外海大型沒頂沉箱安裝施工技術

項國玉，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116000）

1 工程概況

1.1 工程規模和結構

大連港長興島30萬噸級原油碼頭工程采用“蝶”型布置，長度436 m，共包括棧橋墩3個、系纜墩6個、靠船墩4個、平臺墩4個，全部采用圓沉箱獨立墩式結構，每墩1個圓沉箱，共17個沉箱，其中棧橋墩、系纜墩和平臺墩沉箱直徑為16 m，高度25 m，重量2 980 t，靠船墩沉箱直徑為18 m，高度25 m，重量3 364 t。各墩之間采用鋼棧橋和人行橋連接。墩臺頂面高程均為+11.0 m，沉箱底面高程為-26.0 m，頂高程-1.0 m。典型斷面圖如圖1所示。

1.2 自然條件

長興島地處遼東灣東岸，屬海洋性氣候，受季風影響較大。冬季多偏北風，夏季多偏南風。根據長興島1961—1982年多年資料分析：多年平均風速為5.1m/s，冬季3個月平均風速為6.8m/s；春季3個月平均風速為7.5 m/s。全年常風向為NNE，頻率為18.25%；次常風向WSW，頻率13.68%；強風向以偏N向大風為主；最大風速40.0 m/s，風向N，次強風向為NNE，最大風速34.0m/s，風向NNE，6級以上大風的頻率為7.4%。

本海區的潮汐性質屬不正規半日潮。日不等現象比較明顯，潮汐強度中等。最高高潮位2.81 m，最低低潮位-0.78 m，平均高潮位1.75 m，平均潮位1.26 m，平均低潮位0.71 m。

圖1 典型斷面圖Fig.1 Typicalsection

全年常浪向為西南向和東北向，冬、春偏北及東北向；夏、秋多為西及西南向。年平均波高為0.8m。

實測大潮期間漲、落潮垂線平均最大流速分別為 1.58m/s、1.27m/s，流向分別為 22°、220°，測點最大漲、落潮流速分別為1.92m/s、1.56m/s，流向分別為 39°、231°。

本海區海冰相對較重，本工程所處海域每年11月底至來年3月中旬結冰，冰厚約30～60 cm。

2 工程難點

1）本工程位于北港區東防波堤外海側，處于完全無掩護海域，屬外海作業，且水流流速大。

2）大型沉箱直徑為18m，高25m，重3 364 t。

3）全部沉箱設計頂高程為-1.0 m，位于本區域最低低潮位（-0.78m）以下。

3 工藝特點

1）沉箱安裝時，需在頂部加裝整體鋼圍堰，以提高沉箱頂面高程，改沒頂安裝為出水安裝。

2）沉箱安裝時，需使用起重船輔助安裝、精確定位。

3）沉箱安裝時間窗口選擇：波高小于1.0 m；水流的流速小于0.3 m/s；風級小于6級；潮位為低潮。

4 整體鋼圍堰設計

鋼圍堰主要用于增加沉箱高度，減小水下沒頂安裝影響，同時兼做工作平臺。鋼圍堰底部與沉箱頂面接觸部分要做止水處理。

鋼圍堰總重量約50 t，高度為3.0 m，嵌入沉箱0.5 m。主要結構形式為縱、橫3道桁架，桁架之間通過槽鋼連接，桁架桿件采用雙槽10號對焊，外側由12 mm厚鋼板組成，平臺上鋪4 mm厚的鋼板（見圖2），平臺上使用荷載按15 t考慮（主要承重水泵、鋼絲繩、卡環、人及一些小型施工用具）[1]。

鋼圍堰外形類似圓臺狀，內部為縱橫桁架，外包鋼板全部密封。安裝沉箱時，需吊裝到沉箱頂部放置并與沉箱連接牢固，施工方便簡單實用。

圖2 鋼圍堰結構圖Fig.2 Structureof steel cylinder frame

5 關鍵施工技術

5.1 工藝流程

工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程圖Fig.3 Construction process flow diagram

5.2 關鍵施工技術

5.2.1 鋼圍堰制作

鋼圍堰由四部分拼裝焊接成整體，接縫處焊接必須牢固。鋼圍堰下部嵌入沉箱0.5 m的部分應保證圓度的精度。外表斜面部分的外包鋼板必須焊接密封，不得漏水，否則影響止水施工效果。鋼圍堰下部與沉箱頂面接觸部分，應足夠平整，以便于安裝止水毛毯。鋼圍堰整體剛度需經過核算，加工后必須嚴格檢測外形尺寸，以滿足施工要求。

