受限航道中大型沉箱水上運輸方法研究

王甫學，趙 波

（長江重慶航道工程局，重慶 404000）

引言

沉箱結構具有水下工程量小、施工速度快、穩定性好的優點，常用于碼頭、橋梁基礎等工程建設[1-3]。受施工條件和存放場地的限制，大多采用在預制廠制造沉箱，再通過水上運輸至現場進行安裝[4-6]。

沉箱預制安裝方案采用工業化、標準化預制，有利于沉箱質量、安全、成本控制，且能夠有效避免季風、臺風、洋流等不利因素的影響，被廣泛應用于沿海的碼頭工程、填島工程、棧橋工程、護岸等工程中[7-8]。

沉箱預制完成后，需要經過幾十到上百海里的海上運輸才能到達施工現場。因此，航道條件是影響沉箱運輸的一個重要因素，會制約沉箱的安裝進度與工期，進而影響工程成本和工程效益。當沉箱數量較多、工期較長時，負效應就會非常明顯，因此選擇安全、經濟、合理的出運安裝方式顯得尤為重要。

本文依托海口如意島西標段項目，給出了受限航道中沉箱出運安裝方案的擬定和比選過程，希望為類似項目的開發提供參考。

1 工程概況

海口如意島填島工程位于海口市東部鋪前灣，南渡河口東北側，距海岸線約4.4 km，是中國第一大人工填海造島工程。西標段工程項目長11 148 m，其中直立護岸9 413.2 m，砂灘掩護段護岸1 734.8 m，包括地基處理、護岸、船閘、水閘等項目，工期為25 個月。直立式岸壁全部為鋼筋混凝土沉箱結構，沉箱預制量大，各種型號沉箱共計581 個，具體如表1 所示。其中超過1 000 t沉箱 308 個，最小沉箱重 433 t，最大沉箱重1 719 t。

工程施工區域所在海域為南渡江出海口東北側白砂淺灘，施工現場位于自然條件惡劣的開闊水域，水、風和波浪對水的建設影響很大。

預制場位于南渡江口入海口附近，距如意島項目約4.4 m，距江東大道1 120 m。受入海口攔門沙影響，入海口航道深度和寬度受到嚴重的限制，航道開挖最大深度3.5 m，最小寬度80 m，潮位0.4～2.1 m，且回淤情況比較嚴重。正常水深保證率3 m。沉箱預制場生產能力1.5 個/天。由于沉箱的數量多、工期長，選擇能夠連續安裝的水上運輸方案是必要的。

2 工程難點

本工程沉箱水上運輸的難點在于港池出口攔門沙航道的水深較淺，低潮3.5 m，高潮5 m。1 800 t 以上浮吊和重載3 000～5 000 t 駁船吃水深度為4～4.5 m，在高潮位時才能夠進出航道，船舶進出時間保證率在30 %，錯過高潮時間段浮吊和駁船只能選擇候潮進出港。如果加大航道水深至4 m，航道的單次清淤量達100 萬立方米，且航道的淤積加速需要常年派船維護，費用較高，同時會對兩岸的護坡造成嚴重影響。

在海況良好時，平均每天需要安裝2 個沉箱。如何利用現有航道完成沉箱水上運輸，實現沉箱的生產速度和安裝速度相匹配，滿足工程進度的需要，且同時滿足經濟合理、降低成本的要求，是施工方案必須解決的重要問題。

3 沉箱水上運輸方案

沉箱陸上運輸采用氣囊法運送至碼頭，再經水上運輸至現場安裝。氣囊法對地基承載力要求低，適用于預制場地小、連續預制出運較多沉箱的情況。

目前國內外沉箱的水上運輸方案有浮運拖帶、拖輪拖帶半潛駁運輸、駁船配合浮吊船運輸和浮吊吊運等。

浮運方式安全風險高、運輸緩慢，一般僅用于風浪小、距離短的工程，不適用于本工程。

拖輪拖帶半潛駁運輸方式的成本較低，但其對航道水深要求高。當施工區域水深不夠時還要設置專門的下潛區，給安裝帶來了諸多不便，且其出運的步驟較多，導致出運時間偏長。此外，其出運時需要浮吊助浮，會增加海上掛鉤的安全風險。

駁船配合浮吊船出運方式速度快，但其需要配合的駁船費用高，其出運周期遠快于沉箱制作，會使設備閑置而造成浪費。

浮吊吊運方式因運輸過程易晃動而造成設備側向受力，所以必須加大浮吊起重量，這將使成本增加。這種方式在吊運過程中易受風浪影響造成沉箱與浮吊間相互擺動，增大安全風險，所以一般僅用于風浪小的短距運輸。

本工程受到入海口航道段和港池的水深及航道寬度的影響，無法采用半潛駁、浮船塢的方法進行運輸。上述幾種常規方式均無法滿足如意島項目的需要。所以需要探索其他方案進行沉箱水上運輸。

