沉箱出运施工组织.docx
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沉箱出运施工组织
厦门海沧沉箱18#~19#泊位A型沉箱
大型沉箱出运
施工组织设计
审批单位：
编制单位：
单位主管：
单位主管：
技术负责人：
技术负责人：
审核者：
编制人：
批准日期：
编制日期：
1.工程简况
1.1工程基本情况
厦门海沧港区18#~19#泊位工程是沉箱岸壁重力式结构，沉箱均为同一重量2832t。
，现计划在漳州预制厂预制，采用气囊出运上浮船坞，再安排拖运到厦门海沧18#~19#泊位施工现场进行安装。
本方案重点是对该工程沉箱预制完成后的出运、上船、等工艺进行了较为详细的介绍。
1.2沉箱基本资料
本工程沉箱A型合计44件：
A型沉箱尺寸：
长×宽×高=18.13m×16.95m×20m。
单件重量2832t.
数量：
共44件
2.沉箱陆上出运施工工艺
2.1基本简况：
本施工组织方案是为厦门海沧港区18#～19#泊位沉箱出运方案，该工程大型预制沉箱共有44件，全部为A型沉箱，重达2832t。
根据本工程沉箱的外形尺寸、重量的特点，拟采用我局已成熟的气囊出运工艺进行横移、纵移和上船的操作。
横移、纵移路线满足要求，平移小车通道进行改造，即暂时性回填砂并振冲密实，以满足沉箱由底模上直接采用气囊横移至纵移通道,再直接纵移至出运码头前沿。
采用超高压气囊进行长距离移运2832t级大型构件，我厂为确保出运成功，结合预制厂前期出运大型沉箱的实际情况，依据起重设备的性能及现场作业条件，制定出本方案。
2.2施工总平面布置说明
2.2.1场地平整及现场条件
本工程沉箱预制及出运设在漳州开发区预制厂内，面积约10000m2，其中约3200m2的下挖式预制作业线，专用于沉箱预制。
该作业线中部设一条宽度为24M的纵向出运通道，纵深大约为380m，两边分别为1号线预制区和2号线预制区，其底标高为+7.0m，出运码头前沿标高为+6.0m，码头前沿向内有90M长、斜率为1：
90的斜坡段，满足了出运的要求。
出运通道基础底层抛填60cm手摆块石，块石间缝隙采用5～40mm碎石及粗砂级配后填充，用18t震动锤夯实，夯实后无下沉及起棱线，表层再用碎石、石粉、水泥搅拌辗压，形成20cm厚的稳定层。
场地按要求平整密实，平整度达到±2cm，无露石或尖状物，避免剌破气囊。
在平路转斜坡交接处设圆角位，以便气囊运行中圆滑过渡。
原小车出运通道基础250M强夯加固，地基承载力达到200Kpa；码头前沿，沉箱支垫临时枕木范围24×16M场地浇注了40cm厚C35砼。
2.2.2现场布置
1）依据沉箱规格尺寸及出运要求，下挖式作业线内及码头前沿线分别设置出运沉箱的牵引、溜尾地牛及机具，以满足沉箱横移、纵移及上船等要求。
详见附图2.1：
2832t预制构件平面布置图。
2）考虑前期预制的沉箱因潮汐和船机影响，将无法出运，导致沉箱堆放占用预制场地，或占用施工通道，直接、间接影响了预制的施工进度和效率，暂拟将沉箱停放出运通道，确保预制场地的流畅及正常施工。
2.2.3相关计算
（1）地牛受力计算
已知：
地牛L=3m，B=3m，H=2.5m，砼g=2.4t/m3，最大拉力T=79t，安全系数K=2
卷扬机与地牛钢丝绳夹角为：
30°摩擦力F=μT=0.5×79t=39.5t（无板栅锚锭摩擦系数μ=土0.5）
地牛的稳定性验算：
KT1≤G+F
故：
2×79×sin30°≤G+39.5×cos30°
计算得出：
G≥44.79t（本方案G=LBH×g=54t满足最小值）
（2）小车轨道回填砂量
已知双轨式轨道L=150×2=300m，B=1.2m，H=1.06m
则双轨需要回填砂量为Σ砂=300×1.2×1.06=381.6m3
