浮箱助浮沉箱出運工藝技術探討

◎ 于洋 中交一航局第二工程有限公司

1.工程概括

本工程位于海陽核電廠南側取水明渠新建第2道攔污網的墩臺，為獨立墩式沉箱結構，明渠入口方向有一道已投入使用的攔污網，進出施工通道為此攔污網東北段支墩間。沉箱共4個，外形尺寸均為8m×7m×9.1m，最大設計單重約649t，自身浮游穩定吃水8.6m，因施工通道僅為12m，水深約-6m，無法滿足正常的沉箱浮游穩定出運要求。

由于防護滸苔期限，預留給沉箱安裝的工期僅有10天，對沉箱出運安裝工藝的合理性與時效性提出了更大的挑戰。

2.課題研究內容

2.1 方案比選和確定

方案一：采用起重船從預制場吊裝沉箱至運輸駁，海上運輸至施工現場后由起重船直接現場吊裝。

無法實施原因：12m寬的施工通道不能滿足起重船、沉箱運輸駁通過，且因電廠運營期間攔污網無法拆除，故無法實施。

方案二：起重船從預制場直接吊裝至運輸駁運輸至施工現場，起重船在明渠攔污網外側將沉箱吊過攔污網后，由拖輪拖航至現場安裝。

無法實施的原因：在滿足沉箱安裝后具備接高條件的最低潮位施工條件的前提下，變更施工工藝后沉箱越過攔污網后，仍然受水深條件影響無法正常浮運。

方案三：采用起重船站在明渠攔污網外側將沉箱全部吊過攔污網后暫存，待大汛潮時起浮由拖輪拖航至現場安裝。

無法實施的原因：一是工期不允許；二是攔污網內明渠底部地勢不平整，且存在很多孤立礁盤，不具備沉箱存放的條件，且施工期明渠內不允許拋填施工以免懸浮泥沙對電廠運營造成影響。

方案四：吊裝加浮箱助浮安裝：700t起重船將4個沉箱吊裝上3400t自航式甲板運輸駁，載運沉箱至明渠現有攔污網外側，起重船將沉箱吊運至現有攔污網處進行吊越，吊越攔污網后，采用浮箱助浮沉箱達到浮游穩定、沉箱吃水、干舷等要求。此方案既能保證沉箱浮游穩定出運的安全性，又有足夠的適潮作業時間確保各道工序的完成。

2.2 浮箱助浮沉箱出運操作要點及其受力驗算

2.2.1 浮箱設計加工

根據驗算，每個沉箱需在四壁各外掛一個浮箱實現助浮后的浮游穩定，浮箱尺寸為7m×2m×2.5m，采用6mm鋼板作為外板。

據計算每個浮箱可供25t助浮力，4個浮箱提供100t助浮力。

2.2.2 浮箱安裝

沉箱在下水助浮前，通過頂部預埋的φ25（HPB235級）圓鋼吊環對浮箱進行外掛；浮箱在助浮沉箱時，通過底板預埋的φ40（HPB235級）圓鋼吊環對沉箱施加助浮力。

浮箱頂部采用2點吊方式掛至沉箱外墻，浮箱底部采用3點吊對沉箱施加助浮力。

2.2.3 沉箱吊裝插銷及吊裝架設計及計算

（1）吊裝架。

①吊裝架主體為φ219×10無縫鋼管，吊軸采用φ426×16鋼管內澆筑C30混凝土。采用4點吊，上、下吊索通過吊裝架四角的吊索槽進行沉箱吊裝。

②吊架桿系計算。

桿系軸力計算：吊架承受水平力N=3928÷18000×2016=439.936kN。

截面強度計算：豎向桿長度L=6.6m；壓桿選用直徑φ=219mm；截面積A=6566mm2；根據《鋼結構設計標準（附條文說明[另冊]）》（GB 50017-2017）：

截面強度滿足設計要求。

③軸心受壓穩定性計算。

受壓鋼管i=74m m；桿件長細比λ=L/i=89.19；b類截面穩定系數ψ=0.621；根據《鋼結構設計標準（附條文說明[另冊]）》：

軸心受壓穩定性滿足設計要求。

（2）吊索。吊索分為上吊索及下吊索。

上吊索用以起重船主鉤掛至吊裝架，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環狀，共計4根，每根長度為75m，單根吊索采用四股吊裝。