3.1 可選方案

目前國內能夠完成1 726 t 沉箱起吊安裝的浮吊有自航式和非自航式兩種可供選擇。能夠滿足運輸沉箱的3 000t 至5 000 t 的駁船較多，可以根據需要進行選擇。

綜合分析現場情況和設備情況初步制定兩種方案。

1）方案1

采用1 800 t 以上自航浮吊在預制場碼頭裝駁船完成后，浮吊行駛到安裝位置拋錨定位，重新掛鉤起吊，入水安裝沉箱。

2）方案2

采用1 800 t 以上非自航浮吊在預制場廠碼頭起吊沉箱后后退一定距離后沉箱下落入水 2～3 m，增加浮力，減少起重量，降低浮吊吃水，增加航道通行保證率。

3.2 方案對比

1）方案的技術經濟對比

方案1 和方案2 的技術經濟比較如表1。

表1 方案優缺點對比

2）方案的安全性分析

普通航道中沉箱的吊裝和運輸方法均是成熟的工藝，已經在很多工程應用，本工程主要考慮受限航道的浮吊安全性。

方案1：1 800 t 自航浮吊在本受限航道中航行主要考慮水深要求，在潮位達到1.8 m 時可以順利通行。

方案2：1 800 t 非自航浮吊在拖輪的拖帶下進出航道，考慮到潮流、風力等不利影響，選用2 600 匹馬力拖輪進行拖航。經過咨詢，有豐富經驗的船長可以在該受限航道中安全拖行。

3）工期比較

本工程沉箱數量581 個，其中308 個1 000 t以上的沉箱采用1 800 t 浮吊安裝，需要的浮吊船較大、吃水較深，受航道通航條件影響。1 000 t以下沉箱采用小型浮吊安裝，基本不受航道通航條件影響，在此不討論其工期。

預制場的最大日生產能力為1 個/日，年生產250 個（因受冬季風無法安裝，存放場地有限，生產能力降低）。受冬季風、臺風等不良天氣影響，年可安裝天數約為220 天。合同工期為2016年4 月1 日至2017 年8 月30 日，經計算安裝有效天數約為320 天。沉箱安裝平均每天不到1 個，方案1 和方案2 均可滿足工期要求。然而在經過充分的技術、經濟、工期、安全論證比較后，本工程選用了方案2。

3.3 施工流程

1）準備工作

沉箱出運、安裝準備工作主要包括：在運輸沉箱之前進行檢查，清潔沉箱的底部，清潔出站道路，綁扎鋼絲繩，頂升安全氣囊的布置以及安全氣囊的選擇，沉箱的浮動穩定性計算等。裝運前預制沉箱混凝土的強度不得低于設計強度，且成品應合格。在起重機吊裝過程中，請密切注意施工現場的風浪和現場其他船舶的運動，確保出運安全。

2）沉箱陸上搬運

準備工作完成后即進行沉箱頂升、抽取底座支承工字鋼及搬運操作，將沉箱運送至碼頭前沿。

3）沉箱下水

下放沉箱的過程：起重船移動并錨定錨點→起重船開始將船穩步地移動到提升區域的位置→放下吊鉤以制成高強度桿軸在吊具接近沉箱的高度下→調整起重機船身使桿軸和沉箱提升孔準確對準，對準后放下吊鉤，使高強度連桿軸完全穿過沉箱→用安全銷鎖定在吊具下的高強度桿軸→逐漸提升起重機的主鉤，當主鉤承受額定載荷的1/5～1/4（約74-93 t）時停止上升，檢查吊索、吊具和高強度拉桿的連接狀態→如果沒有異常，則主鉤繼續上升，直到沉箱處于完全懸掛狀態→起重船開始平穩地向后移動→放置沉箱到水中。

4）沉箱水上運輸

由起重船吊運沉箱通過深度受限的航道，依靠浮力和吊力克服沉箱的重力，拖至安裝水域后，沉箱水牽引如圖1 所示。

圖1 沉箱水上牽引示意圖

圖2 沉箱出運吊裝示意圖

4 結語

普通航道中沉箱的吊裝和運輸方法均是相對成熟的施工工藝，可依據客觀條件選擇滿足工期要求、經濟效益最好的施工方法。對于像本項目這類航道條件受限的水域，沉箱運輸方法需要經過多方論證，選擇技術最合理、最經濟的運輸方案。

本文首先介紹了如意島項目概況，然后介紹了目前常用的沉箱水上運輸方法及各自的適用范圍，經過比選確定了浮、吊結合運輸方案。此方案實施效果良好，其安全性、工期均滿足了施工要求，達到了預期的經濟效果，實現了工程的各項目標。希望本文成果能為中大型沉箱在受限航道運輸安裝中提供借鑒。