暗涵出運安裝技術(shù)工藝研究與應(yīng)用

付海興 中交一航局第二工程有限公司

目前在水工工程領(lǐng)域，預(yù)制構(gòu)件相對于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)是一種很常用、很重要的施工內(nèi)容，但是大型構(gòu)件在預(yù)制場預(yù)制完成后如何出運安裝至施工指定區(qū)域是一項技術(shù)難度較大的施工內(nèi)容，良好的出運安裝方法在一定程度上直接影響施工成本。本文排水暗涵采用坡道下水、氣囊浮拖的工藝，經(jīng)過實踐的反復(fù)論證，出運工藝逐步趨于完善，研究出一種高效穩(wěn)定的出運工藝在水工工程領(lǐng)域?qū)?chuàng)造極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1.工程概況、自然條件及特點

1.1 工程概況

1.1.1 工程規(guī)模

中興電力蓬萊一期2×1000MW級高效超凈燃煤電廠示范工程是能源局燃煤電廠技術(shù)集成示范項目，電廠廠址位于蓬萊市北溝鎮(zhèn)欒家口村北。取排水工程位于蓬萊市北溝鎮(zhèn)煙臺港欒家口港區(qū)西側(cè)(電廠廠區(qū)北側(cè))海域。

1.1.2 結(jié)構(gòu)型式

排水暗涵分為陸域段及海域段，以海岸線作為分界。陸域段及部分海域段采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制部分為4 孔涵管，現(xiàn)澆部分為2孔與4 孔涵管，管涵總長約662m。施工采用大開挖干地施工，在海域內(nèi)設(shè)置臨時施工圍堰，施工期間采取降水措施，施工完成后拆除圍堰。其余海域段采用陸上預(yù)制，水下安裝的施工方案，總長約1643m，分段長度30m。海域段暗涵兩側(cè)回填石渣。

1.2 主要工程量

預(yù)制排水暗涵為4孔箱涵結(jié)構(gòu)，預(yù)制安裝總長約1426m，每節(jié)排水暗涵長30m，共需預(yù)制48節(jié)，計劃分兩槽預(yù)制完成。單件長度30m、寬度13.2m、高度3.4m，重約930t。

2.工藝的實施

2.1 工藝流程

預(yù)制臺座千斤頂頂升暗涵→穿入橫移氣囊→橫移至下水坡道→放置支墊方木→穿入縱移氣囊→海上拖運→靠泊定位方駁→氣囊排氣下沉→定位駁拖拽安裝。

2.2 主要施工方法

（1）助浮氣囊選定。本工程四孔暗涵截面積為44.88m，孔洞面積為2.95×2.8×2+2.9×2.8×2=32.76m。每段暗涵陸上重量約為930t，水中重量約為535t。本工程每個孔洞安裝1個直徑3.75m，長30m的氣囊（囊身25m），安裝填充氣囊后的暗涵水中重量為-361t（535-32×28=－361t），處于自浮狀態(tài)，暗涵出水高度為：361÷（13.2×30）=0.9m。

取水暗涵出運前，需在暗涵4孔涵洞內(nèi)分別塞緊4個直徑3750mm，長度為30m長的氣囊，氣囊充滿氣后擠壓變形，基本可以充滿整個空洞。

首節(jié)暗涵入水端采用封倉板封堵，在封倉板上設(shè)置充氣管道與氣囊相接的密封法蘭直徑200mm的閥門，出運前閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，將氣囊充氣口通過法蘭進(jìn)行連接固定，以防止管涵入水時氣囊受水壓力激增后出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象，氣囊松脫逸出管涵內(nèi)腔。氣囊打氣時，先從最底排依次向上排施工，打氣時對稱充氣，氣壓均勻控制在0.2～0.25MPa,使得所有氣囊受力均勻，并塞緊暗涵內(nèi)腔，使暗涵內(nèi)腔填充率達(dá)到預(yù)定值。

圖1 滑道出運示意圖

（2）暗涵滑道入水。①氣囊選用。選用直徑Ф1000mm超高壓氣囊，壁厚為10mm，出廠檢驗承壓能力為0.36MPa，許用壓力為0.30MPa，正常使用壓力為0.2-0.25MPa，安全閥限壓值取0.35MPa，氣囊正常工作高度H取30cm。

H為氣囊受壓后高度及工作高度，承載面寬度：

B=(πD-πH）/2=1.1m

每米氣囊承載能力＝200×1.1＝220KN，

暗涵垂直于岸線布置，長度30×13.2m，單個暗涵重量約930t，故縱向移動時氣囊的有效工作長度為13.2m，橫移時氣囊的有效工作長度30m。

故縱移時，每條氣囊承載能力＝220×13.2＝2904KN；

則每條暗涵下需布設(shè)氣囊=930×10/2904=3.2條，考慮一定的安全性，及接運氣囊的及時性，暗涵底部需要不小于5條氣囊，考慮氣囊在未充氣情況下，寬度為1.57m，因此穿氣囊時間距=（30-1.57×5）/4=5.54m

出運暗涵時氣囊間距=（30-1.1×5）/4=6.125m滿足穿氣囊的要求。

暗涵橫移時，氣囊有效工作長度30m，每條氣囊承載力=220×30=6600kN；

則每個暗涵下布設(shè)氣囊=930×10/6600=1.4條，考慮一定安全性，暗涵底部設(shè)置不少于2條氣囊。

橫移暗涵時氣囊間距=（13.2-1.1×2）/1=11m，滿足穿氣囊要求，為方便移運時接應(yīng)氣囊布設(shè)后盡快承力，氣囊布設(shè)按三等分原則布設(shè)，即第一條氣囊臨近暗涵邊緣時，接應(yīng)氣囊已進(jìn)入暗涵底邊，即氣囊間凈距按5.03m布置。

