臺(tái)車與半潛駁聯(lián)合出運(yùn)大型沉箱施工技術(shù)的應(yīng)用

成 強(qiáng)，陳占鑫，張 攀

（1.日照市城市排水設(shè)施維護(hù)管理有限公司,山東 日照 276826；2.日照經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展集團(tuán)有限公司,山東 日照 276826；3.日照市嵐山區(qū)海洋工程有限公司,山東 日照 276806）

0 引言

近年來,隨著沿海港口資源整合和轉(zhuǎn)型升級(jí)的不斷加快推進(jìn),各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到快速優(yōu)化。作為港口工程重要的預(yù)制構(gòu)件,4500 t以上的大型沉箱被越來越多地應(yīng)用到深水重力式碼頭、直立式防波堤、海上圍海造島等水工建筑物,甚至作為錨碇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于跨海橋梁工程。為了滿足沉箱預(yù)制施工和沉箱出運(yùn)條件,較為理想的預(yù)制廠往往無法靠近施工現(xiàn)場選址建設(shè),加上海上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜,施工受海潮和風(fēng)浪影響大,長途運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)高,導(dǎo)致工程施工難度越來越大,選擇合適的大型沉箱出運(yùn)施工工藝和方法便成為此類工程進(jìn)度控制、安全控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

為提高大型沉箱遠(yuǎn)距離出運(yùn)效率,確保施工作業(yè)安全,基于工程實(shí)際案例,提出臺(tái)車與半潛駁聯(lián)合出運(yùn)施工工藝,即：陸上出運(yùn)采用臺(tái)車頂升運(yùn)移沉箱上搭岸半潛駁,海上出運(yùn)采用拖輪拖運(yùn)半潛駁和沉箱至施工現(xiàn)場沉塢坑,半潛駁下錨定位注水下潛,沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定漂浮后,拖輪拖帶沉箱出駁至安裝現(xiàn)場。

1 施工工藝流程及組織安排

1.1 施工工藝流程

出運(yùn)前,大型沉箱已全部預(yù)制完成并驗(yàn)收合格,滿足出運(yùn)條件。施工流程如下：

1.2 施工組織安排

組建專業(yè)的沉箱出運(yùn)隊(duì)伍,組織作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底,加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)和學(xué)習(xí)；選擇合適的拖運(yùn)方式和半潛駁、拖輪等船機(jī)設(shè)備；對(duì)半潛駁經(jīng)過的航道水域進(jìn)行測量,加強(qiáng)與海事部門的溝通協(xié)調(diào),辦理相關(guān)手續(xù)；檢查沉箱質(zhì)量,復(fù)核其浮游穩(wěn)定性；對(duì)臺(tái)車、施工船舶、機(jī)械和用具進(jìn)行全面檢查,并做好記錄；安裝沉箱出運(yùn)蓋板、閥門桿,檢查閥門是否完好、開啟順暢,確保串水孔位置正確、通暢。半潛駁在預(yù)制廠前的出運(yùn)碼頭就位,臺(tái)車軌道與半潛駁甲板軌道對(duì)接并固定。

1.3 主要施工機(jī)械設(shè)備

根據(jù)工程施工需要,陸上出運(yùn)采用可以自由組合的臺(tái)車組,海上出運(yùn)選用主、副拖輪和半潛駁,還應(yīng)配備必要的起錨艇、交通船、起重船、發(fā)電機(jī)等船機(jī)設(shè)備輔助沉箱出運(yùn)。其中,半潛駁的技術(shù)參數(shù)、甲板以上最大潛深、空載吃水深度均應(yīng)滿足沉箱出運(yùn)需求。

2 沉箱陸上出運(yùn)施工方法

2.1 臺(tái)車組裝就位

將臺(tái)車單元分列組裝,每列均有獨(dú)立的控制柜,1#組合車（帶觸摸屏）為主機(jī)控制柜,其它組合車為從機(jī)控制柜；各組合車聯(lián)機(jī)時(shí),通過主機(jī)控制柜控制所有組合車同步行走,且能顯示其運(yùn)行狀態(tài)及故障。全部連接并調(diào)試完成后,臺(tái)車放入頂升地溝,臺(tái)車油頂落到最低,將每列臺(tái)車分別駛進(jìn)第一個(gè)沉箱底部,按照對(duì)應(yīng)的標(biāo)線準(zhǔn)確就位。

2.2 臺(tái)車頂升沉箱

啟動(dòng)頂升系統(tǒng),緩慢勻速頂升沉箱。為使每個(gè)油頂均接觸沉箱底部,保證頂部壓力一致,應(yīng)先進(jìn)行低壓預(yù)頂升,油壓表讀數(shù)均為5 MPa時(shí)暫停頂升；待油壓穩(wěn)定后按指令開始高壓頂升,每次頂升高度2 cm。頂升過程中,若出現(xiàn)頂升高差導(dǎo)致偏載超值時(shí)須暫停頂升,在進(jìn)行單列頂升調(diào)節(jié)并達(dá)到允許值后方可繼續(xù)頂升。沉箱四角的觀察人員應(yīng)隨時(shí)報(bào)告沉箱頂升時(shí)的相關(guān)情況,使沉箱四邊均勻升高到8 cm。

