復雜施工環境下的進水塔安裝

于文津，楊連佼

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

引 言

位于經濟欠發達地區的海外工程，施工條件普遍較差。如果再遇到惡劣的自然環境，施工就相當困難。若按常規施工方法，成本將急劇增加。本例在近海施工一條取水管涵，海側端頭部分安裝一個預制進水塔。其中進水塔的安裝施工難度最大，具體有兩點：

1）現場不具備先整體預制，后采用大型起重船一次安裝就位的條件；

2）現場不具備常規浮運安裝的條件。

項目部經過對多種方案比較、研究，最后創新性的采用了半浮運、半吊裝的方法，花費了最小成本成功解決了安裝難題。

1 工程概況

本工程位于印度尼西亞Batam島，為新建燃煤電廠的取水工程。主要包括兩部分：陸上段和海上段。

陸上段采用現澆混凝土管涵型式，管涵單節長度 10 m，管節之間設置橡膠止水帶連接。引水管設計底高程-4.2 m，單節管涵高 3.2 m、寬5.9 m，設置雙孔（每孔2 200 mm×2 200 mm），壁厚500 mm。施工采用陸上開挖基坑，現澆施工。

水上段包括引水管和進水塔。引水管采用預制混凝土沉管型式，管涵單節長度 6.38 m，高度3.0 m，寬度 5.6 m，壁厚 400 mm。沉管水下安裝，并通過管節之間的密封橡膠圈進行止水，單件重120 t。

進水塔采用圓形鋼筋混凝土沉箱型結構，壁厚400 mm，底板厚500 mm。直徑9.8 m，頂高程-5.9 m，底高程-16.45 m。在高程-6.9～-9.5 m范圍沉箱側面安裝銅合金進水格柵。整個進水塔重900 t。進水塔底采用1 m厚的塊石基床，安裝進水塔完成后拋填護肩塊石，確保其穩定。

2 施工技術難點及解決思路

2.1 施工技術難點

1）工期緊，施工條件差

燃煤電廠調試、發電需要用水。整個取水設施開工較晚，導致取水設施工期只有3個月。印尼當地既無大型水上起重設備，又無專業的預制、浮運安裝單位，施工條件差。

2）出運、落駁和安裝難度大

進水塔底部基床頂高程為-15.45 m，須水上安裝。結合有限的現場條件和貧乏的施工資源，進水塔的出運、落駁和水上安裝，難度很大。

2.2 解決思路

因工期緊張，現場條件有限，我部首先與設計進行溝通，通過優化將進水塔由 900 t減小為500 t左右。同時將進水塔頂板改為預制、二次安裝，塔體重量進一步減小為370 t。

我們首先考慮采用預制、起重船水上吊裝的方案，但在印尼沒有足夠的大型浮吊實施，如從境外調遣，成本會很高。若采取沉箱浮運的方法，當地又無能夠預制、出運大型構件的預制廠。若在施工現場陸域開挖基坑預制，然后放水以沉箱浮運的方法安裝，又有進水塔太高（10.5 m），開挖浮運通道（近岸水淺、且為珊瑚礁）困難、且時間長的難題。

綜合以上情況，結合管涵安裝需用的300 t起重船，我們經過仔細考慮，最終制定了起重船起吊和沉箱浮運相結合的方案：

1）在施工現場護岸外側以最佳的出運航道為條件確定浮運平臺位置。最終確定在護岸外側修建0.5 m高程的浮運平臺，航道水深在最高潮位時最小4 m，當地最高潮位為2.5 m。進水塔沒入水中部分產生浮力為157 t，再配合300 t固定式浮吊起吊，可以滿足出運。高潮時，水深也能滿足浮吊的進位要求。

2）浮運過程中，按照傾覆穩定性計算，采取壓水措施后，傾覆穩定能夠滿足要求。

3 工藝實施

3.1 浮運平臺修筑及進水塔預制

該水域潮位變化在0.5～2.5 m之間，浮運平臺利用塊石修筑，上鋪碎石墊層，用反鏟挖機在最低潮位時進行整平，高程為0.5 m。同時趁最低潮位時，利用挖機將散落在平臺外側的塊石清理掉。因浮運平臺長期位于水下，如果全部預制在浮運平臺上預制，大部分工作將趕潮水作業，嚴重拖延工期。所以我們在浮運平臺旁邊較高位置再修建一塊預制平臺，進水塔第一層在預制平臺預制完成后，由電廠已有的250 t履帶吊車，吊放在浮運平臺上，在浮運平臺上，繼續接高預制進水塔，直至完工。

