吊運上船
各項準備工作完成并檢查無誤后開始沉箱吊運。根據(jù)預制場前沿水域測量,滿足起重船60°仰角時的舷外跨距26m,最大吃水3.5m的要求,趕1m以上高潮位將4個沉箱吊裝至3000t自航甲板運輸駁上,運輸至現(xiàn)場。
2.2.5 起重船吊浮、浮箱助浮沉箱至浮游穩(wěn)定
起重船吊運沉箱跨過攔污網(wǎng)后超過4m距離,墊鉤至沉箱入水至水面沒過閥門孔0.5m,開始向倉格內(nèi)注水。注水時起重船吊高保持不變,注水結(jié)束后關(guān)閉閥門,起重船緩慢墊鉤,至沉箱在浮箱助浮下自由穩(wěn)定漂浮,起重船解鉤。
2.2.6 拖輪帶纜拖運沉箱靠定位駁
沉箱浮游穩(wěn)定性后,浮運工藝為傳統(tǒng)工藝。
2.2.7 浮箱拆除
沉箱安裝合格前,封堵對拉鋼板、木楔子與操作蓋板均不拆除,倉格內(nèi)壓水至操作蓋板底面即可。沉箱安裝驗收合格后,于落潮至浮箱外露水面超過0.3m時,人員上浮箱拆除封固槽鋼和手拉葫蘆,開啟浮箱進水口注水,至浮箱內(nèi)外水持平。
潛水員水下拆除浮箱下拉索及吊具。定位駁上履帶吊與浮箱掛鉤帶吊索具,潛水員水下打開排水口。履帶吊緩慢起鉤,浮箱內(nèi)的壓艙水隨著浮箱提升排除,上吊索松動后拆除浮箱上吊索。履帶吊司機通過吊力數(shù)據(jù)觀測,確保浮箱提升與箱內(nèi)水的排放同步,直至浮箱吊出水面時,箱內(nèi)水同步排凈方可繼續(xù)起鉤。
本工程沉箱采用起重船吊浮及浮箱助浮相輔相成的施工工藝,解決了現(xiàn)場通道狹窄、水深不足、沉箱達不到自由浮游穩(wěn)定狀態(tài)且不具備直接由起重船助浮進行吊裝的施工難題。
在施工過程中各項實際參數(shù)與理論數(shù)值基本相同,誤差較小,采用多種助浮方式結(jié)合的出運工藝安全可靠,克服了各種不具備正常沉箱出運的困難,順利按工期完成施工。
本工程沉箱出運施工中,受施工條件所限,結(jié)合使用了沉箱出運中的多種出運技術(shù),主要包括沉箱吊裝,起重助浮、浮箱助浮、拖航定位安裝等沉箱施工技術(shù),成功解決了因現(xiàn)場限制的一系列施工難題,同時縮短了工期,保證了施工進度,在當?shù)睾^(qū)滸苔大量繁殖污染前完成了第2道攔污網(wǎng)防線,為該核電廠的安全運行提高了保障。
由于本工程受眾多條件所限,須采用多種船機以及出運工藝方能解決施工難題,無法進行直接的效益評估,但在構(gòu)件無法采用傳統(tǒng)的助浮方式進行出運安裝的情況下,采用起重助浮+浮箱助浮相比較單一的起重助浮能夠克服眾多受限條件,且給起重船釋放了更多的進行下一沉箱吊越攔污網(wǎng)的流水作業(yè)時間,整體工效提升,施工效果顯著。
該種工藝方法對類似工程具有較高的推廣應(yīng)用價值,當單一出運方式受環(huán)境條件限制無法實施的情況下,合理的結(jié)合各種工藝以滿足施工需要,為海上構(gòu)件的出運施工提供了一種成功的創(chuàng)新思路與方法,是對傳統(tǒng)工藝施工技術(shù)的一項突破,這對提高海上構(gòu)件出運水平具有重要意義,它的社會效益和經(jīng)濟效益是巨大的。
實踐證明:本工程利用起重船助浮方式解決攔污網(wǎng)外的運輸,采用浮箱助浮使得沉箱達到穩(wěn)定浮游的方式進行攔污網(wǎng)內(nèi)的拖運,從而實現(xiàn)了沉箱快速、安全、高效的浮運安裝施工。