外海深水鋼絲石籠高效、高精度安裝研究與應(yīng)用

袁明明 曾建青 廣東海工建設(shè)工程有限公司

蘇千立 廣州粵科工程技術(shù)有限公司

1.工程概況

國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸二線管道共 1 條干線和 8 條支線，其中香港支線位于珠江口海域深圳市西岸，起于西氣東輸二線香港支線大鏟島分輸站，海底敷設(shè)經(jīng)大鏟水道，過礬石淺灘并直跨銅鼓航道，經(jīng)深圳灣口登陸香港龍鼓灘輸氣站。在2018 年對(duì)香港支線大陸段海管的狀態(tài)檢測(cè)中，檢測(cè)單位發(fā)現(xiàn)管道西側(cè)分布有不少采砂活動(dòng)區(qū)，采砂區(qū)距離管道最近處約300m，調(diào)查也顯示采砂坑邊界北部向管道方向有不同程度移動(dòng)，為了阻止砂坑邊坡繼續(xù)向管道側(cè)移動(dòng)，2020年10月22日，國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司決定對(duì)北側(cè)邊坡展開試驗(yàn)段整治方案。北部試驗(yàn)段整治長(zhǎng)度700.0，整治寬度190.0m，整治面積13.30萬m。整治方案先對(duì)現(xiàn)狀邊坡和低洼處進(jìn)行削坡與回填處理，處理好的邊坡上先鋪設(shè)一層土工墊，土工墊施工完畢后再在其上安放一層鋼絲石籠，石籠規(guī)格大小為2m＊1.8m＊0.5m。本工程施工區(qū)域水深在10～25m之間。

2.鋼絲石籠安裝施工方方案

鋼絲石籠是一種成本低、護(hù)坡效率高水下邊坡整治技術(shù)。本次北側(cè)邊坡試驗(yàn)段鋼絲石籠安裝個(gè)數(shù)為45305個(gè)，每個(gè)石籠3.2t。本工程屬于應(yīng)急搶險(xiǎn)工程，施工工期緊迫，根據(jù)總體施工進(jìn)度計(jì)劃，鋼絲石籠安裝工期為89天，每天需要安裝的鋼絲石籠不少于509個(gè)，安裝精度要求每100m不少于23件，石籠邊界位置允許0～500mm。石籠從料場(chǎng)船舶運(yùn)輸至施工區(qū)域，再將石料充填到鋼絲石籠內(nèi)，滿足要求的鋼絲石籠封口再根據(jù)定位安裝到指定的位置，在以上的整個(gè)工序中，都需要緊密配合，并且能實(shí)現(xiàn)流水線式作業(yè)，才能滿足工期要求。本文根據(jù)施工要求和作業(yè)特點(diǎn)對(duì)拋石船舶進(jìn)行改造升級(jí)，改造升級(jí)后的船舶能對(duì)鋼絲石籠安裝實(shí)現(xiàn)石籠定位→石籠網(wǎng)組裝→石籠塊石充填→石籠稱重→石籠快速安裝流水線式作業(yè)，提高安裝效率和安裝精度。

3.鋼絲石籠安裝船舶研究

鋼絲石籠安裝船舶是本次施工的重要船機(jī)設(shè)備。

3.1 改造的船舶尺寸

惠建工68船舶：總長(zhǎng)58m，寬度14m，吃水2.0m。

永泰達(dá)81船舶：總長(zhǎng)53m，寬度13m，吃水2.0m。

3.2 安裝裝置

由圖1可見，鋼絲石籠安裝設(shè)備安裝在船舶一側(cè)。改造船舶裝有GPS系統(tǒng)，在船舶一側(cè)船舷邊安裝鋼絲石籠安裝設(shè)備，鋼絲石籠安裝設(shè)備主要包括主鋼架排、連系梁、電動(dòng)葫蘆安裝梁、下鋼擋板、裝石平臺(tái)、上鋼擋板、石籠裝填平臺(tái)、承重系統(tǒng)以及懸掛式電動(dòng)葫蘆組成。

圖1 鋼絲石籠安裝設(shè)備示意圖

由圖2可見，其中主鋼架主要包括3根立柱、2根橫梁、1根角撐、1根斜拉梁組成。主鋼架排每隔4.0m布置，主鋼架排頂部采用兩根貫穿所有排架的連系鋼梁進(jìn)行加固，并沿著主鋼排架橫梁2的垂直向設(shè)置一電動(dòng)葫蘆安裝工字梁，每隔排架之間的電動(dòng)葫蘆安裝工字梁上設(shè)置一臺(tái)懸掛式電動(dòng)葫蘆。下?lián)蹁摪逶O(shè)置在立柱3的外側(cè)，用于擋住甲板上的塊石，裝石平臺(tái)設(shè)置在橫梁1上，每隔排架之間的裝石平臺(tái)預(yù)留一料斗口，用于石籠塊石裝填，上鋼擋板設(shè)置在裝石平臺(tái)以上立柱2的外側(cè)，主要是防止鋼絲石籠安裝塊石時(shí)，塊石從裝填平臺(tái)掉落，砸傷下面作業(yè)人員。裝石平臺(tái)下設(shè)置石籠裝填平臺(tái)，石籠裝填平臺(tái)下面布置一承重系統(tǒng)。