2.3 沉箱移運(yùn)上駁

（1）利用臺(tái)車前端倒鏈將支撐滑塊整體移動(dòng)至活塞支撐點(diǎn)左右兩側(cè),待支撐滑塊就位檢查無誤后,根據(jù)指令開啟臺(tái)車行走系統(tǒng),行走速度為勻速1.3 m/min。行進(jìn)過程中,操作人員應(yīng)實(shí)時(shí)觀測沉箱四角高度,仔細(xì)觀察半潛駁與碼頭前沿搭岸處行走情況,隨時(shí)與測量人員和半潛駁調(diào)水員溝通聯(lián)系,確保高差受控；電工對(duì)電纜卷筒實(shí)時(shí)觀測,確保供電安全。

（2）當(dāng)沉箱移運(yùn)至半潛駁標(biāo)線位置后,按下臺(tái)車的停止行走按鈕,沉箱離半潛駁墊墩上的橡膠墊塊高度為5 cm,啟動(dòng)臺(tái)車后端的推拉裝置,將支撐滑塊整體向后移動(dòng)回到原位。

（3）開啟電動(dòng)降壓裝置使油頂回降,每次回降2 cm,安排專人在臺(tái)車兩端觀察沉箱回降情況,降速控制在2 cm/min,防止回降過快出現(xiàn)偏載及對(duì)墊墩造成不均勻壓力。

（4）沉箱平穩(wěn)的坐在臺(tái)座上后,應(yīng)繼續(xù)收低油缸,當(dāng)所有油頂與沉箱底部脫離后停止操作,沉箱完成上塢。臺(tái)車移運(yùn)沉箱上駁見圖1。

圖1 臺(tái)車移運(yùn)沉箱上駁

2.4 臺(tái)車返回

沉箱座落在半潛駁的墊墩上后,檢查油路系統(tǒng)內(nèi)油壓為零時(shí),拆除電力系統(tǒng)聯(lián)機(jī)線以及油路系統(tǒng)液壓線,啟動(dòng)臺(tái)車單列行走系統(tǒng)。利用遙控裝置控制臺(tái)車行走,臺(tái)車空載返回速度為2.6 m/min。臺(tái)車載著鋼蓋板從沉箱底部駛出后,利用塔吊將鋼蓋板吊離臺(tái)車。臺(tái)車原路返回沉箱預(yù)制場,進(jìn)入下一個(gè)沉箱陸上出運(yùn)工序。

3 沉箱海上出運(yùn)施工方法

3.1 半潛駁重載上浮

沉箱在半潛駁就位、加固。待潮水達(dá)到所需起浮潮位以上時(shí),開啟半潛駁各壓載艙蝶閥,并打開各壓載泵至壓載艙吸入閥以及各壓載泵通海底門排出閥[1]。

啟動(dòng)壓載泵,將壓載艙內(nèi)壓載水排至舷外,半潛駁會(huì)逐漸浮起,確保半潛駁底與搭岸結(jié)構(gòu)和鋼梁保持40 cm以上的富裕高度,此時(shí)應(yīng)密切注意船舶四周吃水情況,保證船舶正浮狀態(tài)。

半潛駁上浮至吃水要求時(shí),停止泵水,關(guān)閉壓載泵進(jìn)出口閥及各壓載艙的所有蝶閥。漲潮至滿足半潛駁航行水深后,檢查主甲板及可能淹沒進(jìn)水的開口,確認(rèn)是否關(guān)閉嚴(yán)密。檢查無誤后,調(diào)平半潛駁,使其離開碼頭停靠區(qū)域,后退至深水區(qū),準(zhǔn)備系纜拖航。

3.2 拖運(yùn)半潛駁及沉箱

（1）將半潛駁主甲板以下人孔、通道水密門、燃油、淡水注入孔等關(guān)閉并緊固。

（2）用主拖輪拖帶半潛駁,拖纜用直徑120 mm尼龍纜。半潛駁絞出碼頭前沿區(qū)域,收回碼頭纜繩,拖輪開始系纜拖航。在拖運(yùn)過程中,半潛駁人員要注意觀察半潛駁的縱橫傾變化情況,及時(shí)調(diào)整壓載水,確保半潛駁及沉箱平穩(wěn),并注意通過調(diào)整航向來降低半潛駁的搖擺度[2]。

（3）拖運(yùn)期間,主拖輪船長要加強(qiáng)與海事部門和港口調(diào)度部門的溝通聯(lián)系,注意航行安全和船舶避讓,確認(rèn)所經(jīng)過航道的使用情況。