2.3人员及设备配置
2.3.1人员配置计划（表2-1）
工种
每班人数（人）
主要工作
安全员
1
负责作业点的警戒线设置，作业过程中的不安全隐患检查，及时向指挥或上级汇报。
总指挥
1
负责现场总体指挥工作，确保无误。
副指挥
1
协助现场指挥工作，发现问题马上向总指挥汇报。
操机手
4
听从指挥指令，按正确信号操作卷扬机。
机械工
2
操纵空压机、装载机，检查、保养机械设备。
充放气工
4
观察气囊压力表读数，听从指挥进行充、放气操作。
杂工
52
按指挥协助搬运气囊、充放气，拆、垫枕木支撑，更换牵引钢绳，挂解卸扣，清理出运场地等。
2.3.2主要设备配置
本工程所需设备主要为：
气囊、卷扬机、钢丝绳、滑轮组、空压机等。
全部机械设备及相关材料明细表如下：
（表2-2）
名称
规格
数量单位
用途
备注
气囊
φ1mL=16.60m0.3Mpa
14条
纵移
需增加14条
气囊
φ1mL=18m0.3Mpa
10条
横移
需增加10条
卷扬机
12t-800m
6台
移运沉箱
卷扬机
8t-300m
2台
移运沉箱
松下工程部调配过来
卷扬机
1t-100m
1台
穿气囊,拉工字钢用
由船机部调配
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
50m×8条
沉箱拉绳
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
25m×8
沉箱拉绳
现有φ68mm50m的钢丝绳取8条截一断30M重新穿插
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
50m×2条
沉箱搭接用
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
20m×4条
沉箱搭接用
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
10m×4条
沉箱搭接用
压制钢丝绳套
φ68mm6×37股
3m×4条
地牛与卷扬机连接用
新购
钢丝绳
φ28mm6×37股
800m×4条
12t卷扬机用
新购
钢丝绳扎头
配28mm钢丝绳
80个
钢丝绳连接滑轮组用
卸扣
85t
40个
牵引配件
---------
滑轮组
80t，4轮
16个
配卷扬机
需增加2个
单滑轮
16t
2个
配卷扬机
需增2个
装载机
8t
1台
配合工作
准备工作及上驳专用
空压机
12立方
1台
气囊充气
请船机部将此设备在出运期间备好
空压机
6立方
1台
气囊充气
枕木
100×30×20（cm）
一个沉箱/120条
临时支垫用
根据现场的量不足进行采购
黑色气管
见样品
200m/2条
空压机气管
新购
白色气管
见样品
200×4条
空压机气管
新购
麻绳
φ20mm
200m
拉气囊用
胶钳
2把
铁丝
10Kg
管钳
2把
*气囊嘴
30
配气囊用
*生料带
100
配气囊用
*三通球阀
50
配气囊用
*压力表
100
配气囊用
砂轮机
2台
打磨沉箱边角
注：
气囊嘴配件（标有“*”号）要有占总数的30%以上作为备用。
2.3.3卷扬机选型
沉箱最重约2832t，所需水平牵引力需141.6t，本方案拟用两台12t卷扬机，速度为16-17m/min，配置80t-4轮滑轮组，每台卷扬机理论牵引力F=81.6t，去除滑轮组自重和钢丝绳摩擦力，每台卷扬机实际牵引力约为80t，故两台卷扬机总牵引力F总=160t>141.6t。
2.3.4钢丝绳选型
按2832t级沉箱出运时，气囊与地面摩擦力计算，沉箱移运时牵引力约为141.6t，横移和纵移配置4台12t卷扬机，80t、8倍率滑轮组，选用钢丝绳如下：
