受限航道中大型沉箱水上運輸方法研究

王甫學(xué)，趙 波

（長江重慶航道工程局，重慶 404000）

引言

沉箱結(jié)構(gòu)具有水下工程量小、施工速度快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，常用于碼頭、橋梁基礎(chǔ)等工程建設(shè)[1-3]。受施工條件和存放場地的限制，大多采用在預(yù)制廠制造沉箱，再通過水上運輸至現(xiàn)場進行安裝[4-6]。

沉箱預(yù)制安裝方案采用工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，有利于沉箱質(zhì)量、安全、成本控制，且能夠有效避免季風(fēng)、臺風(fēng)、洋流等不利因素的影響，被廣泛應(yīng)用于沿海的碼頭工程、填島工程、棧橋工程、護岸等工程中[7-8]。

沉箱預(yù)制完成后，需要經(jīng)過幾十到上百海里的海上運輸才能到達(dá)施工現(xiàn)場。因此，航道條件是影響沉箱運輸?shù)囊粋€重要因素，會制約沉箱的安裝進度與工期，進而影響工程成本和工程效益。當(dāng)沉箱數(shù)量較多、工期較長時，負(fù)效應(yīng)就會非常明顯，因此選擇安全、經(jīng)濟、合理的出運安裝方式顯得尤為重要。

本文依托?？谌缫鈲u西標(biāo)段項目，給出了受限航道中沉箱出運安裝方案的擬定和比選過程，希望為類似項目的開發(fā)提供參考。

1 工程概況

海口如意島填島工程位于?？谑袞|部鋪前灣，南渡河口東北側(cè)，距海岸線約4.4 km，是中國第一大人工填海造島工程。西標(biāo)段工程項目長11 148 m，其中直立護岸9 413.2 m，砂灘掩護段護岸1 734.8 m，包括地基處理、護岸、船閘、水閘等項目，工期為25 個月。直立式岸壁全部為鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱預(yù)制量大，各種型號沉箱共計581 個，具體如表1 所示。其中超過1 000 t沉箱 308 個，最小沉箱重 433 t，最大沉箱重1 719 t。

工程施工區(qū)域所在海域為南渡江出?？跂|北側(cè)白砂淺灘，施工現(xiàn)場位于自然條件惡劣的開闊水域，水、風(fēng)和波浪對水的建設(shè)影響很大。

預(yù)制場位于南渡江口入?？诟浇嗳缫鈲u項目約4.4 m，距江東大道1 120 m。受入?？跀r門沙影響，入海口航道深度和寬度受到嚴(yán)重的限制，航道開挖最大深度3.5 m，最小寬度80 m，潮位0.4～2.1 m，且回淤情況比較嚴(yán)重。正常水深保證率3 m。沉箱預(yù)制場生產(chǎn)能力1.5 個/天。由于沉箱的數(shù)量多、工期長，選擇能夠連續(xù)安裝的水上運輸方案是必要的。

2 工程難點

本工程沉箱水上運輸?shù)碾y點在于港池出口攔門沙航道的水深較淺，低潮3.5 m，高潮5 m。1 800 t 以上浮吊和重載3 000～5 000 t 駁船吃水深度為4～4.5 m，在高潮位時才能夠進出航道，船舶進出時間保證率在30 %，錯過高潮時間段浮吊和駁船只能選擇候潮進出港。如果加大航道水深至4 m，航道的單次清淤量達(dá)100 萬立方米，且航道的淤積加速需要常年派船維護，費用較高，同時會對兩岸的護坡造成嚴(yán)重影響。

在海況良好時，平均每天需要安裝2 個沉箱。如何利用現(xiàn)有航道完成沉箱水上運輸，實現(xiàn)沉箱的生產(chǎn)速度和安裝速度相匹配，滿足工程進度的需要，且同時滿足經(jīng)濟合理、降低成本的要求，是施工方案必須解決的重要問題。

3 沉箱水上運輸方案

沉箱陸上運輸采用氣囊法運送至碼頭，再經(jīng)水上運輸至現(xiàn)場安裝。氣囊法對地基承載力要求低，適用于預(yù)制場地小、連續(xù)預(yù)制出運較多沉箱的情況。

目前國內(nèi)外沉箱的水上運輸方案有浮運拖帶、拖輪拖帶半潛駁運輸、駁船配合浮吊船運輸和浮吊吊運等。

浮運方式安全風(fēng)險高、運輸緩慢，一般僅用于風(fēng)浪小、距離短的工程，不適用于本工程。

拖輪拖帶半潛駁運輸方式的成本較低，但其對航道水深要求高。當(dāng)施工區(qū)域水深不夠時還要設(shè)置專門的下潛區(qū)，給安裝帶來了諸多不便，且其出運的步驟較多，導(dǎo)致出運時間偏長。此外，其出運時需要浮吊助浮，會增加海上掛鉤的安全風(fēng)險。

駁船配合浮吊船出運方式速度快，但其需要配合的駁船費用高，其出運周期遠(yuǎn)快于沉箱制作，會使設(shè)備閑置而造成浪費。

浮吊吊運方式因運輸過程易晃動而造成設(shè)備側(cè)向受力，所以必須加大浮吊起重量，這將使成本增加。這種方式在吊運過程中易受風(fēng)浪影響造成沉箱與浮吊間相互擺動，增大安全風(fēng)險，所以一般僅用于風(fēng)浪小的短距運輸。

本工程受到入海口航道段和港池的水深及航道寬度的影響，無法采用半潛駁、浮船塢的方法進行運輸。上述幾種常規(guī)方式均無法滿足如意島項目的需要。所以需要探索其他方案進行沉箱水上運輸。