下吊索用以吊裝架掛至沉箱，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破斷力為2100kN的鋼絲繩加工成環狀，共計4根，每根長度為18.5m，單根吊索采用四股吊裝，兩端分別掛至吊裝架吊索槽與沉箱吊軸。

（3）吊具。吊具采用材質為45號鋼φ280圓鋼作為主軸加工而成，插入吊孔后，通過2cm厚鋼板擋圈與φ18圓鋼插銷固定。

（4）沉箱預留吊孔。采用預埋Q235φ325×16熱鍍鋅無縫鋼管作為預留吊孔，吊孔位于8m長外墻上。

2.2.4 沉箱吊運上船

各項準備工作完成并檢查無誤后開始沉箱吊運。根據預制場前沿水域測量，滿足起重船60°仰角時的舷外跨距26m，最大吃水3.5m的要求，趕1m以上高潮位將4個沉箱吊裝至3000t自航甲板運輸駁上，運輸至現場。

2.2.5 起重船吊浮、浮箱助浮沉箱至浮游穩定

起重船吊運沉箱跨過攔污網后超過4m距離，墊鉤至沉箱入水至水面沒過閥門孔0.5m，開始向倉格內注水。注水時起重船吊高保持不變，注水結束后關閉閥門，起重船緩慢墊鉤，至沉箱在浮箱助浮下自由穩定漂浮，起重船解鉤。

2.2.6 拖輪帶纜拖運沉箱靠定位駁

沉箱浮游穩定性后，浮運工藝為傳統工藝。

2.2.7 浮箱拆除

沉箱安裝合格前，封堵對拉鋼板、木楔子與操作蓋板均不拆除，倉格內壓水至操作蓋板底面即可。沉箱安裝驗收合格后，于落潮至浮箱外露水面超過0.3m時，人員上浮箱拆除封固槽鋼和手拉葫蘆，開啟浮箱進水口注水，至浮箱內外水持平。

潛水員水下拆除浮箱下拉索及吊具。定位駁上履帶吊與浮箱掛鉤帶吊索具，潛水員水下打開排水口。履帶吊緩慢起鉤，浮箱內的壓艙水隨著浮箱提升排除，上吊索松動后拆除浮箱上吊索。履帶吊司機通過吊力數據觀測，確保浮箱提升與箱內水的排放同步，直至浮箱吊出水面時，箱內水同步排凈方可繼續起鉤。

3.工藝實施效果

本工程沉箱采用起重船吊浮及浮箱助浮相輔相成的施工工藝，解決了現場通道狹窄、水深不足、沉箱達不到自由浮游穩定狀態且不具備直接由起重船助浮進行吊裝的施工難題。

在施工過程中各項實際參數與理論數值基本相同，誤差較小，采用多種助浮方式結合的出運工藝安全可靠，克服了各種不具備正常沉箱出運的困難，順利按工期完成施工。

4.效益評估

本工程沉箱出運施工中，受施工條件所限，結合使用了沉箱出運中的多種出運技術，主要包括沉箱吊裝，起重助浮、浮箱助浮、拖航定位安裝等沉箱施工技術，成功解決了因現場限制的一系列施工難題，同時縮短了工期，保證了施工進度，在當地海區滸苔大量繁殖污染前完成了第2道攔污網防線，為該核電廠的安全運行提高了保障。

由于本工程受眾多條件所限，須采用多種船機以及出運工藝方能解決施工難題，無法進行直接的效益評估，但在構件無法采用傳統的助浮方式進行出運安裝的情況下，采用起重助浮+浮箱助浮相比較單一的起重助浮能夠克服眾多受限條件，且給起重船釋放了更多的進行下一沉箱吊越攔污網的流水作業時間，整體工效提升，施工效果顯著。

該種工藝方法對類似工程具有較高的推廣應用價值，當單一出運方式受環境條件限制無法實施的情況下，合理的結合各種工藝以滿足施工需要，為海上構件的出運施工提供了一種成功的創新思路與方法，是對傳統工藝施工技術的一項突破，這對提高海上構件出運水平具有重要意義，它的社會效益和經濟效益是巨大的。

5.結語

實踐證明：本工程利用起重船助浮方式解決攔污網外的運輸，采用浮箱助浮使得沉箱達到穩定浮游的方式進行攔污網內的拖運，從而實現了沉箱快速、安全、高效的浮運安裝施工。