表2-3
序号
规格
等级
倍率
破断拉力（t）
最大拉力（t）
实际安全系数
规范安全系数
结论
要求
1
φ56mm
（6×37）
1670
1
176.44
79.03
2.23
5
偏低
沉箱拉绳
2
φ62m
（6×37）
1670
1
216.45
79.03
2.73
5
偏低
沉箱
拉绳
3
φ68
（6×37）
1670
1
237.8
79.03
3.01
5
偏低
沉箱
拉绳
4
φ26mm
（6×37）
1670
8
33．84
9.88
3.43
5
偏低
配12t卷扬机
5
φ28mm
（6×37）
1670
8
39.29
9.88
3.98
5
基本符合
配12t卷扬机
注：
①钢丝绳的安全系数=钢丝绳的破断拉力÷钢丝绳所承受的最大静拉力
②牵引钢丝绳最大牵引力=2832×0.05（气囊滚动摩擦系数）÷2=70.8（t）
从上表可以看出，沉箱拉绳实际安全系数比规范安全系数偏低，而12t卷扬机配置φ28mm的钢丝绳通过滑轮组来增加拉力，实际安全系数基本符合规范安全系数。
考虑沉箱重达2832t，外观结构为一边前趾，长度方向比短边的大一M，横移时所产生的冲击荷载却对钢丝绳安全性存在隐患，故在移运过程中注意偏位角度，尽量避免采用单台卷扬机牵引，可减少在移运过程钢丝绳破断的不安全性。
综合考虑，本方案卷扬机配用φ28mm（800m×2套）钢丝绳，沉箱拉绳采用φ68mm钢丝绳,安全系数结果（按经验公式计算）为3.01。
2.3.5气囊选型
由于沉箱横移方向为18.13m，纵移方向为16.95m，考虑横移时劳动力投入量的合理控制,沉箱量的庞大（44个）,沉箱实际接触面积,整体安全质量考虑，拟采用单排式19m超高压气囊（有效支撑面积18m）进行横移，（详见下图2-2及2-3：
横移气囊布置图）。
2.3.6反拉计算
在沉箱上驳过程遇阻碍时，沉箱需要反向拖回出运码头停放。
此时，F=Qμ=2832t×0.03=84.96t，即牵引力为84.96t，（码头面为砼结构，气囊的滚动摩擦系数取0.03）；此外还存在一个沉箱上坡时的下滑力，因坡度为70：
1，下滑力近似2832/70=40.46t，因此回岸的总牵引力为125t，小于两台卷扬机总拉力160t，在12t卷扬机额定牵引力范围内。
在砂地上反拉，此时，F=Qμ=2832t×0.05=141.6t，即牵引力为141.6t，（在压实的砂地上，气囊的滚动摩擦系数取0.05）；此外还存在一个沉箱上坡时的下滑力，因坡度为90：
1，下滑力近似2832/90=31.47t，因此回岸的总牵引力为173t，大于两台卷扬机总拉力160t，在12t卷扬机额定牵引力范围外。
所以，非特别必要的情况下，在出运通道避免沉箱的反拉操作。
2.3.7气囊计算
拟用φ1mL=19m（有效支撑面积为18m）φ1mL=17.60m（有效支撑面积16.60m）出运。
已知：
G=2832t，横移采用单排式气囊L（有效支撑面积）18m，纵移采用单条气囊L（有效支撑面积）=16.60m，顶升高度h=0.4m，工作气压P=0.3Mpa=0.3N/mm2
得：
承载面宽B=π（D-H）/2=3.14（1-0.4）/2=0.942m
横移承载面积：
S1=BL0=0.942×18=16.956m2
纵移承载面积：
S2=BL0=0.942×16.60=15.637m2
F横移=S1P=16.956×106×0.3N/mm2=5.09×106N=5.09×103KN
F纵移=S2P=15.637×106×0.3N/mm2=4.69×106N=4.52×103KN
气囊总长度：
L横移=GL0/F横移=2832t×9.8KN/t×18m/5.09×103KN
=98.15m