3.1 可選方案

目前國內(nèi)能夠完成1 726 t 沉箱起吊安裝的浮吊有自航式和非自航式兩種可供選擇。能夠滿足運輸沉箱的3 000t 至5 000 t 的駁船較多，可以根據(jù)需要進行選擇。

綜合分析現(xiàn)場情況和設(shè)備情況初步制定兩種方案。

1）方案1

采用1 800 t 以上自航浮吊在預(yù)制場碼頭裝駁船完成后，浮吊行駛到安裝位置拋錨定位，重新掛鉤起吊，入水安裝沉箱。

2）方案2

采用1 800 t 以上非自航浮吊在預(yù)制場廠碼頭起吊沉箱后后退一定距離后沉箱下落入水 2～3 m，增加浮力，減少起重量，降低浮吊吃水，增加航道通行保證率。

3.2 方案對比

1）方案的技術(shù)經(jīng)濟對比

方案1 和方案2 的技術(shù)經(jīng)濟比較如表1。

表1 方案優(yōu)缺點對比

2）方案的安全性分析

普通航道中沉箱的吊裝和運輸方法均是成熟的工藝，已經(jīng)在很多工程應(yīng)用，本工程主要考慮受限航道的浮吊安全性。

方案1：1 800 t 自航浮吊在本受限航道中航行主要考慮水深要求，在潮位達(dá)到1.8 m 時可以順利通行。

方案2：1 800 t 非自航浮吊在拖輪的拖帶下進出航道，考慮到潮流、風(fēng)力等不利影響，選用2 600 匹馬力拖輪進行拖航。經(jīng)過咨詢，有豐富經(jīng)驗的船長可以在該受限航道中安全拖行。

3）工期比較

本工程沉箱數(shù)量581 個，其中308 個1 000 t以上的沉箱采用1 800 t 浮吊安裝，需要的浮吊船較大、吃水較深，受航道通航條件影響。1 000 t以下沉箱采用小型浮吊安裝，基本不受航道通航條件影響，在此不討論其工期。

預(yù)制場的最大日生產(chǎn)能力為1 個/日，年生產(chǎn)250 個（因受冬季風(fēng)無法安裝，存放場地有限，生產(chǎn)能力降低）。受冬季風(fēng)、臺風(fēng)等不良天氣影響，年可安裝天數(shù)約為220 天。合同工期為2016年4 月1 日至2017 年8 月30 日，經(jīng)計算安裝有效天數(shù)約為320 天。沉箱安裝平均每天不到1 個，方案1 和方案2 均可滿足工期要求。然而在經(jīng)過充分的技術(shù)、經(jīng)濟、工期、安全論證比較后，本工程選用了方案2。

3.3 施工流程

1）準(zhǔn)備工作

沉箱出運、安裝準(zhǔn)備工作主要包括：在運輸沉箱之前進行檢查，清潔沉箱的底部，清潔出站道路，綁扎鋼絲繩，頂升安全氣囊的布置以及安全氣囊的選擇，沉箱的浮動穩(wěn)定性計算等。裝運前預(yù)制沉箱混凝土的強度不得低于設(shè)計強度，且成品應(yīng)合格。在起重機吊裝過程中，請密切注意施工現(xiàn)場的風(fēng)浪和現(xiàn)場其他船舶的運動，確保出運安全。

2）沉箱陸上搬運

準(zhǔn)備工作完成后即進行沉箱頂升、抽取底座支承工字鋼及搬運操作，將沉箱運送至碼頭前沿。

3）沉箱下水

下放沉箱的過程：起重船移動并錨定錨點→起重船開始將船穩(wěn)步地移動到提升區(qū)域的位置→放下吊鉤以制成高強度桿軸在吊具接近沉箱的高度下→調(diào)整起重機船身使桿軸和沉箱提升孔準(zhǔn)確對準(zhǔn)，對準(zhǔn)后放下吊鉤，使高強度連桿軸完全穿過沉箱→用安全銷鎖定在吊具下的高強度桿軸→逐漸提升起重機的主鉤，當(dāng)主鉤承受額定載荷的1/5～1/4（約74-93 t）時停止上升，檢查吊索、吊具和高強度拉桿的連接狀態(tài)→如果沒有異常，則主鉤繼續(xù)上升，直到沉箱處于完全懸掛狀態(tài)→起重船開始平穩(wěn)地向后移動→放置沉箱到水中。

4）沉箱水上運輸

由起重船吊運沉箱通過深度受限的航道，依靠浮力和吊力克服沉箱的重力，拖至安裝水域后，沉箱水牽引如圖1 所示。

圖1 沉箱水上牽引示意圖

圖2 沉箱出運吊裝示意圖

4 結(jié)語

普通航道中沉箱的吊裝和運輸方法均是相對成熟的施工工藝，可依據(jù)客觀條件選擇滿足工期要求、經(jīng)濟效益最好的施工方法。對于像本項目這類航道條件受限的水域，沉箱運輸方法需要經(jīng)過多方論證，選擇技術(shù)最合理、最經(jīng)濟的運輸方案。

本文首先介紹了如意島項目概況，然后介紹了目前常用的沉箱水上運輸方法及各自的適用范圍，經(jīng)過比選確定了浮、吊結(jié)合運輸方案。此方案實施效果良好，其安全性、工期均滿足了施工要求，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟效果，實現(xiàn)了工程的各項目標(biāo)。希望本文成果能為中大型沉箱在受限航道運輸安裝中提供借鑒。