3.3 半潛駁重載下潛及沉箱起浮

主拖輪拖帶半潛駁和沉箱進(jìn)入航道,拖航至施工現(xiàn)場的下潛區(qū),等待水位滿足沉箱出駁條件。

3.3.1 沉箱下駁施工工藝流程

3.3.2 半潛駁拋錨駐位

施工前,應(yīng)在半潛駁下潛水域拋好定位浮標(biāo)。半潛駁運(yùn)載沉箱至施工現(xiàn)場的沉塢坑后,采用主拖輪配合作業(yè)進(jìn)行拋錨,下好四口錨后,根據(jù)定位浮標(biāo)及半潛駁自身定位GPS,找正位置,收緊錨纜,準(zhǔn)備下潛。半潛駁原則上順流駐位下潛,根據(jù)現(xiàn)場漲落潮情況,半潛駁橫向與水流方向一致。半潛駁下潛就位見圖2。

圖2 半潛駁下潛就位

3.3.3 半潛駁重載下潛

（1）半潛駁準(zhǔn)確定位后,打開所有壓載艙閥,打開壓載泵進(jìn)出口各閥,快速使船舶下沉,這時(shí)要密切注意船舶縱、橫傾,觀察四周吃水,隨時(shí)調(diào)整各艙進(jìn)水,保證船舶始終處于正浮狀態(tài)[3],控制吃水差不大于30 cm。

（2）當(dāng)船舶下沉至吃水距主甲板附近（約20 mm～30 mm）時(shí),應(yīng)減慢下沉速度,以保證船舶安全平穩(wěn)下沉。當(dāng)主甲板淹沒時(shí)刻開始,船舶會(huì)下沉速度加快,此時(shí)更加密切注意四角吃水,隨時(shí)調(diào)整四角吃水,保證船舶正浮下沉[1]。

（3）當(dāng)沉箱進(jìn)水閥門下沉至水面以下0.5 m時(shí),半潛駁暫時(shí)停止下沉,施工人員檢查閥門完好情況,并開啟閥門往沉箱內(nèi)注壓倉水,加水至沉箱浮游穩(wěn)定預(yù)設(shè)值,關(guān)閉閥門后,指揮下令半潛駁繼續(xù)注水下沉。沉箱壓水過程中,重心位置會(huì)發(fā)生較大變化,此時(shí)注意調(diào)整半潛駁各艙室的進(jìn)水速度,以克服由于沉箱重心位置變化及不平衡壓載造成的傾翻力矩[4]。在半潛駁下潛過程中,要保證四根錨纜處于緊張狀態(tài),以控制半潛駁不發(fā)生偏移走位。

（4）當(dāng)沉箱底部與半潛駁甲板處于脫離的臨界狀態(tài),減緩半潛駁下潛速度,沉箱慢慢浮起。當(dāng)沉箱底部距半潛駁甲板面安全距離大于50 cm,并處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)后,拖輪靠前,系好拖帶纜繩（避免拖輪碰撞沉箱）,通過調(diào)節(jié)纜繩的松緊,拖輪緩慢、勻速地拖動(dòng)沉箱出駁。

（5）施工人員通過纜繩使沉箱保持平穩(wěn),操縱時(shí)要嚴(yán)格控制沉箱移動(dòng)速度,避免快停快動(dòng),以免斷纜或沉箱與半潛駁塔樓碰撞[5]。同時(shí),注意水流力對(duì)沉箱的作用,拖輪慢速倒拖沉箱,塔樓的系纜松緊與沉箱的移動(dòng)速度相配合,保證沉箱順流脫離半潛駁。

3.4 半潛駁起浮返航

沉箱出駁后,拖輪拖運(yùn)沉箱至安裝現(xiàn)場,待不存在影響起浮因素后,半潛駁開始排水起浮。裝好上一個(gè)沉箱的封倉施工蓋板后起錨,主拖輪拖半潛駁返回預(yù)制場出運(yùn)碼頭,準(zhǔn)備下一個(gè)沉箱的海上出運(yùn)。

綜上所述,通過臺(tái)車和半潛駁聯(lián)合出運(yùn)施工工藝的實(shí)踐應(yīng)用,完成了一個(gè)大型沉箱從陸上預(yù)制廠到海上工程施工現(xiàn)場的典型出運(yùn)過程。

4 結(jié)語

大型沉箱出運(yùn)直接影響到整個(gè)工程的施工質(zhì)量和工期,采用陸上臺(tái)車頂升運(yùn)移與海上半潛駁聯(lián)合出運(yùn)施工工藝,克服了項(xiàng)目的難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了沉箱安全、快速出運(yùn),取得了良好的施工效果。

臺(tái)車作為陸上沉箱頂升和出運(yùn)的一種新工藝,具有操作簡單、用工少、安全可靠、無污染的優(yōu)點(diǎn),較之傳統(tǒng)的高壓氣囊出運(yùn)工藝效率更高。隨著工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累和施工成熟度的不斷提升,新工藝值得更大范圍推廣和使用。