得出气囊横移及纵移时气囊压强值:
（见下表）
表2-4:
气囊出运沉箱气压值计算表
序号
气囊数量
气囊长度（L）
设计顶升高度（m）
气囊宽度（B）
单条承载面积
总计算承载面积（m2）
构件重量（t）
气囊平均气压值（Mpa）
近似最大不均匀气压值（Mpa）
备注
A1横移
8
18
0.40
0.94
16.92
135.36
2832
0.151
0.181
横移状态
8
18
0.35
1.02
18.36
146.88
2832
0.139
0.167
8
18
0.30
1.10
19.8
158.4
2832
0.129
0.155
A1纵移
9
16.60
0.30
1.10
18.26
164.34
2832
0.127
0.152
纵移状态
9
16.60
0.35
1.02
16.93
152.37
2832
0.137
0.164
9
16.60
0.40
0.94
15.60
140.4
2832
0.148
0.177
2.4沉箱出运施工工序说明：
出运流程如下：
冲砂
清理场地
检查沉箱底部
系横移钢丝绳索
就位卷扬机、气囊
打磨边角
抽型钢
检查调整气压
横向牵引移动
横向牵引到位
支垫纵移方向枕木
放气
抽出横移气囊
解除绳索
系纵移钢丝绳索
就位纵移卷扬机
就位纵移气囊
抽枕木支垫
检查、调节气压
纵向牵引移动
临时支垫枕木
搭接溜尾绳索
上船准备工作
充气顶升
系牵引绳索
抽枕木支垫
水位符合要求时
检查、调节气压
牵引上船
支垫枕木
回收工具
上船完成
高压水冲出支垫间填砂→清理底模板、木板及现场杂物→检查沉箱底部→横移方向卷扬机、气囊就位→围护横移钢丝绳索→系紧横移方向钢丝绳索→充气顶升→抽出支垫工字钢及木板→打磨沉箱边角→检查底部和各气囊状态并调整气压→横向牵引移动→至纵移通道中部停止移动→支垫纵移方向枕木→放气→抽出横移气囊、解除绳索→穿入纵移方向气囊→（就位纵移方向移动卷扬机）→围护纵移钢丝绳索→系纵移方向牵引钢丝绳→充气顶升→抽出支垫的枕木→纵向牵引移动至码头前沿→支垫枕木→搭接溜尾钢丝绳→浮船坞搭接码头→上船准备工作→系牵引钢丝绳→充气顶升→抽出支垫的枕木→水位符合要求时→牵引上船→上船就位后→支垫枕木→放气→收回所有出运工具
注：
由于纵移深度长达260m，平均中途要搭接、解除搭接钢丝绳索6次，故沉箱处于原先小车轨道时，先采用四台移动卷扬机将其纵移出小车轨道，再启用码头前沿卷扬机进行纵移。
气囊的使用：
A型沉箱横移采用8条有效支撑面积为18m的超高压气囊进行双排顶升、出运，纵移采用9条有效支撑面积为16.60m的超高压气囊进行单排顶升、出运。
完成整个工艺流程至少需要41小时，横移准备工作4小时→横移2.5小时→纵移准备工作3小时→纵移至码头前沿停放约24小时→上船准备工作1.5小时→上船移运过程3小时→回收工具3小时。
2.5沉箱出运施工方法：
2.5.1场地清理及设备检查：
沉箱出运前，必须对其横移及纵移范围内的一切尖利杂物及障碍物进行清理，两侧20M范围内设作业警戒线，无关人员严禁靠近。
作业前，对牵引系统中的空压机、卷扬机、钢丝绳、滑轮组、导向轮以及配合机械等，逐项认真检查，进行试运转，关键设备的备用件必须同时做好准备工作；检查气囊是否有破皮、拉线、压扎痕迹等，气囊作业前进行试压，以检查各管件、阀门、压力表是否漏气，读数是否准确；另还要对横移及纵移地牛、卸扣进行检查验收，确定其磨损程度及其正常使用功能是否可靠。
以排除一切隐患，确保每次出运的顺利进行。
2.5.2准备工作
在沉箱横移及纵移的一切场地清理工作和设备调试工作完成后，应按以下步骤进行沉箱出运工作：
1）检查沉箱底边有无突出的尖锐棱角，气囊、空压机及人员应迅速就位。