因進水塔高近 11 m，接高預制時須沿周邊搭設圍護腳手架。腳手架按照常規雙排搭設，通道及施工層面滿鋪木跳板，上下設通道。腳手架按規定設連墻點。

整個進水塔在預制完成并達到100 %的強度方可出運。

3.2 起吊、出運

預制完畢后，進水塔準備起吊、出運、安裝。因吊裝、出運需利用進水塔在水中的部分浮力，所以進水塔預制完畢后，底部側面引水管起始端需用鋼板臨時封堵，要確保進水塔出運時，不漏水。

起吊出運選在3個月的最大高潮位時進行，最高潮位2.5 m，起重船完成各項準備工作后，由拖輪及自身錨纜進位。靠近出運平臺，大鉤起吊進水塔使其脫離預制平臺，緩緩往海域方向移出后，大鉤松力至受力約50 t狀態。

1）起重船選擇

起吊出運時，趁高潮位時進行。按2.5 m潮位計算，則進水塔沒在水中的高度為2 m，所產生的浮力為 157 t，原構件為 370 t重，減去浮力后為213 t。

安裝時，整個進水塔將全部沒入水中后，產生浮力為148 t，減去浮力后構件為222 t，所以起重吊裝應以222 t考慮船機設備。

根據300 t浮吊性能參數，起重船吊重等完全滿足要求，滿載時吃水為2.25 m，航道最高潮位時水深（4 m）也滿足其吃水要求，平臺靠海側的寬度也能滿足船舶進位要求。

2）起吊鋼絲繩計算

進水塔吊裝采用四點吊，吊點位置及吊環設置按照設計要求預埋，鋼絲繩采用4根等長鋼絲繩，鋼絲繩與垂直線的夾角為 30°。最大吊重時，每根鋼絲繩受拉力為：

根據建筑施工計算手冊表13-6，6股61絲，直徑83 mm，公稱抗拉強度為1 550 kN/mm2的鋼絲繩，破斷總拉力不小于4 005 kN。鋼絲繩選取滿足要求。

3.3 進水塔在水中的穩定性驗算

進水塔在水中浮運時，須考慮其傾覆穩定性問題。進水塔重心高度計算見表1。

表1 沉箱重心高度計算

通過對進水塔底部側面進行封堵后，其從最底部計 6.95 m高度內為不透水狀態，進水塔整體重為370 t，在水中沒入4.95 m時產生的浮力即可達到平衡狀態，故可以起浮。但按此狀態計算傾覆穩定性，定傾高度h=ρ-A=-0.581<0.2 m，如果在進水塔筒身內灌水1.0 m后，此時沉箱吃水5.95 m，浮心高2.975 m，重心高3.72 m，干舷高1 m。

偏心距 A=4.47-2.975=0.745；慣心距I=9.84π/64=453；定傾半徑 ρ=I/V=453/449=1.009；定傾高度h=ρ-A=0.264>0.2 m，穩定滿足要求。

因進水塔離安裝現場距離較近，且進水塔在出預制平臺后，起重船吊著（大鉤處受力狀態），然后在筒身內先灌水 1 m高，用纜繩與起重船固定，拖輪緩慢拖運至安裝現場，所以在運輸過程中的傾覆穩定性沒有問題。

3.4 安裝

安裝時，以工作船作為定位船使用。測量棱鏡放置于工作船，由岸上全站儀定出安裝位置。進水塔運至施工現場后，根據安裝位置，由拖輪輔助拋錨就位。另根據預先設置在進水塔頂部的定位標桿，精確控制安裝位置及角度。起重船大鉤緩慢下落，為避免進水塔沒入水中時大鉤受力突然加大，在進水格柵進入水中時大鉤先暫停下落，等水充滿進水塔后，大鉤再繼續下落，直至進水塔坐落于拋石基床上。因存在水流影響，進水塔要超前下落，位置不正確時，可反復調整，直至滿足要求。

圖1 進水塔安裝船機布置

1）沉箱安裝施工前準備

施工技術人員對工作船舶及施工人員進行詳細的技術、安全交底。

對進水塔安裝過程中每一條船的站位，都有詳細計算，并繪制船舶定位圖。

沉箱安裝吊索選用4根等長的鋼絲繩，每根鋼絲繩長度為10 m，起重能力在100 t。

2）沉箱安裝流程

起重船至進水塔預制基坑外側水域拋錨。

利用起重船調離預制平臺，筒內灌水1 m，確保進水塔在水中穩定，大鉤處受力狀態，由拖輪拖運至施工現場。

定位船進點定位，確定進水塔位置。

起重船拋錨進點，吊著進水塔向安放位置緩緩移位。

待進水塔至安裝位置后向筒內灌滿水，慢慢下放，直至完全坐落在安裝位置上。

測量檢測進水塔安放位置，無誤后鋼絲繩卸扣。

4 結 語

本工程充分利用現有施工條件，通過分節預制、起重船起吊、半浮運半起吊，克服工期緊張、施工設備不足及施工條件差的困難，圓滿完成任務，取得了較大的經濟效益。