5.2.2 安裝鋼圍堰

1）起重人員在陸地上將止水用毛毯卷好后，使用8號鐵絲將其固定在鋼圍堰底部（事先在鋼圍堰底部的鋼板上使用電鉆打小孔）。毛毯具體的卷滾和固定方式如圖4所示。

圖4 毛毯滾卷、固定方式示意圖Fig.4 Sketch of theblanket rolling and fixedmode

2）起重船吊起鋼圍堰至沉箱儲存場，安裝在沉箱頂部，使用5 t的絲杠將其固定在沉箱頂部的吊環上。鋼圍堰固定方式如圖5所示。

圖5 鋼圍堰固定示意圖Fig.5 Sketch of fixed steelcylinder frame

5.2.3 沉箱安裝

1）沉箱抽水及起浮施工控制

抽水方駁提前在沉箱儲存場駐位，在低潮平流時前5 h開始抽水，至沉箱倉隔內壓水高度為10 m時，暫停抽水，仔細觀察沉箱的平衡狀態，待流速下降至80 cm/s時，繼續抽水1 h左右，此時倉格內壓水高度約為4 m，流速在50～60 cm/s左右，沉箱起浮，繼續抽水至倉格內穩定壓水高度3.2m時，停止抽水，等待拖輪靠近。

2）定位方駁作為沉箱安裝的依靠并粗定位

沉箱抽水起浮穩定后，采用2艘拖輪旁拖沉箱至安裝現場。在沉箱距離定位方駁5m處左右，從沉箱上用6根尼龍纜系在定位方駁帶纜樁上，然后解開拖輪的纜繩，拖輪駛離定位方駁。沉箱固定好后測量定位，通過調整定位方駁錨纜粗調沉箱位置。

3）采用起重船輔助安裝，并精確定位

起重船在安裝現場平行于水流方向駐位，船尾下八字錨，船頭引出2根直徑為80mm的尼龍纜系于浮鼓上（其中1根尼龍纜待拖輪撤離后再系在浮鼓上）。沉箱粗定位過程中，起重船從沉箱迎面方向靠近，距離適宜后，將吊索具掛在起重船的勾頭上，同時起重船船頭引出2根直徑為18 mm的鋼絲繩拴在沉箱的吊環上，用以調整沉箱安裝角度。沉箱安裝船機駐位平面布置示意圖如圖6。

圖6 船機駐位平面布置示意圖Fig.6 Layoutof shipmooring

4）沉箱安裝新型盲板系統，保證施工安全

施工時，使用潛水員水下安裝新型盲板系統，同時將盲板繩引致沉箱頂部系牢。采用此種新型盲板系統，施工人員只需在沉箱頂部操縱盲板繩替代傳統的潛水員進行沉箱水下開關進水孔，杜絕潛水員水下施工的安全隱患，節省施工時間，降低潛水員的勞動強度[2-3]。

6 結語

1）經過多次施工實踐，統計分析施工數據得出沉箱安裝最短歷時及最佳安裝時機。具體施工時間統計如下：每個沉箱安裝施工基本上要持續8 h左右；其中抽水時間約4 h，沉箱由儲存場至安裝現場?？康蕉ㄎ环今g上的時間約1 h；沉箱壓水至安裝完全結束約3 h，而且安裝的3 h是在低潮、最大流速小于0.4 m/s的條件下進行的。沉箱安裝最佳時機是每月死訊前后幾天，選擇低潮平流時進行安裝施工。因此，每次在大型沒頂沉箱安裝前，均安排專人做好水位、流速的觀測記錄統計及分析，確定沉箱安裝的準確時間，爭取一次安裝成功。

2）整體鋼圍堰外部和內部結構也經過多次改進，保證頂部平臺上施工和設備利用方便快捷，節省了安裝時間。尤其，止水毛毯的設置方式也是經過多次改進、調整，保證了止水效果。鋼圍堰具有整體性好，剛度及結構穩定性好，且安裝施工簡單快捷的優點。

3） 沉箱安裝方式經過幾次研討、實踐、總結，最后采用方駁粗定位、起重船吊浮輔助精確定位的工藝安裝沉箱。后期沉箱安裝時間均控制在8 h左右，且施工歷時與水流流速大小之間的對應關系控制得較好，保證了沉箱安裝施工的準確性和時效性。

4） 大連港長興島30萬t原油碼頭工程大型沒頂沉箱安裝的順利完成，克服了諸多困難。作為長興島北港區外海大型沉箱施工的先例，總結和積累了一定的施工經驗，為后續類似碼頭工程施工提供技術儲備。

[1]JTS167-2—2009，重力式碼頭設計與施工規范[S].JTS167-2—2009,Designand construction code forgravityquay[S].

[2] 李運勝，劉盛武，丁志軍.大批量沒頂沉箱安裝施工[J].中國港灣建設，2001（3）：33-36.LIYun-sheng,LIU Sheng-wu,DING Zhi-jun.Installation of submerged caissons in large quantity[J].China Harbour Engineering,2001(3):33-36.

[3]劉德進.大批量大型沉箱在惡劣海況下的出運與安裝[J].中國港灣建設，2006（2）：57-59.LIU De-jin.Transportation and installation of large caissons in large scale in atrocioussea conditions[J].China Harbour Engineering,2006(2):57-59.