先进行拆卸及冲出活动底模内填砂的工作，用高压水枪冲出填砂，清理底模板和填砂后，仔细对沉箱底部进行检查，如有棱角突出应进行清除。
2）接着用卷扬机将气囊拖进沉箱下支承工字钢之间中央就位，每个气囊的轴线与位移方向垂直，露出沉箱两侧边的长度相等，气囊拖进沉箱底部时要顺直，不得斜拖。
3）现场指挥人员检查各气囊就位准确后，指令连接空气压缩机与气囊之间的气管连接，然后对通气管道进行检查，确认无误后，由沉箱中间向两侧，对气囊进行充气，充气时注意各气囊应均匀、缓慢（由各阀门控制），当充气压力达到沉箱预定顶升压力的80%时，暂停充气，检查并调整气囊的压力值，使各气囊的压力基本一致，再继续充气，直到将沉箱底面完全脱离支承工字钢约5cm时，确定沉箱完全由气囊支撑后，才将各气囊的气阀关闭，停止供气。
4）气囊顶升沉箱离开支承型钢后，用卷扬机把支承型钢拖出来，注意拖动工字钢过程中，严禁斜拉，以防刮伤气囊，拖支过程中派专人观察各气囊气压读数，发现异常，应立即采取措施解决，支承工字钢完全离开沉箱底部后，对沉箱底部应再次检查有无棱角突出部位，检查无误后方可进入沉箱横移的最后准备阶段。
拉沉箱用的各种工具，如：
钢丝绳、滑轮组等工具应马上配备完毕，注意钢丝绳应套在沉箱底向上约1.2M的位置上，钢丝绳与沉箱四边棱角处应用橡胶垫或枕木隔开，调整好钢丝绳两端头受力长度应相等，再连接牵引装置，最后才拆除供气边接管。
顶升初期，应分多次加压，直至设计值，每次必须停几分钟，以观察气囊、沉箱、各分配压力表、气管、及地基的情况，直到沉箱被顶离底模。
2.5.3沉箱横移：
1）四台横移卷扬机就位。
2）为降低沉箱出运过程中气囊的压力及降低沉箱悬空高度，必须打开各气囊的排气阀缓慢放气，将沉箱离地面高度降至30cm左右时，方可关闭排气阀，检查与调整各气囊的压力基本一致。
3）现场指挥检查各项准备工作无误后，下令启动卷扬机拉紧牵引钢丝绳，沉箱处于位移临界状态时，暂停牵引，再行检查钢丝绳张紧程度，各滑轮组、导向轮等的转动是否灵活，气囊及沉箱的稳定情况，一切处于正常状态时，指挥方可下令移运工作开始。
4）移支过程中必须注意如下事项：
移运速度控制在2m/min以内；气囊更换过程中，必须注意滚出来的气囊在出来前就要把压力降为原先的60%左右，使其安全分离，否则气囊弹击会发生伤人现象。
5）如果沉箱在出运过程中方位偏离轴线，必须停止牵引，把新放入的气囊斜摆一小角度，再按牵引步骤牵引，直至纠偏为止。
但不可过急，以防走“之”字形；当沉箱拖前约50cm时，至达预先放置好的气囊位置时，应减缓牵引速度，视沉箱进入气囊的位置再行将气囊充气至预定压力，方可继续牵引；注意每条气囊摆放位置，保证沉箱到达出运通道中间转向位置时，各个气囊平行，并有50cm的间距。
6）在沉箱接近中间通道就位处时，要拉大气囊间距，回复至8条气囊状态，并且让箱前进方向的前后端有600mm支垫枕木的位置。
（详见附图2-4：
A型沉箱横移气囊布置及枕木支垫图）
7）沉箱至纵移通道中间位置时停止牵引，调节气囊气压，为使沉箱离地面高度约45cm，在沉箱底周边气囊间隙支垫20mm×30mm×100mm的枕木，（枕木抗压强度大于10Mpa，。
支垫放妥后，气囊缓慢排气至沉箱平稳落在支垫的枕木上，暂停排气，注意观察地面有无明显沉降后才快速放气，抽出横移气囊，进入气囊纵向移运准备工作。
2.5.4沉箱纵移：
1）四台纵移卷扬机就位。
2）检查沉箱在临时支垫座稳后，在临时支垫的间隙放进纵向移运气囊，用装载机将气囊拖进沉箱下，气囊充气，然后拆除临时支垫（具体方法同上）。
3）拆除临时支垫后，气囊放气至沉箱拖移高度，各项准备工作完成后，
进入沉箱牵引移动阶段
4）当沉箱移至出运通道斜坡段时，保持溜尾钢丝绳与牵引钢丝绳基本同
步，确保沉箱平稳移动。