圖2 主鋼排架結(jié)構(gòu)圖

圖3 石籠安裝設(shè)備剖面示意圖

4.鋼絲石籠安裝步驟

（1）安裝網(wǎng)格劃分：為了保證石籠安裝質(zhì)量，需對(duì)石籠安裝范圍進(jìn)行網(wǎng)格劃分，繪制石籠安裝位置圖，并導(dǎo)入到定位軟件，形成石籠安裝電子地圖（見圖4）。

圖4 石籠安裝分區(qū)圖

（2）石籠的定位。定位的原理是利用GPS定位船體位置，由船體位置定位石籠安裝位置。具體做法：

1）船舶安裝GPS，實(shí)時(shí)顯示在石籠安裝電子地圖上；

2）移動(dòng)船舶，使安裝石籠的位置靠上地圖上對(duì)應(yīng)位置，即完成安裝定位。

（3）石籠網(wǎng)組裝、裝石與承重。石籠網(wǎng)的組裝在石籠安裝平臺(tái)上進(jìn)行，組裝好的石籠網(wǎng)開始充填塊石，采用甲板上的反鏟挖掘機(jī)通過裝石平臺(tái)上的料斗裝填塊石到籠網(wǎng)中，當(dāng)重量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，終止裝料，石籠的重量根據(jù)石籠安裝平臺(tái)下的地磅承重系統(tǒng)確定，滿足重量要求后，對(duì)石籠進(jìn)行封口處理（見圖5-6）。

圖5 石籠安裝平臺(tái)

已經(jīng)充填好塊石的石籠采用懸掛在鋼架上的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行安裝，安裝前，根據(jù)定位系統(tǒng)將電動(dòng)葫蘆調(diào)到合適的位置（其位置應(yīng)考慮水流深度、流速、流向，計(jì)算好漂移距），然后利用電動(dòng)葫蘆將石籠拖出石籠安裝平臺(tái)，待石籠穩(wěn)定后，慢慢將石籠放入水中，直至石籠落地安裝（見圖7-8）。

圖7 5t懸掛式電動(dòng)葫蘆

5.安裝質(zhì)量措施

5.1 石籠鋼絲材料要求

圖6 石籠裝料

石籠鋼絲材質(zhì)要求：①鋼絲網(wǎng)鋼絲技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足《工程用機(jī)編鋼絲網(wǎng)及組合體 》YB T 4190-2018和《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 353 : 2013 的要求；②鋼絲采用覆PVC的Ⅰ組鋅-10%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲，網(wǎng)孔規(guī)格為80mm，網(wǎng)絲直徑2.7mm，端絲和邊絲直徑不小于3.4mm，最小鍍層重量不小于233g/m；③鋼絲抗拉強(qiáng)度應(yīng)為350Mpa～500Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于12%；④鋼絲產(chǎn)品在每2dm水中含0.2dm的SO2環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，在56個(gè)試驗(yàn)周期（1個(gè)周期為24h，在試驗(yàn)箱內(nèi)暴露8h，在室內(nèi)環(huán)境大氣中暴露16h）的不連續(xù)試驗(yàn)后，網(wǎng)面樣品上產(chǎn)生深棕色紅銹的面積應(yīng)不大于試驗(yàn)面積的5%；⑤鋼絲在中性鹽霧試驗(yàn)2000h后，網(wǎng)面樣品上產(chǎn)生紅棕色紅銹的面積應(yīng)不大于試樣面積的5%；⑥有機(jī)涂層原材料經(jīng)過氙弧燈（GB/T 16422.2）照射4000h或Ⅰ型熒光紫外燈按暴露方式1（GB/T 16422.3）照射2500h后，其延伸率和抗拉強(qiáng)度變化范圍應(yīng)不大于初始值的25%；⑦有機(jī)涂層采用其他材料時(shí)，其防侵蝕能力不得低于PVC涂層，并且使用前應(yīng)征得設(shè)計(jì)、監(jiān)理的同意。

圖8 石籠安裝作業(yè)圖

5.2 塊石材質(zhì)要求

塊石材料要求：①石籠充填塊石采用粒徑15～30cm的塊石；②塊石水中浸透后的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度不低于30MPa；③不得采用遇水易軟化的石料，石料重度不小于26.5kN/m，塊石無嚴(yán)重風(fēng)化和裂紋。

5.3 石籠安裝

石籠安裝注意以下事項(xiàng)：①在石籠大批量安裝前進(jìn)行典型施工，根據(jù)典型施工效果優(yōu)化施工工藝。擬選擇最北側(cè)30m范圍作為典型施工段，施工后每天監(jiān)測(cè)石籠位移1次，不少于15天；②石籠安放時(shí)為減少土工墊的不均勻沉降，移位、皺折和利于石籠的密實(shí)，其安裝順序如下：斷面方向：坡底向坡頂；長(zhǎng)度方向：按1、4、7、10……，2、5、8、11…，3、6、9、12…進(jìn)行安裝；③石籠安裝后，需對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方式采用水底攝像或者采用多波束掃海。

6.結(jié)束語

隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，海域使用開發(fā)活動(dòng)日益頻繁，越來越多的建筑物建在了大海深處，而這些海洋建筑物在建設(shè)和運(yùn)行階段，常常會(huì)受到邊坡侵蝕等問題。鋼絲石籠具有良好的柔性與抗拉能力，對(duì)海床的變形適應(yīng)能力強(qiáng)，是海底邊坡整治的優(yōu)良結(jié)構(gòu)。

本文探討研究的外海深水鋼絲石籠安裝工藝與方法，通過工程實(shí)例證明其安裝效率、精度高，施工效果有保障，對(duì)以后需要類似處理海洋邊坡整治具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。