②滑道建設(shè)。按上面公式，滑道角度取1:19.3坡比（坡度3度）時，需要后拉牽引力為1005kN，故后方需要埋設(shè)200t地牛1個，配25t卷揚(yáng)機(jī)，4個滑輪組。為使暗涵順暢下滑、氣囊與暗涵底部充分接觸，坡道宜分四段坡度設(shè)置，在80m處設(shè)置下臥式卷揚(yáng)機(jī)。取水明渠岸邊就近空閑場地標(biāo)高約+4m，取水明渠炸礁開挖后的溝槽底標(biāo)高近護(hù)岸處為-6.04m，以取水明渠作暗涵水上拖運通道。經(jīng)計算，在不考慮幫浮氣囊的情況下，管涵浮運時干舷約0.9m，平潮吃水2.5m滑道端頭底標(biāo)高，故滑道端頭水深取-3m，高差7m，則滑道長度宜為159米。

滑道基礎(chǔ)充分利原地貌的巖石地基，頂面用碎石找平，在潮差段位置澆注15cm厚的C20混凝土墊層，防止受潮水及涌流影響破壞，長度60米，B至C段需預(yù)制安裝導(dǎo)向板，導(dǎo)向板寬度2.0m，厚度250mm，長度13.5m，需要安裝30塊，上面設(shè)吊鼻，用以提前固定滾運氣囊。其余通道采用小粒徑碎石鋪筑壓實處理。

③頂升運移。暗涵預(yù)制強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值后，安裝基床驗收合格即可出運暗涵。千斤頂頂升橫移到位后，連接滑道的臺座線上暗涵滾運前直接連接牽引纜繩到地錨卷揚(yáng)機(jī)，并在箱涵滾運方向上布設(shè)接運氣囊，氣囊布設(shè)間距5.54m。啟動卷揚(yáng)機(jī)拉動暗涵向前移運直到滑道端頭，轉(zhuǎn)換后拉地錨到55t地牛上，同時按前述在滑道上提前布設(shè)接運氣囊，潮差段以上部分人工配裝載機(jī)鋪設(shè)，潮差段B到C點處需在低潮是時段內(nèi)提前將接運氣囊固定在導(dǎo)向板，以便暗涵移動到此處時有氣囊接運。當(dāng)箱涵臨近-3m起浮水位時收緊前后錨纜，使管涵穩(wěn)定，然后再入水起浮，箱涵到取水明渠中位置調(diào)整到位后，前方采用1200hp錨艇將排水暗涵緩慢沿取水明渠中軸線水上拖運至安裝地點。

圖3 定位安裝

（3）暗涵浮運安裝。排水暗涵拖運至距安裝位置較近的平整地帶（潛水員提前探摸）大體就位后，對腔內(nèi)氣囊緩緩控制放氣，使暗涵緩緩下沉在基床上。暗涵下沉的水深介于-4m至-13m，由于本工程暗涵每節(jié)長30m、寬13.2m，工藝實施時計劃下潛的區(qū)域水深控制在-10m以上的區(qū)域進(jìn)行，考慮2m水位的情況下，保證暗涵自由下落過程中不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

另外，為了確保填充氣囊放氣后與暗涵間摩擦力變小，受到深水區(qū)水頭壓力的影響出現(xiàn)氣囊脫落現(xiàn)象。計劃將每個氣囊端頭通過鋼絲繩與暗涵外壁的吊環(huán)連接，暗涵著床后，潛水員下水將氣囊端頭的連接拆掉。

定位方駁就位，方駁橫跨暗涵，帶纜，由定位方駁調(diào)整暗涵使其精確就位。

方駁80長50.32m，型寬13.5m，空載吃水0.73m，滿載吃水2.3m，所需拖輪功率441KW。本工程暗涵長30m，寬13.2m，暗涵最小頂標(biāo)高為-0.65m，一般潮位情況下水深約1m，可以滿足方駁跨越要求。考慮到潮差段水深較淺，故方駁擬縱向跨越暗涵，見圖2-3。方駁上安裝4臺80kN卷揚(yáng)機(jī)，用作暗涵調(diào)整動力。安排潛水員水下接長16根直徑1.45m的氣囊充、排氣管，并在方駁上按安裝順序依次綁定排氣管，再由潛水員配合船上排氣調(diào)節(jié)施工人員將暗涵正好調(diào)節(jié)至臨界狀態(tài)。

圖2 暗涵水上拖運實景圖

方駁調(diào)整暗涵時，制作15m測量塔，采用自由行軟件進(jìn)行測量定位，監(jiān)測暗涵安裝軸線。

待暗涵調(diào)整基本就位后，卷揚(yáng)機(jī)起吊涵管，使涵管脫離基床約20cm左右，微調(diào)涵管的位置，利用預(yù)先安裝在既安涵管上的導(dǎo)向槽鋼將偏差控制在5cm以內(nèi)，然后用4個10噸的千斤頂將待安管與既安管拉合對接，見圖4。

圖4 暗涵水下精確定位圖

用拉合千斤頂拉合完成后，4個氣囊同步放氣，待溝道安裝完成后，對填充氣囊進(jìn)行真空吸氣，取出填充氣囊。依次將氣囊緩慢抽至暗涵外（為解決以往工程氣囊端頭拖拽易損壞問題，采用囊身滿布吊帶的方式），采用交通船傍拖至岸邊，由80t履帶吊吊至下節(jié)暗涵出運位置。進(jìn)行下一個溝道的安裝。

3.工藝實施效果

通過本工程暗涵出運的施工，我公司形成了一套較為成熟的大型預(yù)制構(gòu)件出運安裝的施工工藝，并取得了較好的施工效果,為以后類似的水下暗涵安裝施工提供借鑒。