5）沉箱前进方向的两个角点标高不宜过分高于后面两个角点标高，避免
沉箱重心后坠，导致最后第三条气囊受力过大，产生不安全因素。
6）更换钢丝绳次数计算
已知，卷扬机卷筒钢丝绳长700m，卷筒留绳及卷扬机与滑轮组长度约50m，出运通道长280m，地牛距码头前沿分别为：
75m，150m，225m，300m。
则，更换一次溜尾钢丝绳长度为：
（700-50-75）/8=46.8m≈44m
（700-50-150）/8=37.5m≈35m
（700-50-225）/8=28.1m≈26m
（700-50-300）/8=18.7m≈16m
由于纵移深度较长，故沉箱在原小车通道内，也即在150m地牛前，纵移采用四台移动卷扬机进行。
2.6.2出运及上船时间选择：
1）为防止2832t级沉箱在出运通道或码头前沿存放较长时间，导致地基下沉出现出运困难及影响通道正常出运作业，应紧密按照进度计划的作业原则，有计划地出运沉箱。
2）沉箱移运上船48小时内，且潮水适宜出运上船作业时，才从预制点进行横移及纵移出运作业。
3）沉箱上船当天，潮水够搭接出运码头前2小时，沉箱必须纵移至码头前沿存放。
4）浮船坞搭接当天，潮高超过4.6m以上的时间最少必须有三个小时。
5）出运上船工作时，必须选在风浪不超过1.5m，风力不得超过六级（包括六级）的时间段内，否则应另选作业时间。
6）夜间作业时，特别是沉箱上船作业时，必须有足够灯光照明，且沉箱最好在白天纵移至码头前沿。
2.6.3出运码头前沿港池基础处理
1）针对华南号浮船坞的船机性能，考虑采用气囊上船的施工工艺，故不考虑设置基梁，采用调节各仓压载水的方式控制船体平衡。
2.6.4沉箱上驳操作说明
a、搭接方式
采用专用重型沉箱上驳码头，距码头前沿60m范围内原泥面标高为-1m（厦理高程），搭接采用单条10cm宽*3cm厚钢板铺面，长20m，码头结构为阶梯形，搭接时浮坞的首部搁置在钢板上，浮坞的甲板面与码头面平，码头与沉箱间铺厚14mm钢板，其总长度为16m，宽为1.5m。
b、浮坞的锚位及地牛
如下图，浮坞前部左右利用码头上系缆环系两条缆，以操控船头左右移动齐码头前沿，前部用一条缆带码头上的地牛，以控制浮坞顶紧码头，船尾左右抛两门锚。
c、搭接操作
沉箱距码头前沿4m，沉箱施工预期移动速度为15～16m/小时，预期沉箱上驳总时间约为5.5小时（其中准备工作1.5小时，沉箱移到装载区2小时，收回工具2小时）。
要采用浮坞预压水，等沉箱上驳后，浮坞抽水抵消沉箱压力来保证船头可离开码头。
为确保码头的安全，整个搭接上驳过程要在涨潮期间操作。
进入搭接前，浮坞按上图在距离码头4m处系缆、抛锚就位，艏部压水调节艏吃水，艏吃水的多少要根据码头标高来确定。
在船头高过码头面约0.2m时，移船进入搭接；搭接后艏部压载舱继续加水，以抵消船舶由于涨潮而上浮，使船头在沉箱上船前始终压住搭接钢轨。
当沉箱移到船上2m时，浮坞要立即开始排水，直到将所有的压载水排空。
等到潮水涨到使船头高过码头面0.2m时，浮坞移出离开搭接口，见下图2.6-2，因船面甲板比码头面还低370mm，故采用砂包堆叠且按1：
20进行放坡，以保证沉箱上船。
d、牵引沉箱上驳
浮坞后部设两台12t卷扬机通过滑轮组联接定80t、8倍率滑轮组及动滑轮组，可提供80t拉力。
沉箱用气囊形式出运，岸上尽量将沉箱移到码头前沿，并使沉箱中线与出运通道一致（横向偏移不得超过50cm）。
浮坞搭接后，将沉箱上钢丝绳扣头接到浮坞上
动滑轮组，用船上两台12t卷扬机牵拉沉箱上驳，移动程序如同岸上出运（如下图）。
注意沉箱应沿浮坞中线移动，进入装载区域就位时横向偏移不得超过50cm。
为确保安全，在沉箱后
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